桥梁伸缩装置及类型

桥梁伸缩装置是为使车辆平稳通过桥面并满足桥面变形的需要，在桥面伸缩接缝所设置的各种装置。桥跨结构在温度变化、荷载作用、基础变位、混凝土收缩和徐变等影响下将会发生伸缩变形及梁端的旋转，梁的挠度等因素引起的接缝变化等，为了满足桥梁在各种因素作用下按照设计的计算图式自由变形，同时保证车辆能平稳通过，就要在相邻两梁端之间，或梁端与桥台之间，或桥梁的铰接位置上预留伸缩缝，并在桥面设置伸缩装置。伸缩装置应能够满足下列要求：在平行垂直于桥梁轴线的两个方向，梁体均能自由伸缩，除本身有足够的强度外，应与桥面铺装部分牢固连结，并具有耐久性，车辆通过时应平顺、无跳车且噪声小，使行驶舒适；要有良好的密水性和排水性及施工方便性，且维修简便，价格合理，更便于检查、养护和清除沟槽污物。伸缩装置是桥梁结构中最薄弱的环节，由于伸缩装置直接承受车轮反复荷载的冲击作用，有很微小的不平整在汽车荷载作用下的就会使该处受到很大的冲击作用，因此也是最容易遭到破坏而需要维修更换。在设计或施工中稍有缺陷和不足，就会导致其早期的损坏，这不仅直接使桥梁通行者感到不舒适，缺乏安全感，有时还会影响到桥梁结构本身的正常使用。造成伸缩装置普遍破损的原因，除了交通流量增大，重型车辆增多（冲击作用明显增大）外，设计、施工和养护方面也不容忽视，况且桥面在伸缩缝位置刚度突变，又在快速行驶车辆荷载的反复作用下，其使用寿命受到严重影响。因此，对伸缩装置的设计和构造处理绝不能简单从事，所以除设计时应考虑合理选型外，还要对安装施工的程序和工艺进行严格控制，方能保证伸缩装置最有精确定位，最有抵抗能力并牢固的锚定它。对于曲线桥或斜桥，除了纵向、竖向变形外，还在存在横向、纵向及竖向，故选用的伸缩装置要有相应的变位适应能力。常用的伸缩装置按传力方式和构造特点大致可分为五大类，即：对接式、钢制支承式、橡胶组合剪切式、模数支承式和无缝伸缩装置（含桥面连续构造）。如下表：桥梁伸缩装置分类类别型式类型说明对接式填塞对接型沥青、木板填塞型以沥青、木板、麻絮、橡胶等材料填塞缝隙的构造（在任何状态下，都处于压缩状态）V型镀锌铁皮型矩形橡胶条型组合式橡胶条型管形橡胶条型嵌固对接型W型采用不同形状的钢构件将不同形状橡胶条（带）嵌固，以橡胶条（带）的拉压变形吸收梁变位的构造SW型M型SDⅡ型PG型FV型GNB型GQF-C型钢制支承式钢制型钢梳齿板型采用面层钢板或梳齿钢板的构造钢板叠合型橡胶组合剪切式板式橡胶型BF、JB、JH、SD、SC、SB、SG、SEG型将橡胶材料与钢件组合，以橡胶的剪切变形吸收梁的伸缩变位，桥面板缝隙支承车轮荷载的构造SEJ型UG型BSL型CD型模数支承式模数式TS型采用异形钢材或钢材焊件与橡胶密封带组合的支承式构造J-75型SSF型SG型XF斜向型GQF-MZL型无缝式暗缝式GP型（桥面连续）路面施工前安装的伸缩构造以路面等变形吸收梁变化的构造TST弹塑体EPBC弹性体一、对接式伸缩装置：根据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型式，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，该类型一般用于伸缩量在40mm以下的桥梁工程上，但容易损破失效，目前已不多用了，嵌固对接型伸缩装置利用不同形状的钢构件将不同形状的（如W型、M型、箱型、鸟等）橡胶条（带）嵌固固定，并以橡胶条（带）的拉压变形来吸收梁体的变位，其伸缩体可以处于受压状态，也可以处于受拉状态。该类型被广泛应用于伸缩量在80mm及以下的桥梁工程中。二、钢制支承式伸缩装置：该装置利用钢材装配制成的，能直接承受车轮荷载的一种构造。以前这种伸缩装置多用于钢桥，现在也用于混凝土桥梁，钢制支承式伸缩装置的形状、尺寸和种类繁多。国内常见的有钢梳齿板型和钢板叠合型伸缩装置。1、钢梳齿板型伸缩装置它是将钢板做成梳齿状，由梳形板、锚栓、垫板、封头板及排水槽等组成，有的还在梳齿之间填塞合成橡胶，以起防水作用，梳形板一般需焊接拼长，焊接时应按锚栓孔位置及平面尺寸弹线定位。并用夹板固定但钢板一般较厚，焊后仍将产生一定的变形，因此，焊后仍需进行矫正。安装时应首先按设计标高将锚栓预埋，然后焊接锚板，并调整封头板与垫板齐平，最后再安装梳形板，跨越伸缩缝间隙后，搭在另一端预埋件上，进行固定，浇筑混凝土，该类型伸缩量可达40mm以上，这种装置结构本身刚度较大，抗冲击力强，因此在大、中跨桥梁中广泛使用，其缺点是防水性稍差，构造复杂也费钢材。2、钢板叠合型伸缩装置是一侧用螺栓锚定牵引板，另一侧搁置在桥台边缘处的角钢上，角钢与牵引板间设置滑板，用钢板的滑动适应结构的伸缩。缝间可填充压缩材料或加设盖板，滑动钢板通过橡胶垫块始终紧压在护缘角钢上，这样就消除了不利的拍击作用，又显著减小了车辆的冲击作用。三、橡胶组合剪切式（板式）伸缩装置。橡胶组合剪切式伸缩装置种类繁多，比如有：空心板型、W型和M型等等，纯橡胶伸缩装置具有构造简单、伸缩性好、防水防尘、安装方便、价格低廉等优点。伸缩量约在30mm~50mm，一般用于低等级公路的中小桥梁。以下介绍一下板式橡胶伸缩装置：板式橡胶伸缩装置是用一整块橡胶板嵌在伸缩缝中而形成的，橡胶板设有上下凹槽，靠凹槽之间的橡胶体剪切变形来达到伸缩的目的。并在橡胶板内预埋钢板以提高橡胶的承载能力，伸缩量可达60mm，如果在橡胶板下增设梳形板，一面用梳形钢板来支托橡胶板，一面用橡胶板来防水，两者同时起伸缩作用，则伸缩量可增加至200mm。四、模数支承式伸缩装置。模数支承式伸缩装置是高速公路桥梁上主要使用的一种伸缩装置，其伸缩量大，功能比较完善但结构复杂。由于高等级公路和各种长、大桥梁的不断兴建，对位移伸缩量的要求越来越高，钢板及一般的橡胶伸缩装置已很难满足大位移量的要求，因此出现了在大位移量情况下能承受车辆荷载的各种类型模数式桥梁伸缩装置。其装置主要由异型钢材和各种截面形式的橡胶条组成的犹如手风琴式的伸缩体，加上横向位移控制系统以及弹簧支承系统，每个伸缩体的伸缩量为60~100mm，需要伸缩量更大时，可以用两个以上的伸缩体，中间用若干根中梁隔开。中梁支承在下设的横梁上（顺桥向），其作用是承受大部分的车轮压力，为保证伸缩时中梁始终处于正确的位置并作同步位移，应将中梁底部连接在杆式或弹簧式的控制系统上。当伸缩体做成60、80和100mm三种型号时，视中梁根数不同，可以组合成宽度为60、80和100mm倍数的各种伸缩缝，也即可以按模数变化。该伸缩装置均能用于正交桥、斜桥、弯桥和坡桥。五、无缝式（暗缝式）伸缩装置无缝式伸缩装置构造不外露于桥面，在梁端部的伸缩间隙中填入弹性材料并铺防水材料，然后在桥面铺装层中铺筑粘弹性复合材料，使伸缩接缝处的桥面铺装与其他铺装部分形成连续体，以连续接缝的沥青砼等材料的变形承受伸缩，它能适应桥梁上部结构的伸缩变形和小量转动变形，其特点是：行车平顺，不致产生冲击、振动、噪声减小等，形成多重防水构造，防水性较好，在寒冷地区积雪易于机械铲除，不至破坏接缝，施工简单，易于维修更换，不过这种伸缩构造仅适用于较小的接缝部位。桥面连续构造也可视为无缝式伸缩装置的一种形式，它在高等级公路的小跨径桥梁中广泛采用。其实质就是将简支的上部结构在其伸缩缝处施行铰接，使桥面连续。这样，多孔简支梁在竖直荷载作用下的变形状态属于简支体系，而在纵向水平力作用下则属连续体系，实际工程中桥面连续构造有多种形式。