橋梁伸縮縫的作用在于調(diào)節(jié)由車輛荷載和橋梁建筑材料所引起的上部結(jié)構(gòu)之間的位移和聯(lián)結(jié)。斜交橋的伸縮裝置一旦被破壞,將嚴(yán)重影響行車的速度、舒適性與安全,甚至造成行車安全事故。本文通過對無伸縮縫技術(shù)的適用性分析,提出斜交橋采用無伸縮縫裝置,可以大大改善行車狀況,減少車輛的沖擊和延長橋梁使用壽命。
一、無伸縮縫的特點(diǎn)
無伸縮縫橋梁與相同跨徑的有伸縮縫橋梁相比,前期投入造價(jià)和后期維護(hù)費(fèi)用都很低。無伸縮縫橋梁主要優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)無伸縮縫結(jié)構(gòu)。無伸縮縫橋梁是將上部梁體結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)結(jié)合成一整體的單跨或多跨橋梁。無伸縮縫結(jié)構(gòu)是無伸縮縫橋梁的最主要特征。
(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單。無伸縮縫連續(xù)梁橋中,單排樁支撐的橋梁墩臺與上部結(jié)構(gòu)固結(jié),或自支撐的墩柱通過滑動支座與上部結(jié)構(gòu)分離。這些橋梁都可以簡化為有一個(gè)水平桿和多個(gè)豎向桿的剛架,大大方便了橋梁的整體分析和設(shè)計(jì)。
(3)施工建造速度快。整體式橋臺使用單排樁,樁較少,同時(shí)可以不用背墻結(jié)構(gòu)。由于取消了支座和伸縮縫,這些附屬設(shè)施的安裝、調(diào)試的工期和造價(jià)都會大大減少;并且與之相關(guān)的一些設(shè)施諸如支座墊石、蓋梁的設(shè)計(jì)和施工都會大大簡化。
(4)更大的邊中跨比范圍。整體式橋臺可以更好地抵抗負(fù)支反力,整體式橋臺可以充當(dāng)平衡重(配重)。
(5)增加超靜定性和抵抗災(zāi)難的能力。伸縮縫是整個(gè)橋梁坍塌的潛在原因,由于墩臺和梁固結(jié),無伸縮縫橋梁大大減少了地震中的落梁現(xiàn)象發(fā)生的可能性。對于多震區(qū),無伸縮縫橋梁是一種更可取的設(shè)計(jì)方案。
(6)運(yùn)營費(fèi)用低。平順的無伸縮縫結(jié)構(gòu)可以改善車輛行駛的舒適性、減小車輛的沖擊應(yīng)力影響,同時(shí)大大降低橋梁的后期維護(hù)費(fèi)用。
二、無伸縮縫在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)考慮的問題
1.設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題
(1)溫度對無伸縮縫橋梁的影響
溫度的影響無疑是無伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的因素。但事實(shí)上,對許多橋梁的應(yīng)力測試表明,由于溫度作用而測得的應(yīng)力值比預(yù)計(jì)的要小,分析其原因可能有兩點(diǎn):其一是混凝土由于溫度的膨脹或收縮,會產(chǎn)生徐變。徐變使得應(yīng)力不能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)計(jì)的程度。因此,為了使理論更好地反映實(shí)際的情況,有的部門設(shè)計(jì)時(shí)考慮把混凝土的溫度彈性模量減小到動力荷載彈性模量的1/3.其二是由于大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)體積相對較大,使得它們對周圍的溫度變化比較不敏感。
(2)被動土壓力
由于無伸縮縫橋梁的整體式橋臺是采用樁基礎(chǔ),為了使回填土引起橋墩中的被動土壓力最小,一些學(xué)者認(rèn)為,設(shè)計(jì)時(shí)可采取如下具體措施:限制橋梁長度,當(dāng)橋梁斜交時(shí),限制結(jié)構(gòu)斜交角的大小;采用選擇過的顆粒級配作為回填土;使用引道板以防止車輛對橋臺填土的擠壓;利用擋土墻來縮短翼墻。
(3)樁的應(yīng)力
考慮到上部結(jié)構(gòu)與整體式橋臺|考試|大|的樁基礎(chǔ)對縱向移動的抵抗作用有直接關(guān)系,在進(jìn)行無伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)時(shí):限制整體式橋梁的基礎(chǔ)形式,最好做成單排的細(xì)長垂直樁;限制樁型;調(diào)整H型樁弱軸方向,使之與運(yùn)動方向一致;提供一種鉸接裝置來控制樁的撓曲;限制結(jié)構(gòu)斜交角的大小。
2.施工應(yīng)考慮的問題
使用無伸縮縫橋梁的施工和維修存在以下一些問題:由于回填料是在梁安裝后才回填的,起重機(jī)無法靠近橋臺,這就使得預(yù)制梁的施工就位成為問題;填料的壓實(shí)非常關(guān)鍵;有必要對橋梁端部設(shè)計(jì)進(jìn)行充分考慮;必須充分考慮到施工時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉后彈性收縮的影響;翼墻應(yīng)考慮按較重的荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)以防止開裂;引道板應(yīng)專門進(jìn)行設(shè)計(jì);為防止寒冷天氣下的開裂,引道板和橋臺間要有有效的連接機(jī)構(gòu)。
三、無伸縮縫技術(shù)的展望
雖然無伸縮縫橋梁已經(jīng)成功應(yīng)用了多年,但是經(jīng)驗(yàn)性的設(shè)計(jì)指南限制了它的使用,至今還有很多關(guān)于該類結(jié)構(gòu)性能的問題尚未明確。筆者認(rèn)為有待于進(jìn)一步研究和完善的問題主要有:橋臺——樁——土系統(tǒng)的非線性作用以及簡化計(jì)算方法;橋臺樁基礎(chǔ)的朝向(繞弱軸或強(qiáng)軸彎曲)、引道板、橋臺高度、橋臺剛度、樁長、樁周土的類型及混凝土的收縮、徐變等參數(shù)對無伸縮縫橋梁受力性能的影響;無伸縮縫橋梁的有效溫度及上部結(jié)構(gòu)的體量對溫度變形的影響;半整體式橋臺橋梁的受力性能研究;無伸縮縫曲線橋梁和斜橋的受力性能研究;各種結(jié)構(gòu)形式無伸縮縫橋梁的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造細(xì)節(jié)、施工工藝極限跨徑等。
綜上所述,無伸縮縫橋梁橋面平順,行駛感覺非常好,不發(fā)生跳車現(xiàn)象,也不再有伸縮縫維護(hù)、更換的煩擾,減小了橋梁的維修費(fèi)用而且提高了行車的質(zhì)量。無伸縮縫橋梁的構(gòu)造特點(diǎn)也提高了橋梁抵抗災(zāi)害的能力。此外,與同跨度有伸縮裝置橋梁相比,無伸縮縫橋梁的造價(jià)通常較低。所以,無伸縮縫技術(shù)更適用于伸縮裝置易受破壞、跳車頻次高的斜交橋。