降噪型伸缩装置在桥梁工程中的应用研究

2023-12-06陈言言张苏龙郭云龙

交通科技与管理 2023年22期

关键词：梳齿弹性体模数

陈言言,张苏龙,郭云龙

（1.徐州市公路事业发展中心,江苏徐州 221000; 2.江苏东交智控科技集团股份有限公司,江苏南京 210000）

0 引言

随着我国基础设施建设的快速发展，城市桥梁作为城市重要的连接纽带，形式多样，设计和施工要求也更高。为了适应温度等因素引起的桥梁变形位移，梁端通常会留有缝隙并安装伸缩装置。目前大量使用的是结构简单、可靠的型钢伸缩装置。

然而，当车辆通过这种型钢伸缩装置时，轮胎会在缝隙处下陷，并在移动过程中撞击型钢边缘，产生强烈的撞击声，并且车速越高，撞击噪声越大，对伸缩装置的影响也越大[1]。

该文针对这个问题，以实际工程为依托，总结了现有伸缩缝类型及存在的问题，开展了降噪型伸缩装置的设计和应用研究，并对伸缩装置的质量控制进行了分析。这将为城市快速路桥梁建设提供理论基础，提高伸缩装置的施工质量，降低行车噪声效果。

1 伸缩装置类型及噪声成因分析

目前桥梁伸缩装置主要有模数式、梳齿板式、无缝式三种，具体特点如下[2]。

1.1 模数式伸缩装置

模数式伸缩装置包含单缝，主要采用型钢制作，型钢之间留有横向间隙，通过这些间隙的累加，使装置能够适应各种位移量，实现伸缩功能，结构示意图如图1所示。

图1 模数式伸缩装置示意图

该装置的优点是具有模块化的设计，方便安装、维修和更换，每个模块都可以独立操作，提高了施工效率和装置的可维护性。通常能够承受较大的荷载，可以适应大型桥梁和道路的需要，采用耐候性和抗腐蚀性好的材料制造，能够在恶劣的气候和环境条件下长期使用。

缺点是当车辆经过模数式伸缩装置时，车轮与型钢之间产生直接冲击，中间的缝隙会使车辆产生较大的颠簸和噪声，从而影响行车舒适性，对周围环境产生噪声污染。

1.2 梳齿板式伸缩装置

梳齿板式伸缩装置结构如图2 所示，该伸缩装置采用相互咬合的齿形钢板作为支撑面，其间留有纵向间隙，利用纵向间隙来保证桥梁在热胀冷缩时不会产生挤压破坏，实现伸缩缝的功能。虽然该装置施工工艺和结构较为复杂，但可以保证行车过程中车轮与齿形钢板始终接触，形成连续过渡段，避免车轮与型钢直接接触，从而提高行车舒适性，减少对周围环境的噪声污染。然而，随着桥梁的运动和装置使用年限的增加，齿形钢板容易出现翘齿现象，导致车辆经过时容易产生跳车和更大的噪声，严重情况下甚至会导致连接部件松动或齿板脱落，危及行车安全[3]。

图2 梳齿板式伸缩装置示意图

1.3 无缝式伸缩装置

车辆驶过无缝式伸缩装置的示意图如图3 所示，该伸缩装置主要依靠弹性伸缩体作为行车荷载的支撑面，弹性伸缩体与路面之间没有间隙，与路面形成一个整体，因此具有良好的行车舒适性，且对周围环境的噪声污染小。但由于该弹性伸缩体可适应变形的能力有限，通常不适用于大、中型桥梁的伸缩缝。

图3 车辆驶过无缝式伸缩装置的示意图

2 降噪型伸缩装置的开发与设计

该文针对现有桥梁伸缩装置的特点，设计了两种降噪型伸缩装置，分别是降噪型钢模数式伸缩装置和聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置。

2.1 降噪型钢模数式伸缩装置

近年来，降噪型钢模数式伸缩装置逐渐发展成熟，其主要是结合了钢模数式伸缩装置和梳齿板式伸缩装置的特点，在型钢单元上增加新型梳齿减噪块以达到降低噪声的目的，但相较于模数式伸缩装置，材料成本和施工费用有所增加。降噪型钢模数式伸缩装置的降噪原理是保持车轮与梳齿减噪块连续接触，避免对型钢单元产生冲击，且车轮切入的方向变为斜向，有效降低车辆通过伸缩装置时的噪音水平[4]，具体如图4 所示。

图4 降噪型钢模数式伸缩装置结构示意图

相较于传统梳齿板式伸缩装置，降噪型钢模数式伸缩装置具有以下优点：

（1）适应性更强：降噪型装置能够适应梁体存在纵坡或竖向转动的情况，不会产生明显的凸台（翘齿），而传统装置在这种情况下容易形成凸台，增加冲击和噪音。

（2）高降噪效果：降噪型装置通过梳齿减噪块将车轮与伸缩装置保持持续接触，有效降低车辆通过伸缩装置产生的噪音水平。

（3）模数式设计：降噪型装置采用模数式伸缩装置将位移量分成多个模块，避免了传统梳齿板型伸缩装置在最大位移量时出现时间间隙过大的问题。

（4）施工和维修便利：降噪型装置的安装和维修相对方便快捷，同时具有较高的互换性，使得维护和改动更加便利。

2.2 聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置

聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置是一种常用于道路、桥梁等公路交通设施的伸缩缝材料。聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置利用聚氨酯弹性体的特性，将伸缩缝进行无缝连接。通过将聚氨酯材料制成无缝伸缩板，实现了在车辆经过时的平稳过渡和缓冲作用，具体如图5 所示。

聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置具有以下几项功能：

（1）缓冲和减震：聚氨酯弹性体具有良好的弹性和缓冲性能，能够有效吸收车辆行驶时产生的冲击和振动，降低对道路、桥梁等结构的损坏。

（2）水密性：聚氨酯材料具有良好的密封性能，能够有效防止水、灰尘等物质进入伸缩缝，保护桥梁等结构的长期稳定性。

（3）适应性：聚氨酯弹性体材料具有良好的可塑性和耐候性，能够适应不同温度、湿度等环境条件的变化，保持其优良的性能。

通过聚氨酯弹性体无缝式伸缩装置的应用，能够使车辆平稳过渡到伸缩缝，降低由于道路不平或伸缩缝造成的颠簸和不舒适感，有效地降低车辆经过伸缩缝时产生的噪音水平，延长伸缩缝的使用寿命，减少维修和更换的频率。

3 工程概况

该项目依托徐州市重要的基础设施和城建重点工程——徐丰公路快速化改造工程。该项目起点位于三环北路南岗立交，沿着现状S322 老路向北延伸，终点位于京台高速北侧约440 m 处，全长9.72 km，涉及泉山区、铜山区、港务区和鼓楼区，用地总面积为76.7 903 hm2。该项目的主要改造内容是将徐丰公路改造为一级公路标准，包括主线双向6 车道，宽度为26.21 m，以及双向6车道的辅道，宽度为51 m。为提高快速路建设水平，在高架桥中应用降噪型伸缩装置，提出现场施工工艺流程，并对伸缩缝的噪音进行测试。

4 桥梁伸缩装置施工质量控制

4.1 伸缩缝施工前准备工作

伸缩缝施工前需要对原材料进行质量检测，全部合格后方可进入厂区存放。确定混凝土搅拌站的地点及混凝土的运输条件是否满足要求，根据现场伸缩缝安装地点及用料需求，合理选择搅拌站地点及出料速率，配置相应数量的运输车，减少长时间运输导致的混凝土离析。优化混凝土配合比设计及外加剂掺量，以保证梁体质量满足要求。

按照设计图纸要求，对伸缩缝需要切割位置进行标记，精确放样开槽宽度。对伸缩缝进行切割后，需要将伸缩缝内的杂物、混凝土块等残留物清除干净后，及时用清水清洗槽内粉尘，并对槽内进行防水处理，避免后期出现漏水现象。切割后使用胶带或塑料布对切缝两边的边缘进行保护，避免切割过程中产生的粉尘污染路面。

4.2 伸缩缝施工安装步骤

伸缩缝运送到现场后对外观进行检查，确认是否有损坏。根据设计图纸要求将伸缩缝安置于槽内，并保证伸缩缝放置水平，接口位置紧密靠拢。

在伸缩装置施工安装过程中，应注意保护伸缩装置，避免其受到损坏或污染。安装伸缩装置后，应进行质量检验，检查伸缩装置的平整度和水平度是否符合要求，确保其能够正常发挥作用。

混凝土坍落度检测符合要求后，方可实施混凝土的浇筑和振捣。伸缩缝的混凝土浇筑过程需一次成型，振捣顺序从两侧同步向中间开展，振捣密实后对混凝土表面进行刮平、洒水养护，并使用土工布或塑料薄膜进行覆盖，待养护时间不小于7 d，强度达到设计值的80%以上时方可停止养护，并逐步开放交通。

4.3 伸缩缝施工后养护

伸缩缝施工结束后应加强对伸缩缝的全面检查、防护、防渗、防震和耐久养护，确保伸缩缝能够长期稳定地发挥作用。在伸缩缝施工完成后，应对其进行全面检查，包括伸缩装置的平整度、锚固的可靠性、防水效果等，确保伸缩缝各项指标均符合设计要求。防渗方面对伸缩缝的槽体内进行封堵，防止水分进入伸缩缝内部，造成损坏；防震方面对伸缩缝进行固定，防止其因地震等自然灾害而产生位移或损坏；耐久方面对伸缩缝的部件进行防腐处理，延长其使用寿命。

5 伸缩装置降噪效果分析

为了研究降噪型伸缩装置的降噪效果，该文依托实际工程，开展了模数式伸缩装置和降噪型钢模数式伸缩装置的安装及现场实施，并安排一辆大型车和一辆小型车以80 km/h 的速度分别驶过两种伸缩装置，采用AWA6228 型声级计现场实测噪音大小，结果如表1 所示。

由表1 分析可知：

（1）采用A 记权声压测试方法，发现小型车驶过降噪型钢模数式伸缩装置的噪声比模数式伸缩装置低3.6 dB 左右，但大型车驶过两种伸缩装置的噪声仅相差1.8 dB。

（2）采用Z 记权声压测试方法，发现小型车驶过降噪型钢模数式伸缩装置的噪声比模数式伸缩装置低9.0 dB，而大型车驶过降噪型钢模数式伸缩装置的噪声比模数式伸缩装置5.6 dB，说明采用低频无衰减的Z 记权声压测试方法能较准确地评价伸缩缝降噪水平，且降噪型钢模数式伸缩装置能有效降低车辆行驶过程中的噪声。