橋梁伸縮縫計算與選型的實例分析

閆龍

摘要：在橋梁結構中，橋梁伸縮縫在過橋能力、過橋舒適性方面起到了重要作用。為了使車輛能夠平穩的通過，避免設置過小伸縮量的伸縮縫產生伸縮縫破壞、梁端破損等問題，選擇適宜的伸縮縫是非常必要的，而其中最重要的內容就是伸縮縫的伸縮量計算與選型。

關鍵詞：伸縮縫、伸縮裝置、計算、選型、實例、分析

中圖分類號： G613 文獻標識碼： A

一、概述

橋梁的溫度變化，橋面會產生膨脹或收縮，從而引起橋梁的豎向、縱向變形；汽車荷載的沖擊力和制動力也將引起梁端的轉動和縱向位移；彎橋的汽車離心力導致梁端的橫向錯動。為適應橋梁縱向位移的變化和梁端翹曲發生的轉角變化，用以保證橋梁上部結構在溫度變化、混凝土收縮和徐變，以及荷載作用下，在橋梁上部結構活動端、橋面斷縫處的變位能夠實現，而不產生額外的附加內力，并能保證行車平順，需要在橋面伸縮縫處設置一定的伸縮裝置，即伸縮縫。伸縮縫應具有伸縮、承重、防水、平整及施工安裝方便等方面的功能，使得橋梁運行平穩、伸縮自如，且要養護、修理與更換方便，其質量直接影響到橋梁的整體性能和壽命。

二、橋梁伸縮縫的設計原理

橋梁伸縮量的影響因素諸多，規范里明確了溫度變化、混凝土收縮、混凝土徐變及汽車荷載制動力引起的伸縮量計算方法；其他因素引起的伸縮量，通過以上因素計算所得的總伸縮量乘以伸縮量增大系數β進行考慮。具體方法如下所述：

1、溫度變化引起的伸縮量

溫度上升引起的梁體伸長量△Lt+

△Lt+=аc?l?(Tmax-Tset,l)

溫度上升引起的梁體伸長量△Lt-

△Lt-=аc?l?(Tset,u- Tmin)

式中Tmax、Tmin—當地最高、最低有效氣溫值，按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）取用；

Tset,u、Tset,l—預設的安裝溫度范圍的上限值和下限值；

L—計算一個伸縮裝置伸縮量所采用的梁體長度，視橋梁長度分段及支座布置情況而定（一般取橋面不動點到伸縮縫間的長度）；

аc—梁體混凝土材料線膨脹系數，采用аc =0.00001。

2、由混凝土收縮引起的梁體縮短量△Ls-，按下列公式計算：

△Ls-=εcs (tu,t0) ?l

式中εcs (tu,t0)—伸縮裝置安裝完成時梁體混凝土齡期t0至收縮終了時混凝土齡期tu之間的混凝土收縮應變。

3、由混凝土徐變引起的梁體縮短量△Lc-按下列公式計算：

△Lc-=σpc ? Ф(tu,t0) ?l/Ec

式中σpc—由預應力（扣除相應階段預應力損失）引起的截面重心處的法向壓應力，當計算的梁為簡支梁時，可取跨中截面與1/4跨徑截面的平均值；當梁體為連續梁或連續剛構時，可取若干有代表性的平均值；

Ec—梁體混凝土彈性模量；

Ф(tu,t0)—伸縮裝置安裝完成時梁體混凝土齡期t0至徐變終了時混凝土齡期tu之間的混凝土徐變系數。

4、由制動力引起的板式橡膠支座剪切變形而導致的伸縮縫開口量△Lb-或閉口量△Lb+，其值可按△Lb-或△Lb+=Fkte/GeAg計算，其中Fk為分配給支座的汽車制動力標準值，te為支座橡膠層總厚度，Ge為支座橡膠剪變模量，Ag為支座平面毛面積。

5、按照梁體的伸縮量選用伸縮裝置的型號

1）伸縮裝置在安裝后的閉口量C+

C+=β（△Lt++△Lb+）

2）伸縮裝置在安裝后的開口量C-

C-=β（△Lt-+△Ls-+△Lc-+△Lb-）

3）伸縮裝置的伸縮量C應滿足：

C≥C++ C-

式中β—伸縮裝置伸縮量增大系數，可取β=1.2～1.4。

當橋梁與縱坡對稱布置時，伸縮裝置的伸縮量按C/2選型；反之，當橋梁與縱坡不對稱布置時，伸縮裝置的伸縮量按C選型。

三、工程實例

長深高速舍伯吐互通A匝道上跨通霍鐵路公鐵立交橋新建工程，結構形式為6×35m先簡支后連續小箱梁，全橋僅在橋臺處設伸縮縫，橋臺處支座為滑動板式橡膠支座，橋墩處支座為固定板式橡膠支座，上下部結構按橋跨中心對稱布置。

1、溫度變化引起的伸縮量

參數：Tmax=39℃，Tmin=-32℃，Tset,u=25℃，Tset,l=15 ℃，l=3×35=105m。

15 ℃安裝時，伸縮裝置溫度上升引起的梁體伸長量△Lt+=аc?l?(Tmax-Tset,l)=0.00001×105×(39-15)=0.0252m

25 ℃安裝時，伸縮裝置溫度下降引起的梁體縮短量△Lt-=аc?l?(Tset,u- Tmin)=0.00001×105×(25-（-32）)=0.05985m

2、由混凝土收縮引起的梁體縮短量△Ls-=εcs (tu,t0) ?l=0.32×10-3×105=0.0336m

3、由混凝土徐變引起的梁體縮短量△Lc-=σpc ? Ф(tu,t0) ?l/Ec=6.63×1.78×105/34500=0.03592m

4、由制動力引起的伸縮縫開口量△Lb-或閉口量△Lb+

離橋臺位置最近的一排橋墩頂部受到的制動力為117kN，橋墩上設有2×4=8個D450mm×84mm支座，支座橡膠總厚度為60mm，支座橡膠剪變模量為1.1MPa，墩頂的抗推剛度為7139kN/m。

1）由制動力引起的支座剪切變形△Lb -,e或△Lb+,e=Fkte/GeAg=117×60/1.1/（8×4502×3.14/4）=0.005m。

2）由制動力引起的墩頂變形△Lb -,p或△Lb+,p= 117/7139=0.0164m。

將支座剪切變形與墩頂縱向變形相加，離橋臺最近的橋墩支座頂部總的縱向變形為：△Lb-或△Lb+=0.005+0.0164=0.0214m

5、伸縮裝置型號

1）伸縮裝置在安裝后的閉口量C+

C+=β（△Lt++△Lb+）=1.2×（0.0252+0.0214）=0.056m

2）伸縮裝置在安裝后的開口量C-

C-=β（△Lt-+△Ls-+△Lc-+△Lb-）=1.2×（0.05985+0.0336+0.03592+0.0214）=0.1809m

3）伸縮裝置伸縮量C≥0.056+0.1809=0.2369m=236.9mm，采用240型伸縮裝置。

四、結論

橋梁伸縮縫的設計要著重伸縮縫伸縮量的計算與選型，應根據計算所得的伸縮量來選擇伸縮裝置，以滿足橋面的平整和美觀性、行車的舒適性、結構的耐久性等要求。由此可見，橋梁伸縮縫是整個橋梁的一個重要的組成部分。在確定橋梁伸縮縫的類型時，應根據地區經驗、橋梁特點，選擇適宜的、質量好的、經濟的、先進的產品。

參考文獻：

[1]袁倫一. 連續橋面簡支梁橋墩臺計算實例, 人民交通出版社，1995