RB多向变位单元式桥梁新型伸缩装置应用研究

2021-01-09张宁宁申铁军

黑龙江交通科技 2021年6期

张宁宁，申铁军

(山西路桥第七工程有限公司，山西晋城 048000)

1 传统桥梁模数式伸缩装置的局限性

桥梁伸缩装置作为桥梁结构中行车安全性能的主要结构件越来越引起桥梁建设者的重视。传统伸缩装置主要是梳齿板装置与模数式装置。国内使用的梳齿板装有两类:一类为悬臂式梳齿板装置，由于其结构设计缺陷，没有被广泛应用；另一类为普通三防简支式梳齿板装置，该类装置由于不具备三维变位功能，损坏严重，已逐步被淘汰使用(行业标准JT/T327-2004明确梳齿板装置一般适用于伸缩量不大于300 mm的桥梁工程)。桥梁模数式伸缩装置开始应用并沿用至今，安装方便等优点被广泛应用。但近年来，桥梁模数式伸缩装置的局限性逐渐显现出来，特别是其微小的横向、竖向、扭转变位以及深埋等性能缺陷，已严重不适应桥梁的长大化、多样化需求。

1.1 水平转角性能分析

桥梁模数式伸缩装置是横桥向通长排列，当梁体在风力作用下梁端产生扭转变位和水平转角时，中梁钢在挤压状态及扇形变位下会发生塑性形变。如江苏省某大桥现场，据江苏省桥梁管理局提供的检测报告显示，当水平转角尚未达到0.01弧度时，梁端的最大位移量已经达到417 mm，伸缩装置被拉压后产生塑性形变后无法恢复，结果是最终使用不到4年被整体更换。

1.2 竖向转角性能分析

当梁端发生竖向转角时，桥梁模数式伸缩装置横梁与中梁间产生夹角，支承梁与滑动支座间的运动阻力剧增，伸缩装置滑移受阻，根据相关单位检测，江苏省某大桥由于车载等原因，24 h内造成伸缩装置来回伸缩累计滑移达120 m，连接件断裂，支座脱落。同时，支座的脱落导致中梁下陷，伸缩装置表面变得凹凸不平，汽车行驶通过时跳车严重，冲击荷载(动载)剧增，结果导致梁钢断损上翘，事故频发，成为危桥。

1.3 结构受力性能分析

桥梁模数式伸缩装置的中梁钢、上表层边横桥向通长排列，梁钢间有不可避免的伸缩间隙，汽车车轮通过时冲击力较大，钢梁易断裂。伸缩装置下部的支撑横梁顺桥向1.0～1.2 m间隔排列，横梁起到支撑着中梁钢的作用，当中梁钢断裂后，易造成端部起翘，导致交通事故的频频发生。

1.4 防滑、防水、防噪音、防病害性能分析

模数式伸缩装置的伸缩橡胶止水带，其位置嵌置于两侧异型钢槽内，直接暴露在外面，外露的橡胶止水条受到恶劣环重的侵害，缝内垃圾积压，伸缩受阻，易产生积水结冰现象，在低温多雨的山区有极其严重的交通安全隐患。

1.5 运营成本、社会效益分析

相对而言，桥梁模数式伸缩装置的维修、更换成本较高。桥梁模数式伸缩装置的中、边梁钢横桥向通长(全幅桥的宽度)支撑与排列横梁组成一个整体，如果出现局部损坏，在车载振动冲击作用下会严重影响整体受力，这种伸缩装置是无法局部更换的，一旦损坏，须更换整个伸缩装置。另一方面，其更换或维修时桥梁须全幅封闭，中断交通，尤其对于车流量较大的道路，带来极大的交通压力。

2 RB多向变位单元式桥梁新型伸缩装置关键技术分析

若采用传统桥梁模数式伸缩装置，由于模数式装置深埋在两个梁体之间，桥梁两联间的梁体端部间距正常为伸缩量的2.0倍，大位移量伸缩装置则由若干片中梁组合而成，每一道中梁均支承在横梁上，常规每根中梁钢的宽度均大于80 mm，即使全收缩在一起，也会有不小于伸缩量的宽度。

(1)当中等地震作用下，钢梁相互挤压，影响结构的响应和传力路径。

(2)在大地震作用下，装置直接与桥梁板成刚性碰撞从而加重桥梁灾难。

采用RB多向变位单元式桥梁新型伸缩装置，在6级以下烈度地震作用下，不影响结构的传力路径与响应；在6级及以上烈度地震下，桥梁的上部顺桥向才发生位移，在梳齿根部槽口处和断面进行圆弧过渡设计，防落挡块置于两梁之间，能起到减振、限位、消能的作用，同时，在梳齿板的底部梁端伸缩缝间增加吸声结构，可以吸收汽车轮胎驶过产生的声音，有效控制噪音向两侧的扩散与放大，从而减少噪音对周边居民的影响。总之，可缩小梁端间距、降低安装深度、减振吸音、防滑防水尤其可提高抗震性能。

3 工程实例

重庆黄花园大桥于1999年底建成通车，为横跨渝中区和江北区的交通枢纽，桥梁伸缩装置采用的是美国某厂商桥梁模数式伸缩装置，使用不到2年，伸缩装置陆续损坏，2004年伸缩装置因损坏无法维修需要全部更换。大桥管理部门先后在德国和瑞士等行业巨头中比选，后由瑞士某厂商对直线桥上的两条伸缩装置进行更换，而对另一条同样560 mm伸缩量损坏更严重的D匝道处伸缩缝却束手无策。D匝道伸缩缝位于匝道与主桥相接处，匝道为悬臂结构梁桥，公交车通过时梁端(伸缩缝一侧)就会下沉几公分，这就要求伸缩装置必须具有良好的抗竖向转动功能。这正是模数式产品的软肋。据管理部门介绍，国内外行业厂商几乎全部到现场考察过，均无法提供相应的技术方案。由于长时间损坏无法得到有效修缮，只能临时用钢板铺盖，存在较大交通安全隐患。同时伸缩装置底下就是轻轨交通，给维修施工提出了更高的要求。2005年，针对性地进行了方案设计，产品制作安装后大桥D匝道恢复了正常的交通功能，15年来一直未出现维修情况。