“科运橡塑”专业生产各种规格型号的公路桥梁D80型伸缩缝,D160型伸缩缝、模数式伸缩缝、单组式伸缩缝、梳齿板伸缩缝136-2328-3438

科运桥梁伸缩缝

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科运橡塑公路桥梁伸缩缝装置的结构设计和性能测试13623283438

2019-01-14 13:06:28 科运桥梁伸缩缝 阅读

科运橡塑公路桥梁伸缩缝装置的结构设计和性能测试13623283438

包头市黄河公路大桥于1993年竣工。大桥全长810m,主桥采用四孔一联的预应力混凝土连续箱梁(每孔跨径65m),引桥采用1孔-20m预应力混凝土简支箱梁,设计载荷:汽车-20级,挂车-100。全桥共设伸缩缝四道,为梳形钢板伸缩缝,主梁在伸缩缝处预留的安装伸缩槽口深10cm,主梁间距12cm,最大伸缩量19cm(调查值)。

    近年来,包头黄河大桥伸缩缝不断出现破坏现象。例如,1987年调查发现大桥伸缩缝钢护板固定螺钉开始有个别松动现象。1998年大部分螺钉开始松动,螺钉的罗纹全部磨损。

    1999年5月检查结果表明,固定钢板螺母由于环氧树脂的填充绝大部分基本稳定;第三道伸缩缝由于顶层钢板在螺母处的厚度不足导致剪切破坏,部分螺母丢失,以致于钢板上挠达6cm左右;第四道伸缩缝北侧钢板整体南移,并有扭曲现象。其他伸缩缝混凝土及桥面铺装混凝土严重破坏,桥面坑槽及漏筋现象随处可见,由于固定螺母、螺栓发生破坏,造成伸缩钢板与固定面部分脱离,致使行车冲击破坏力加大,随时间的推移造成南侧支撑梁断裂塌落。1999年12月大桥的第二道伸缩缝发生大规模的破损,伸缩缝南侧钢板瞎混凝土发生断裂塌落,砸断箱内光缆。

    针对该大桥伸缩缝破坏现象,经调查分析和实施维修对策,保证了大桥的正常运营。

1 损坏原因分析

    从包头市黄河公路大桥伸缩装置破坏情况分析,造成该桥伸缩装置破坏的主要原因有:

    (1)载荷。实际运营车辆轴载大于设计轴载,加之交通量增大,车辆的冲击作用也明显变大造成破坏。

    (2)设计。桥梁伸缩缝顶层钢板厚度不足而造成剪切破坏。

     防水、排水设施不完善,由于漏水,溢水,锚固件受腐蚀,梁端和支座侵蚀严重,成为破坏的原因之一。

    (3)施工。

    a.部分伸缩装置的锚固件与主梁(板)连接的部分很少,在荷载作用下容易造成开焊、脱落,不容易传力,微小的变形可能演变成大的位移,最终导致伸缩缝混凝土失去粘结力。

    b.锚固件焊接质量不能保证,只注意表面质量,忽视内部质量要求。

    c.不按伸缩装置图纸要求施工。1999年12月大桥的第二道伸缩缝发生大规模破损,伸缩缝南侧钢板下混凝土发生断裂塌落,砸断箱内光缆。现场发现支撑伸缩装置南侧全部、北侧部分的水泥混凝土均是后期浇筑的,与主梁不成一体,结合不好,形成两张皮,在结合处无任何处理或预埋钢筋的痕迹。可以认为,当时未完全按照图纸施工。

    (4)管理维护。

    a.对散落在伸缩装置上的杂物未能及时认真地清扫,严重影响了伸缩装置上的自由伸缩。

    b.桥梁逐渐老化,维修又不充分,破坏程度不断扩展。

    c.桥梁逐渐老化,维修又不充分,破坏程度不断扩展。

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2 维修对策

    几年来,在包头黄河大桥伸缩缝维修实践中,所采取的主要维修对策是:

    (1)将第二道伸缩缝(由南向北)南侧支承梁体全部重新支模浇筑混凝土。

    (2)全部拆除现有伸缩装置,加厚伸缩缝顶层钢板,加大螺杆及螺母的尺寸并采用高强钢材,特殊工艺制作。

    (3)加密加粗伸缩缝锚固钢筋,加大与预埋件的焊接面。

    (4)螺杆上及螺母内涂封固树脂,使其拧紧后固化为整体。

    (5)安装完毕后用封固树脂(特定配方)将固定钢板螺母及螺杆封固,保证与顶面钢板水平。

    (6)在第一副螺杆螺母帽上面,加用特殊材料制作的防护盖,使封固树脂的寿命大大延长。

    (7)全桥加铺4cm中粒式沥青混凝土。

3 结语

    公路桥梁伸缩装置长期暴露在大气中,直接承受车辆车轮荷载的反复冲击作用,是桥梁结构最易遭到破坏而又较难以修补的部位。包头黄河大桥的维修实践表明,桥梁伸缩装置形式的选择非常重要,必须根据所安装伸缩装置的道路性质、桥梁类型、需要的伸缩量(通过计算确定)为依据,综合考虑道路、桥梁和伸缩装置的整体的耐久性、平整性、排水性、防水性、施工性、维修性和经济性等,选择适当形式的伸缩装置。合理选择伸缩装置的形式,是保证伸缩装尽可能与桥梁结构、路面具有相同或相近寿命的一个基本条件。在今后的公路建设中,设计部门应尽量设计目前性能好、安装方便、破坏性小的伸缩装置,施工单位要精心施工。

桥梁伸缩缝病害的防治:

  一、原因分析

  桥梁伸缩缝是使车辆平稳通过桥面并且满足桥梁结构变形的一整套装置,由于它是桥梁结构过渡到桥台及路基的可伸缩连接装置,一方面要满足桥梁结构伸缩功能;另一方面要满足车辆通行的承载需要。桥梁伸缩缝受力复杂,是结构中的薄弱环节,经常出现竣工后不久即发生损坏。导致损坏的因素有:

  (1)交通流量增大,超载车辆增多,超出了设计。

  (2)设计因素:将伸缩缝的预埋钢筋锚固于刚度薄弱的桥面板中;伸缩设计量不足,以致伸缩缝选型不当;设计对伸缩装置两侧的填充混凝土、锚固钢筋设置、质量标准未做出明确的规定;对于大跨径桥梁伸缩缝结构设计技术不成熟;对于锚固件胶结材料选择不当,导致金属结构锚件锈蚀,最终损坏伸缩缝装置。

  (3)施工因素:施工工艺缺陷;锚件焊接内在质量;赶工期、忽视质量检查;伸缩装置两侧填充混凝土强度、养护时间、粘结性和平整度未能达到设计标准;伸缩缝安装不合格。

  (4)管理维护因素:通行期间,填充到伸缩缝内的外来物未能及时清除,限制伸缩缝功能导致额外内力形成;轻微的损害未能及时维修,加速了伸缩缝的破坏;超重车辆上桥行驶,给伸缩缝的耐久性带来威胁。

  二、防治措施

  (1)在设计方面,精心设计,选择合理的伸缩装置。

  (2)提高对桥梁伸缩装置施工工艺的重视程度,严格按施工工序和工艺标准的要求施工。

  (3)提高锚固件焊接施工质量。

  (4)提高后浇混凝土或填缝料的施工质量,加强填缝混凝土的振捣密实,确保混凝土达到设计强度标准,及时养护,无空隙、空洞。

  (5)避免伸缩装置两侧的混凝土与桥面系的相邻部位结合不紧密。

合徐北高速K821+975公路桥于2003年竣工。大桥全长35.44米,上部结构为2-13米钢筋混凝土空心板,下部为扶壁式台、柱式墩、桩基础;设计荷载:公路—Ⅰ级;桥梁设一道波形伸缩缝。
近年来,K821+975桥梁伸缩缝经常出现锚固混凝土破损现象。起先是出现裂缝,经车辆长时间的反复碾压,混凝土成块破损进而引起伸缩装置的变形,给行车和桥梁结构带来了安全隐患。
一、 损坏原因分析
1、 伸缩缝混凝土直接承受车轮的反复冲击作用且实际运营车辆轴载大于设计轴载,对混凝土影响较大;
2、 伸缩缝锚固混凝土未达到设计强度即开放交通,例如养护周期不够或浇注振捣不密实;
3、 伸缩缝混凝土和背墙混凝土结合不好,形成两张皮;
4、 背墙混凝土质量较差,持力层不够坚硬。
二、维修对策
前几年,对伸缩缝锚固混凝土的破损,一般是凿除损坏混凝土重新浇筑钢纤维混凝土,如伸缩缝缝体发生变形,调平后继续使用;但在使用一段时间后往往会再次破损。
K821+975徐州方向的伸缩缝整体更换四个月后,伸缩缝锚固混凝土再次出现裂缝,经开槽灌缝并使用一段时间以后,伸缩缝锚固混凝土在行车道整体破碎、下陷。
   
凿开伸缩缝锚固混凝土后发现背墙混凝土已严重松散,无法形成持力层,完全依靠伸缩缝锚固混凝土承受上部的荷载。
为使伸缩缝锚固混凝土与桥梁形成整体受力,先凿除损坏混凝土,如背墙混凝土损坏则整体凿除并绑扎钢筋笼子置入其中以增加其强度;在浇注背墙混凝土时植门框式钢筋,门框式钢筋与伸缩缝的U型环绑扎并焊接起来,以确保伸缩缝与桥梁形成整体受力。

   
   

三、 结语
桥梁伸缩缝长期暴露在大气中,直接承受车辆车轮荷载的反
复冲击作用,是桥梁结构最易遭到破坏而又较难以修补的部位。K821+975桥的维修实践表明:锚固混凝土的损坏往往是由于下部基础损坏引起的,在今后的伸缩缝混凝土维修时,应仔细检查其下部是否有损坏,找出深层次的原因,精心维修,确保桥梁伸缩缝的正常使用。

1、伸缩缝装臵的规格、性能应符合设计要求,并应符合现行规范《公路桥梁伸缩装臵》(JT/T327—2004)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)要求。
2、橡胶、钢材、钢筋等应符合设计文件和技术规范的要求。其中橡胶不得使用再生胶或粉碎的硫化橡胶;异型钢不低于Q345C 钢材,每段伸缩缝装臵不允许使用焊接成型异型钢材。                               3、伸缩装臵运至现场必须出具同批产品出具产品合格证,查看生产厂家经营许可证、生产许可证和产品合格证并应备档。
4、伸缩装臵应在出厂前进行试组装,异型钢、密封条、锚筋、钢板由厂家成套提供。
5、伸缩缝预留槽采用C50钢纤维水泥混凝土,施工中应严格控制坍落度。
6、具体试验项目和尺寸偏差等要求执行《公路桥梁伸缩装臵》T/T327—2004 行业标准。

桥梁伸缩缝装置焊接固定要点如下:

  1、焊接前不得打开伸缩装置定位锁。

  2、采用对称点焊定位。在对称焊接作业时伸缩缝每0.75~1m范围内至少有一个锚固钢筋与预埋钢筋焊接,焊接长度应符合设计要求。两侧完全固定后就可将其余未焊接的锚固筋完全焊接,并穿横筋进行焊接加固,确保锚固可靠,不得在横梁上任意施焊,以防变形。

  3、焊接作业过程中,边焊边用3m直尺检查纵横向平整度及顺直度。焊接完毕后,全面检查一次,必要时进行调整。

  4、拆除锁定夹具,检查验收合格后,进行下一道工序。

 1桥梁伸缩缝概述


      桥梁伸缩缝是指为适应材料胀缩变形需要而在桥梁上部结构中设置的间隙。为使车辆平稳通过桥面,在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等构件组成的各种装置称为伸缩缝装置。当前,对于桥梁伸缩缝一般有对接式、钢制支承式、组合剪切式(板式)、模数支承式以及弹性装置。①对接式伸缩缝。对接式伸缩缝装置,更具其构造形式和受力特点的不同,可分为填塞对接型和嵌固对接型两种。填塞对接型伸缩装置是以沥青、木板、麻絮、橡胶等材料填塞缝隙,伸缩体在任何情况下都处于受压状态。该类伸缩装置一般用于伸缩量在40mm以下的常规桥梁工程上,但目前已不多见。嵌固式对接伸缩缝装置利用不同形态的钢构件将不同形状的橡胶条(带)嵌牢固定,并以橡胶条(带)的拉压变形来吸收梁体的变形,其伸缩体可以处于受压状态。也可以处于受拉状态。②钢制支承式伸缩装置。当桥梁的伸缩变形量超过50mm时,常采用钢质伸缩装置。该伸缩装置当车辆驶过时往往由于梁端转动或挠曲变形而产生拍击作用,噪声大,而且容易使结构损坏。因此,需采用设有螺栓弹簧的装置来固定滑动钢板,以减少拍击和噪声,该伸缩缝的构造相对复杂。③组合剪切式(板式)橡胶伸缩装置。该装置是利用各种不同断面形状的橡胶带作为填嵌材料的伸缩装置。由于橡胶富有弹性,易于粘贴,又能满足变形要求且具备防水功能。因此,目前在国内、外桥梁工程中已获得广泛应用。④模数支承式伸缩装置。板式橡胶制品这一类伸缩装置,很难满足大位移量的要求;钢制型的伸缩装置,很难做到密封不透水,而且容易造成对车辆的冲击,影响车辆的行驶性。因此,出现了利用吸震缓冲性能好又容易做到密封的橡胶材料,与强度高性能好的异型钢材组合的,在大位移量情况下能承受车辆荷载的各类型模数支承式(模数式)桥梁伸缩装置系列。⑤弹性体伸缩装置。弹性体伸缩装置分为锌铁皮伸缩缝和TST碎石弹性伸缩缝,弹性体伸缩装置是一种简易的伸缩缝装置,对于中小跨径的桥梁,当伸缩量在20mm-40mm以内时可以采用TST碎石弹性伸缩缝装置,是将特制的弹塑性材料TST加热熔化后,灌入经过清洗加热的碎石中,即形成了TST碎石弹性伸缩缝,碎石用以支持车辆荷载,TST弹塑性体在一25℃~60℃条件下能够满足伸缩量的要求。


      2桥梁伸缩缝设计要点


      2.1伸缩缝破坏过早的设计原因伸缩缝的破坏最先从过渡段的混凝土开始。过渡段混凝土的主要荷载为车辆轮压产生的动载,当轮压在伸缩缝上时,其荷载通过锚固系统传递到过渡段混凝土,再传递到梁板上,并产生一定的压缩变形。在设计上而言,造成伸缩缝的破坏过早,无非是以下方面的原因:①伸缩缝在整个桥梁工程所占的份量不多,一般易被设计人员忽视,从而未对伸缩缝进行细致的考虑与设计。②伸缩装置的受力复杂,而与之密切相关起决定作用的锚固系统却不尽合理。③设计方面对施工的实际情况考虑不足。如:锚固混凝土太薄且钢筋密布,伸缩装置的锚固系统很难准确地预埋在梁中,甚至无法预埋,相当一部分锚固系统不得不锚固在整体化层混凝土中。④有的设计工程师在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型,而往往对伸缩装置的性能了解不全面,忽视了产品的相应技术要求。


      2.2伸缩缝设计要点


      2.2.1整体设计合理选定恰当伸缩量的缝隙极为重要,缝隙越大伸缩装置越容易遭破坏。采用的缝隙过大或过小,以及没有考虑安装时的温度而调整间隙。特别是针对板式橡胶伸缩装置,易造成破坏。即使是连续桥面,在面层铺装上往往也会出现裂纹。因此。要采取预先切割桥面,设置接缝,或用较软的铺装层来吸收裂缝,或者安设小型的伸缩装置来解决。在较大纵坡的情况下,如不设置考虑适应竖直变位的构造,也容易产生缺陷,引起破坏。伸缩装置沿桥面纵向,即使伸缩量小,也存在挠度差大的问题,因此,在伸缩装置构造上要给予重视。伸缩装置与梁体结合成等强的整体无疑是提高其使用效能的重要手段。除模数式伸缩装置之外的其他类型的桥梁伸缩装置,与桥面板的固定、结合往往不够充分,效果不甚理想,一般构造尺寸较小、刚度不足,而且对新材料的特征、配合等研究不够深入,所以在选型时应作充分的比较研究。为防止因雨水而起的漏水现象,虽然在一些钢制伸缩缝装置中,对配合部位采取插入密封橡胶或将排水装置或铺装层面层作为容易清扫的型式,或在整个缝隙中灌注填人防水材料的实用型式。对与桥面的雨水,一般应在伸缩装置附近设集中排水口;对不在日常养护作多次涂漆的构件上,设计上应采用优质耐久的防护材料作有效的处理。


      2.2.2实例设计在设计方面,有些设计者误认为上部构造梁板的实际预制长度与理论长度之差就是桥两端伸缩缝的宽度。就一孔20m长的简支梁桥为例,有些设计人员照本宣科,把两端各设一道缝宽2cm的伸缩缝。实际上按温差45℃设计,伸缩量按下式计算:


      △L=△Lt+△Ls+△Lc+△Ld+△ALe,△Ltf=△taL。


      式中:△Lt—温度变化产生的伸缩量;


      a—线膨胀系数,混凝土a=10×10-6,钢a=12×10-6;


      L—伸缩梁的长度;


      △Ls,△Lc—由于混凝土收缩和徐变影响而产生的收缩;


      △Ld—梁端转角产生的变形量;


      △Le—制造安装误差。


      膨胀系数n=10×10-6,干燥收缩度20×10-5,徐变系数ψ=2.0,预应力引起的平均轴向应力σ=6N/m㎡,混凝土的弹性模量Eh=30000N/m㎡,施加预应力后三个月的递减系数=0.4,则:△=45×10×10-6×20000=9mm,△L=20×aLβ=20×10×10-6×20000×0.4=1.6mm。△L=σ/EhψLβ=6/30000×2×20000×0.4=3.2mm。设梁端旋转水平变形△Ld=3mm。总伸缩量△L=9+1.6+3.2+3=16.8mm。按此计算,只在一端(若系坡桥只在高处一端)留一道缝宽2cm的伸缩缝即可,另一端桥面铺装与背墙连续,这样,既节约了资金,又减轻了跳车。


      合理预留伸缩缝宽度,可使其在夏季挤紧,到冬季温度降低时才会拉开,从而有效提高伸缩缝寿命,减小桥头跳车。据观察伸缩缝挤坏的很少,大部分是缝太宽,引起跳车,跳车越严重缝破坏的越快,形成恶性循环。另外混凝土还有相当高的抗压强度,只要挤压在规定范围内,对桥梁结构不会造成影响。由此可见在伸缩缝的设计中,采用安全系数较大的伸缩缝宽度,是完全没有必要的。


      3结语


      桥梁伸缩缝的破坏,对桥梁使用性能以及通车都会带来严重的影响,因此必须加强桥梁伸缩缝的优化设计,从伸缩缝类型、结构以及环境等相关因素进行强化设计,才能确保伸缩缝在今后的使用中,满足桥梁使用性能。

1 影响伸缩量的基本因素

  1.1 温度变化

  温度变化是影响伸缩量的主要因素。由于我国幅员广大,温差悬殊、变差幅度各地不一,兹推荐下列数据供设计参考使用。由于温度使桥梁内部温度分布不均匀会引起大跨径桥梁端部产生角变位,一般跨径比值较小,可不予考虑;大跨径桥梁,设计时应予考虑

  1.2 混凝土的徐变和收缩

  钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥需考虑其徐变及收缩。徐变量按梁在预应力作用下的弹性变形乘以徐变系数¢=2求得。收缩量以温度下降20℃来换算。应当考虑安装时混凝土的徐变和收缩已完成的部分,为此应将全部徐变和收缩量乘以折减系数?。下列?值供设计时参考。

  徐变的龄期是以施加预应力后的时间计算,收缩是以浇筑混凝土以后到安装时的全部龄期计算,设置伸缩装置后施加的预应力需另加。

  1.3 各种荷重所引起的桥梁挠度

  活载、恒载等会使桥梁端部发生角变位,而使伸缩装置产生垂直、水平及角变位。如果梁比较高,且伴有振动的情况,应格外注意。

  由于加宽桥面而要设置纵向伸缩装置时,由于跨中挠度较大,还应注意在振动时变位随时间变化的相位差。

  1.4 地震影响使构造物发生变位

  地震对伸缩装置的变位影响比较复杂,目前还难以把握,在设计伸缩装置时一般不予考虑;但如有可靠资料能算出地震对桥梁墩台的下沉、回转、水平移动及倾斜量时,在设计时给以考虑当然更好。

  1.5 纵坡对变位的影响

  纵坡较大的桥,通常施工时把活动支座作成水平的,因而在支座位移时在路面产生了一个垂直差(△d),其值为水平位移乘以纵坡(tgθ),在变位较小的情况下可不予考虑,但对组合钢桥变位大且纵坡也大的情况下,设计伸缩装置的形式就应认真对待。

  1.6 斜桥及曲线桥的变位

  斜桥及曲线桥在发生支承移动方向的变位△L时,便有在桥端线方向的变位△S及垂直于桥端线方向的变位△d:

  △d=△L sinθ   △S=△L cosθ

  式中:θ-倾斜角;△L-伸缩量。

  把沿支座移动方向的位移△L称作伸缩缝,把垂直于桥梁线的位移△d称作梁端伸缩缝。由于平行于桥端线△S的位移而使伸缩装置在平面上受扭,产生剪应力,在设计时必须注意。同时,还应注意支座的约束条件及墩台形式的不同所产生的影响。

  2 计算方法

  2.1 温变变化的伸缩量

  根据当地温度变化范围和安装支座时的温度来计算伸缩量(△Lt)、混凝土的徐变、收缩的缩短量;其它次要因素是用一定的安全值在构造上给以考虑,同时还应算出由于因工时,温度变化的修正量,一般如下计算:

  实际采用的伸缩量应考虑一定的安全值,如W型伸缩装置,宽65mm,初压缩量20mm.

  4 对目前伸缩装置设计的几点浅见

  (1)小跨径的中小桥(如20m以内的)宜不设伸缩缝。支座采用固定式橡胶支座,让墩台的弹性变形和台后的土抗力来抵抗温度应力(因变形长度在10m以内伸缩量一般在5mm以内)。也可以在路面及桥面铺装摊铺完了,再沿原缝开一条宽2cm深3~5cm的假缝,内填以沥青麻絮或其他可塑性材料以防面龟裂。

  (2)中、小桥宜采用W型伸缩装置,它具有以下一些优点:①伸缩体与铁件联接可不用胶水,而利用橡胶本身的预压密缝防水;②构件尺寸小,相应材料用量省,施工方便,造价低;③温度伸缩变形发挥像胶弹性材料性能。在外荷作用下则充分利用拱形结构的优势。

  (3)从实践和有关资料来看,不论W型、V型、空心板型的橡胶体都可使用。毛病不在胶体本身,而是在整个伸缩装置结构的设计是否合理。西德毛勒公司的伸缩装置、近几年应用较多的TST伸缩装置设计比较合理,在行车时它具有较高的刚度,在温度变化时又变形灵活。

  (4)从目前已经施工的伸缩装置来看,板式伸缩装置的平整度较好,其原因是胶体内不仅加入了足够数量的钢板以增加变形体的刚度,而且又有足够数量的铆钉使伸缩体同桥梁变形体的联结比较牢固,不至于象原来空心板橡胶伸缩缝那样易于脱出。而且改善了施工工艺,注意到施工时的安装温度,其定位值A易于控制。经实桥施工2年来的考验效果良好。其缺点是变形似欠灵活。据有关方面介绍每延米须施加2.5t的压力方能达到其设计缩短值,而且价格比较贵。

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