伸缩装置讲义(第三版)

2013年5月张华公路桥梁伸缩装置现状及发展趋势一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越性能六、伸缩量计算及取值一、桥梁伸缩装置简介伸缩缝为适应材料膨胀变形对结构的影响，在结构的两端设置的间隙。《道路工程术语标准》（GBJ124-1988）明确规定伸缩装置桥梁伸缩装置指为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置的装置的统称。一、桥梁伸缩装置简介桥梁伸缩装置连续的承载面良好的防水性能和排泄系统具有减噪和防振的功能桥梁位移自由1983年10月在澳大利亚悉尼召开的第七届国际桥梁和结构工程大会上确认了桥梁伸缩装置基本要求一、桥梁伸缩装置简介伸缩装置的要求伸缩装置的功能◎保证桥面或梁体位移自由伸缩（温度、风动、荷载）一、桥梁伸缩装置简介一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越性能六、伸缩量计算及取值国外桥梁伸缩装置起步较早，始于第一次工业革命，伸缩装置研究具有较高成就的国家是德国、瑞士、美国、英国。二、伸缩装置类型德国伸缩装置美国伸缩装置英国伸缩装置二、伸缩装置类型国内桥梁伸缩装置的发展如中国的近代史，20世纪70年代才参照国外橡胶伸缩装置正式提出橡胶式伸缩装置，80年代，国外的伸缩装置大量进入国内，带动了国内的伸缩装置行业。70年代橡胶伸缩装置80年代异型钢伸缩装置现代桥梁伸缩装置到目前为止，我国公路桥梁和城市桥梁工程上使用的伸缩装置类型已比较多，可总结为两大类：模数式伸缩装置，梳齿板式伸缩装置二、伸缩装置类型模数式伸缩装置梳齿板式伸缩装置背景模数式伸缩装置最初从国外进口，主要来源于德国毛勒和瑞士马格巴，到现在为止，这两个公司仍然是世界桥梁伸缩装置的巨头。从国外引进模数式伸缩装置后，国内专家和学者积极进行研究改进，推出了国内较先进的模数式桥梁伸缩装置，最早研制的模数式伸缩装置为GQF-MZL类型，结构设计比较合理，但由于国内钢材轧后热弯工艺不过关、最终没有得到广泛的使用。二、伸缩装置类型模数式伸缩装置特点无论是国内还是国外，模数式伸缩装置都具有相同的特点，是一种格栅式结构，其承载机构主要由中梁、边梁组成，通过支撑横梁将荷载受力传递于桥梁端部，位移通过支撑横梁在变位箱内自由滑动实现。模数式伸缩装置主要结构分为四个系统---承重系统、位移系统、锚固系统和密封系统。该类产品具有纵向变位大，安装相对方便的特点。二、伸缩装置类型模数式伸缩装置背景梳齿板伸缩装置来源于日本，日本专家研究发现，该类伸缩装置安装为浅埋结构，其损坏也不会对桥梁梁体形成破坏，抗震效果比较明显，鉴于这种原因，在地震频繁的日本，梳齿板伸缩装置得到了大量的应用。其他国家对梳齿板伸缩装置有不同程度的研究，以瑞士马格巴为主要代表的伸缩装置公司研究颇有成效。二、伸缩装置类型梳齿板伸缩装置特点梳齿板伸缩装置根据结构可以分为悬臂结构和简支结构。悬臂结构是通过锚固钢筋将梳齿板焊接于梁端，伸缩装置的伸缩区域在伸缩缝位置。简支结构是通过锚固螺栓将伸缩装置与梁体连接，一端伸缩装置在另一端梁体上自由滑动。梳齿板伸缩装置是通过梳齿间隙满足桥梁的自由伸缩，具有结构刚度大，抗冲击能力强的特点。二、伸缩装置类型悬臂结构简支结构梳齿板伸缩装置背景随着桥梁的长大化发展，桥梁的受力已越来越复杂，对桥梁伸缩装置也提出了多向变位要求，伸缩装置在横向、竖向、纵向必须满足桥梁的位移需求。尤其是大量的悬浮体系桥梁的出现，更是要求桥梁伸缩装置具有大转角性能。二、伸缩装置类型现代多向变位桥梁伸缩装置结构示意图现代多向变位桥梁伸缩装置美国布朗以模数式伸缩装置为原型，在中梁之间增加铰链体系，在伸缩装置变位箱内增加大量的弹性元件满足多向变位的需求。在国内由于受到原材料及加工工艺的限制，铰链体系的多向变位伸缩装置使用效果并不理想。多向变位-铰链体系铰链体系弹性元件二、伸缩装置类型轴体系多向变位伸缩装置最早是日本道路协会以简支梳齿板伸缩装置为原型，在梳齿板上增加转轴实现多向变位功能，国内有厂家也研制了单轴体系的多向变位伸缩装置，存在一定的结构不合理性，转动系统和砼未形成实质性的分离。多向变位-轴体系二、伸缩装置类型该图片为伸缩装置属于双层轴体系结构，是通过一根横向的转轴来满足由于竖向荷载引起的变位功能，另外一根竖向转轴来满足由于横向位移引起的摆动，但是存在结构的主要缺陷相互两根转轴限制了彼此的转动。二、伸缩装置类型多向变位-轴体系二、伸缩装置类型轴体系伸缩装置动画将球冠作为伸缩装置的活动体系，球缺作为固定体系与桥梁梁体连接。无论是桥梁受力或者伸缩装置受力（汽车荷载作用于伸缩装置产生的竖向力）。其设计的球面结构均能实现多向变位的功能。球体系的设计已经将横向变位和竖向变位的概念模糊化，无论是任何方向的作用力，球冠都会在球缺内适应转动，形成一种主动适应的受力结构。大量的研究和事实证明无论是铰链体系的多向变位伸缩装置，还是轴体系的多向变位桥梁伸缩装置，在国内均不能很好的实现多向变位的功能，国内一些伸缩装置专家通过大量研究，根据“万向节”的原理，提出了新型的多向变位理念-球体系多向变位伸缩装置。二、伸缩装置类型多向变位-球体系球体系的桥梁伸缩装置，从原理上很好的解决了多向变位的要求，通过增加各种配合元件，实现多向变位功能。二、伸缩装置类型多向变位-球体系球体系多向变位伸缩装置一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越性能六、伸缩量计算及取值三、伸缩装置现状同时，传统的重结构、轻附属的设计理念导致整个工程行业对伸缩装置重视不足，出现了一些产品设计缺陷。公路桥梁伸缩装置，在桥梁结构中直接承受车轮荷载反复冲击作用，而且长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构最易遭到破坏而又较难修补的部位。桥梁伸缩装置在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早期破坏，这不仅直接使桥梁使用者感到不舒适，缺乏安全感，甚至还会影响到桥梁结构的正常使用，养护管理部门不得不进行早期维修甚至提前更换，造成不同程度的经济损失和不良社会影响。三、伸缩装置现状三、伸缩装置现状三、伸缩装置现状三、伸缩装置现状47cm某长江大桥动画模拟演示桥梁为大跨径悬索桥，使用模数式2000型号的伸缩装置，桥梁建成后不久就出现的损坏，不得不进行维修。重庆某大桥匝道桥，梁端设计为挑梁结构，受力结构为悬臂结构，桥梁处于平曲线半径较小的曲线上，车辆荷载作用时产生较大的横向力和竖向作用力，导致悬臂端出现较大位移，致使伸缩装置损坏。三、伸缩装置现状重庆某大桥三、伸缩装置现状武汉某大桥桥梁全线采用梳齿板伸缩装置，车辆的长期作用导致锚固梳齿板的螺栓疲劳伸长，梳齿板与桥梁端部出现间隙，长期使用，垃圾进入间隙，梳齿板不能恢复原位置，致使梳齿板上翘。使用国内某多向变位桥梁梳齿板伸缩装置，在运营过程中出现了大量砼损坏情况，通过多方考察验证总结原因为：伸缩装置结构设计存在一定的缺陷，负责转动的横向转轴被砼牢牢包裹，容易对砼造成剪切破损。三、伸缩装置现状沈海高速宁波段桥梁伸缩装置损坏类型（总结）1、模数式伸缩装置①组装差、中梁钢下沉；②中梁钢弯曲；③中梁钢折断；④止水带破损；⑤支撑垫块脱落；⑥支撑横梁弯曲；⑦控制弹簧折断；⑧滑动不锈钢板脱落；⑨伸缩间隙不均匀。2、梳齿板式伸缩装置①梳齿上翘；②梳齿折断；③大小板脱落；④螺栓组脱落；⑤止水带损坏；⑥滑动不锈钢板损坏。3、施工工艺控制不合格①钢筋预埋或焊接不合格；②梁体预留槽口不合格；③混凝土养护或强度不合格；④施工安装精度控制不足。三、伸缩装置现状三、伸缩装置现况30%15%20%10%15%10%损坏情况调查分析图产品结构材料性能施工管控设计养护其他无论何种形式的桥梁伸缩装置，在国内外均出现过不同程度的损坏，有产品设计的原因，有使用性能不能满足的原因，同样有施工不合格出现的损坏。一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越性能六、伸缩量计算及取值根据上述分析的情况我们不难看出，桥梁伸缩装置在现代桥梁使用中有举足轻重的作用，多功能桥梁伸缩装置将成其为未来的发展趋势，对于未来伸缩装置的发展经过研究可以总结为四点：四、伸缩装置的发展方向多向变位防振低噪音施工方便四、伸缩装置的发展方向通过合理的结构设计，能满足纵向、横向、竖向及扭变功能通过新材料和新技术，减少冲击力，减少振动，降低噪音模块化设计，化整为零的设计，便于维修更换，降低养护成本四、伸缩装置的发展方向多向变位桥梁伸缩装置已经成为伸缩装置发展的主流趋势，也将成为伸缩装置是否合格的首要指标。多向变位四、伸缩装置的发展方向防振传统的伸缩装置均为刚性结构，在其刚性接触面内增加一定量的阻尼材料，将大幅弱化伸缩装置与桥梁之间、伸缩装置元件之间的作用力，将大幅延长伸缩装置的使用寿命。四、伸缩装置的发展方向低噪音在大量城市高架修建的同时，城市内的噪声也大幅增大，车辆通过伸缩装置时发出的巨大“咣当”声成为噪声的重要来源之一，通过大量的实验验证，车辆梳齿板伸缩装置时的噪声比通过模数式伸缩装置的噪声小5-10分贝。四、伸缩装置的发展方向目前公路桥梁伸缩装置出现大量的损坏，如何在保持道路畅通的同时对伸缩装置进行维修更换，是各个养护管理部门头痛的问题，通过大量的实践工程总结，将梳齿板模块化，进行单元更换，既保证了车辆的正常通行，又能够在确保更换质量前提下完成工作。施工方便四、伸缩装置的发展方向根据上述的内容，桥梁技术逐渐往长大化、悬索桥方面发展，伸缩装置作为桥梁的附属构件，越来越被行业重视，只有采用功能合理，性能优越的伸缩装置，才能很好的保证车辆通行的安全性、舒适性、环保性和便捷性。伸缩装置的未来发展必须是具有多向变位功能、减振隔震效果明显，低噪环保性能好、养护维修方便的伸缩装置。一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越性能六、伸缩量计算及取值五、MS伸缩装置优越性能力争成为国际领先行业楷模科技理念解决行业发展瓶颈解决目前伸缩装置产品缺陷MS系列桥梁伸缩装置更安全、更舒适、更耐久、更便捷！五、MS伸缩装置优越性能针对上述桥梁伸缩装置存在的问题，西安中交万向科技股份有限公司为了实现工程结构的安全性设计、适用性设计和经济性设计，在对“结构控制技术”“减隔震技术”、“环保便捷功能”进行深入研究与系统掌握的基础上，研发出一种安全、适用、经济、耐久的桥梁伸缩装置-MS系列桥梁伸缩装置，有效地实现了桥梁多种功能要求。五、MS伸缩装置优越性能四大核心理念养护维修环保抗震系统分离多向变位通过上下球面副来实现多向变位功能通过增加变位箱，实现转动系统和砼分离采用高性能材料，减隔震技术，具有环保抗震功能模块化设计，便于养护维修，且维修成本低五、MS伸缩装置优越性能五、MS伸缩装置优越性能五、MS伸缩装置优越性能1、水平转角——当发生横向微量位移时，球面副结构能够配合梁体转动，从而实现水平转动功能。2、竖向转角——当荷载作用时，随着梁体端部的微量转动，球面副能够满足竖向转角功能。3、合理扭变——当发生几个方向力或不确定方向力同时作用在梁体的端部，伸缩装置会根据端部的微量位移实现扭变功能。4、结构性能——在产品的变位转动系统外增加变位箱，将转动系统和砼的分离，使各元件受力独立，互不影响。5、环保性能——在装置大小板与砼之间增加弹性阻尼材料，从而减少噪音；且在装置的齿端增加斜坡倒角，便于轮胎的过渡接触，从而减少噪音。6、抗震性能——在装置的上下球面副之间、板与砼之间、变位箱内部等区域增加一定的抗震材料，减少震动频率，达到减少震动的作用。7、防病害性能——该装置的止水带为隐性设置，避免了裸露的损坏和腐蚀。8、养护便捷性能——由于产品每米一个模块，各单元相互独立、化整为零的设计理念，增加了维修的便捷性，大大降低了维修养护成本。五、MS伸缩装置优越性能组件受力分析“U”型螺栓分析钢板受力分析五、MS伸缩装置优越性能一、伸缩装置简介二、伸缩装置类型三、伸缩装置现况四、伸缩装置发展方向五、MS伸缩装置优越