DS560型伸缩缝的病害成因及改进方案

周家刚

(江苏苏通大桥有限责任公司， 江苏 南通 226017)

DS560型伸缩缝的病害成因及改进方案

周家刚

(江苏苏通大桥有限责任公司， 江苏 南通 226017)

伸缩缝是桥梁结构的关键构件，在日常运营中常出现各种形式的病害。首先介绍了苏通大桥使用的DS560型伸缩缝的组成以及出现的病害特征，进一步针对其病害进行了成因分析，提出了相应的改进方案。同时利用实验对比的方法，验证了改进后的方案可以显著地提高伸缩缝的性能。针对病害整治提出了相应的施工方案，经过长期运营，病害得到了有效控制。对于伸缩缝类似病害的处治有较好的指导作用。

桥梁工程； 伸缩缝； DS560型； 病害分析； 改进方案

桥梁在温度变化时，桥面有纵向的膨胀和收缩变形，在车辆荷载的作用下，将引起纵向位移。为满足这种变形，就要在两梁段之间，梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置处设置伸缩缝[1]。由于伸缩缝设置在梁端等构造薄弱部位，且直接承受车辆反复荷载的作用，在频繁冲击作用下，导致伸缩缝的变形破坏，使行车舒适性降低，危及桥梁及行车安全。多年的桥梁检测实践表明，桥梁伸缩缝已成为桥梁结构发生病害最为频繁的部件之一，伸缩缝的过早损坏加重了桥梁养护维修的工作量[2]。因此，正确地分析桥梁伸缩缝的病害成因，研究其处治对策，从而有效地延长桥梁伸缩缝的使用寿命，具有重要的意义。

苏通大桥引桥部分采用了DS560型伸缩缝，在实际运营过程中出现了不同程度的病害，对桥梁的运营带来了较大的安全隐患。由于病害出现频繁，为此针对此类型伸缩缝开展了病害成因分析，并提出了相应的改进方案，结合实验对比验证了改进后的方案能够显著地提高伸缩缝的性能。本文的研究可对伸缩缝类似病害的整治提供参考。

1 伸缩缝组成形式

图1 DS560型伸缩缝平立面布置图(单位: mm)

图2 DS560型伸缩缝控制箱和锚环结构图(单位: mm)

图3 DS560型伸缩缝部件组成图(单位: mm)

2 病害形式及成因分析

2.1 病害的形式

苏通大桥通车运行多年来，引桥有多条伸缩缝出现缺陷。其中针对DS560型伸缩缝的病害形式主要表现为支座松动、脱落或变形损坏、中梁断裂，见图4～图6。

图4 U型锚环内支座松动、脱落

图5 支座损坏

图6 中梁断裂

2.2 病害成因分析

1) U型环橡胶支座超出刚性富余量。

苏通大桥的车辆荷载分布具有车流量大、重车比重高的特点。DS560型伸缩缝病害多发生在引桥下坡段，该位置伸缩缝受冲击作用较大，尤其以最南端的一根中梁受冲击作用最严重，导致U型环上承压橡胶支座超出刚性富余量。在高强度疲劳荷载作用下，橡胶支座产生了一定的永久变形，同时U型环下压紧支座预压缩量不足以补偿U型环与支承横梁之间的间隙，使得位于该根中梁段的U型环上下橡胶支座松脱。

2) U型环橡胶支座松脱，中梁断裂。

由于上述原因，U型环橡胶支座松脱，在伸缩缝中梁与支承横梁之间产生间隙，进一步加重了车辆荷载对中梁的冲击作用，在不断的冲击作用下，中梁产生疲劳裂纹并进一步发生断裂破坏。

3 伸缩缝的改进方案及实验分析

由病害分析不难发现，U型环橡胶支座工作性能对病害的早期发生和发展有决定性影响。为此，根据苏通大桥实际运营情况，对已使用支座进行计算分析，提出了针对这种病害的改进方案：对U型环支座进行改造，同时，为了提高伸缩缝的耐久性，对控制箱支座也进行优化，并对改进后的支座进行性能测试实验。

3.1 伸缩缝的改进方案

3.1.1 控制箱压紧支座

控制箱压紧支座仍使用2块一组，但对压紧支座做了加劲补强，增加了2块3mm厚加劲钢板，并增加预压紧力。加强前后压紧支座结构见图7。

图7 控制箱压紧支座图(单位： mm)

3.1.2 控制箱承压支座

控制箱承压支座也保持2块一组，承压支座增加1块5mm厚的加劲钢板，以提高其强度，加强前后承压支座的结构图如图8所示。

图8 控制箱承压支座图(单位： mm)

3.1.3 U型环压紧支座

U型环压紧支座加强后，增加了压紧支座厚度(37～39mm)，增加2mm压缩量，并提高了预压紧强度。加强前后结构如图9所示。

图9 U型环压紧支座图(单位： mm)

3.1.4 U型环承压支座

U型环承压支座加强后，增加了支座受力面积(外形增大)，并增加了1块5mm厚加劲钢板以提高强度，U型环承压支座加强前后结构见图10。

3.2 病害的形式

图10 U型环承压支座图(单位: mm)

对改进后的伸缩缝进行了4组压载试验，图11给出了控制箱压紧支座与U型环承压支座的压载试验照片，图12给出了4种支座的压力-变形关系试验结果。

a) 控制箱压紧支座b) U型环承压支座

图12 支座压载压力变形关系图

表1为伸缩缝支座加强前后性能对比数据，通过分析可以得到如下结论：

表1 伸缩缝改进前后支座性能对比表

1) 控制箱压紧支座：加强后控制箱压紧支座通过中间增加2块3mm厚的钢板，增加压紧支座预紧强度，同等压缩量情况下，试验压力为20.32kN，较加强前提高近1倍。

二是，Sentinel-2数据短波近红外载荷空间分辨率为20 m，适用于精准的农田干旱监测，而且在植被覆盖较低的时期也会表现出较高的精度结果。

2) 控制箱承压支座：加强后控制箱承压支座通过增加1块加劲钢板的方法来提高支座刚度，支座实际压缩变形1.72mm，较加强前提高近1倍。

3) U型环压紧支座：加强后U型环压紧支座通过提高支座原始高度来增加支座预紧压缩量，原来压缩量2mm，现在4mm，增加压缩量的情况下，预紧力试验数据(3.24mm压缩量)为19.82kN，较加强前提高近1倍。

4) U型环承压支座：U型环承压支座较加强前相比，增加支座平面受力面积，同时增加了1块5mm厚的加劲钢板，支座实际压缩变形1.7mm，较加强前提高近1倍。

由此可见，通过改进之后，压紧支座承压能力提高了近1倍，承压支座抗变形能力提高了近1倍。

4 病害整治施工方案及实施效果

针对病害整治，进行了施工方案研究，具体施工按照以下步骤进行：

1) 封闭施工路段，取出防水橡胶条，调试施工器具，展开施工作业面；

2) 切割一对控制箱下承压支座挡条；

3) 用钢丝绳套住支承横梁，横担压紧中梁，利用千斤顶微微抬升支承横梁，释放“U”环下压紧支座，拆除“U”环下压紧支座；

5) 利用钢丝绳下放支承横梁，依次取出控制箱上压紧支座及“U”环上承压支座；

6) 安装一对控制箱上压紧支座，横担压紧中梁，千斤顶提升横梁，安装一对控制箱下承压支座，并依次安装“U”环下压紧支座；

7) 千斤顶抬升中梁，依次安装“U”环上承压支座；

8) 打磨，焊接控制箱下承压支座挡条，及焊接“U”环上下支座挡块，焊接完，进行打磨；

9) 进行下一组控制箱支座的更换；

10) 整理工器具，恢复交通。

实际施工过程中，为了控制对交通运营的影响程度，严格控制整个施工工期。

针对该病害的整治施工后，同样进行了整治效果的跟踪检查。通过一段时间的运营考验，病害得到了有效控制。

5 结论

本文针对DS560型伸缩缝的病害成因及改进方案进行了研究，得到主要研究结论如下：

1) 苏通大桥DS560型伸缩缝的病害形式集中在支座松动、脱落或变形损坏、中梁断裂。

2) 伸缩缝病害机理为橡胶支座的性能不足，导致支座松动脱落，并进一步诱发中梁在外荷载下的疲劳性能降低。

3) 提出了针对DS560型伸缩缝的病害改进方案，即在支座中增设钢板和增加支座尺寸以提高压紧支座的承压能力与承压支座的抗变形能力。

4) 提出了针对DS560型伸缩缝的病害整治施工方案。

5) 通过长期运营发现，采用本文提出的病害改进方案后，病害得到了有效控制。

[1] 尹良君. 公路桥梁伸缩缝病害浅谈[J]. 甘肃科技，2008，24(17)： 138-139.

[2] 牛广明， 李莹.浅谈桥梁伸缩缝病害的防治[J]. 黑龙江交通科技，2008(6)：63，65.

[3] 张伟明，寇小健，胡冠梅. 桥梁伸缩缝破损原因分析及合理选取[J]. 黑龙江交通科技，2007(11)：73-74.

[4] 李扬海，程潮洋，等.公路桥梁伸缩装置[M].北京：人民交通出版社，1997.

[5] 王伟亚，张秀海.梁(板)桥常见伸缩缝损坏成因及修补措施[J].山西交通科技，2002(4).

[6] 秦立朝，刘娜.浅析桥梁伸缩缝的病害[J].西部探矿工程，2006(6).

[7] 王宏旭，高跃茹，等.桥梁病害之一，桥梁伸缩缝问题[J].辽宁交通科技，2003(6).

[8] 王亚山，温良，等.桥梁伸缩缝病害处治探讨[J].华东公路，1998(3).

[9] 袁沛金，张军，汪俊峰，等.桥梁毛勒伸缩缝的常见病害及施工质量控制[J].济南交通高等专科学校学报，2001，9(3).

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