对公路桥梁无伸缩缝桥梁的设计特点分析

曹俊

摘要: 本文针对伸缩缝和支座存在的问题,就整体式桥台和无伸缩缝桥梁设计作了简单的分析。

关键词: 整体式桥台；无伸缩缝；公路桥梁；设计

Abstract: This paper aim at the existing expansion joints and bearings, analyzes the integral abutment and joint less bridge design.Key words: Integral abutment; expansion joints; roads and bridges; design

中图分类号：U443文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

0概述

伴随着公路桥梁的飞速发展,在对桥梁主体结构越来越关注的今天, 却对支座、伸缩缝这些附属设施往往没有引起足够的重视。桥梁伸缩装置长期暴露在大气中, 使用环境恶劣,伸缩缝是最后被安装到桥梁上的,往往没有给予足够的重视以保证它能实现正常的作用。

即使是防水伸缩装置在长期使用后也会出现漏水,使得路面表层的含盐排泄水直接侵蚀主梁梁端、支座以及钢筋混凝土下部结构,这是我们经常遇到的最主要的腐蚀问题。桥梁伸缩缝一方面承受着来自活载的磨损和重交通的冲击作用,另一方面也承受着因热胀冷缩、收缩徐变或基础沉降和土压力引起的连续变位作用的影响。

目前公路超载情况越来越严重,伸缩缝会经常遭遇超过其设计承载力的荷载的冲击作用, 而这些更缩短了伸缩缝的寿命。尘埃、垃圾也会逐渐填满伸缩装置的空隙, 从而使导致伸缩松动、失效,而桥梁两端伸缩装置的破坏,必将引起很大的车辆冲击荷载,进一步恶化行车状况。

1无伸缩缝桥梁的特点

桥面板上没有伸缩缝的桥梁即为无伸缩缝桥梁。它是将上部梁体结构与下部结构结合成一整体的单跨或多跨桥梁。无伸缩缝桥梁由于是梁、墩台固结构造,因此墩台必须为柔性结构,以吸收梁体的变形,同时满足大变形下承载力和稳定性的要求。一般这些桥梁采用带有盖梁的桩柱式桥台。无伸缩缝桥梁的桥墩可以与上部结构固结,也可以与上部结构分离。半整体式桥台桥梁被定义为:由刚性的非整体基础和上部结构与桥台接触面的水平滑动支座组成的单跨或多跨连续梁桥。

正如前面所陈述,整体式桥台和无伸缩缝桥梁与相同跨径的有伸缩缝桥梁相比, 前期投入造价和后期维护费用都很低。整体式桥台和无伸缩缝桥梁主要优点如下:

1.1 无伸缩缝结构

无伸缩缝桥梁是将上部梁体结构与下部结构结合成一整体的单跨或多跨桥梁。无伸缩缝结构是无伸缩缝桥梁的最主要特征。

1.2 结构设计简单

无伸缩缝连续梁桥中,单排桩支撑的桥梁墩台与上部结构固结,或自支撑的墩柱通过滑动支座与上部结构分离。这些桥梁都可以简化为有一个水平杆和多个竖向杆的刚架,大大方便了桥梁的整体分析和设计

1.3 施工建造速度快

整体式桥台使用单排桩,桩较少,同时可以不用背墙结构。由于取消了支座和伸缩缝,不仅这些附属设施的安装、调试的工期和造价都会大大减少;而且与之相关的一些设施诸如支座垫石、盖梁的设计和施工都会大大简化。

1.4 更大的边中跨比范围

整体式桥台可以更好地抵抗负支反力,整体式桥台可以充当平衡重(配重)。因此,对于连续梁桥,可以采用更小的边中跨比却不用设置昂贵的拉力支座。

1.5 增加超静定性和抵抗灾难的能力

无伸缩缝桥梁增加了桥梁超静定约束和抵抗各种灾难事件的能力。伸缩缝是整个桥梁坍塌的潜在原因,由于墩台和梁固结,无伸缩缝桥梁大大减少了地震中的落梁现象发生的可能性,而落梁恰恰是地震中桥梁损坏的主要原因。对于多震区,无伸缩缝桥梁是一种更可取的设计方案。

1.6 运营费用低

平顺的无伸缩缝结构可以改善车辆行驶的舒适性、减小车辆的冲击应力水平。同时大大降低桥梁的后期维护费用。

2.无伸缩缝桥梁的发展

早在20 世纪30 、40年代,美国的一些州已经开始在混凝土桥上进行无伸缩缝桥梁领域的探索。美国国家桥梁数据显示:美国80%的桥梁总长小于或等于60m。这些桥梁恰好在整体式桥台和无伸缩缝桥梁的合适总长范围内。

所以从20世纪80年代末以来,许多州在条件许可的条件下采用了无伸缩缝桥梁结构。如在华盛顿州和内布拉斯加州,80%～90%的桥梁是半整体式桥台桥梁;在田纳西州,采用了无伸缩缝桥梁和半整体式桥台桥梁的混合结构,而在可能的条件下,均采用无伸缩缝桥梁结构。其中1998年,田纳西州50号公路建成了美国最长的无伸缩缝桥梁。该桥全长358m,其中曲线部分的长度为297m ,桥宽14m,为预应力混凝土T 梁结构, 梁高2.1m。各跨长度从39.3～42.7m不等,采用柱式墩,墩高为l5.5～27.7m。

日本在二战后就致力于对已建桥梁进行无伸缩缝装置化改造。英国于20 世纪70 年代开始了无伸缩缝桥梁的研究。在英国,跨长在65m以内的公路桥梁广泛采用无伸缩缝桥梁结构。其它国家如法国、意大利、新西兰、瑞士、伊拉克等国的无伸缩

缝桥梁技术也日趋成熟。

无伸缩缝桥梁和半整体式桥台桥梁得到了各国的广泛应用。我国在20 世纪末开始了建造无伸缩缝桥梁的尝试1998年在湖南省益阳至常德高速公路上建造了我国第一座整体式桥台桥梁。该桥为(11.4+33.2+l1.4)m的三跨连续梁。1999年1月建成通车的长沙市城南路高架桥, 总长171m,主跨25m,在桥梁西侧设置一道伸缩缝,桥梁东侧采用了取消伸缩缝及支座的整体式桥台。

建于1999年11月的广东省清远市四九桥。全长75.48m (9+ 2X16 + 9) , 右角75 度的四跨钢筋混凝土无伸缩缝桥梁。福建省永春县的上坂太桥是一座刚建成的4X30混凝土T梁无伸缩缝桥梁(2004年1月),也是我国目前已建成的桥长最长的一座无伸缩缝桥梁。全桥长137m。

3.无伸缩缝桥梁的设计特点和难点

3.1 无伸缩缝桥梁由于取消支座、伸缩缝,将上部梁体结构与下部结构固结在一起, 所以温度的影响和桥梁伸缩变形的处理是无伸缩缝桥梁设计主要的难点。经过美国各州公路和运输工作者协会多年的观察,温度对无伸缩装置桥梁的影响可能没有计算值那么大,但是温度对钢桥的影响要比混凝土桥梁大的多,其对无伸缩缝桥梁的影响在定量上分析还有待于进一步研究。

3.2 无伸缩缝桥梁伸缩变形的处理,主要通过其桥台、桥墩的柔性变形来适应。特别是整体式桥台,这是我们关注的重点。在无伸缩缝桥梁设计时应注意以下方面:

3.2.1 首先为减小温度变形的影响,应限制桥梁的长度,其斜交角不应大于30°;

3.2.2 整体式桥台适应于路堤,桩接盖梁式桥台,使用单排柔性桩,为提供柔性, 桩长不应小于6m,对于地质好的山区,要给桩留下足够的变形空间。对于钢桩应调整H 型弱轴方向,使之与运动方向一致;

3.2.3 桥台尽量少的深入路堤,在满足内力的要求下,尽可能降低桥台高度,利用挡土墙来缩短翼墙的长度,在台后设置搭板,以减少车辆对台后填土的积压,降低被动土压力;

3.2.4 为了减小台后填料的沉降同时适应膨胀和收缩,台后填料应采用透水性较好、松散的回填料,与桥台同步分层填充并且夯实;

3.2.5 整体桥梁宜采用对称结构以减小作用于桩柱上的潜在纵向力,并且平衡桥台上的压力。

4.结论

与同跨度有伸缩装置传统桥梁相比,无伸缩缝桥梁由于取消了伸缩装置,从而避免了设置伸缩装置所引起的各种缺陷,不仅减小了桥梁工程造价,而且大大降低了桥梁的维修费用,并且改善了行车的舒适性;在地震多发区,无伸缩缝桥梁的构造特点也提高了桥梁抵抗灾害的能力;高等级公路,尤其是高速公路上桥梁,中等跨径长桥占着相当大比例,如果大量的中小跨径桥梁广泛采用无伸缩缝桥台桥梁结构形式, 将带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献:

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