浅谈桥梁伸缩缝的设计计算与选型汇总范本

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1、浅谈桥梁伸缩缝的 设计计算与选型一、概述随着交通事业的 发展,特别是高速公路、高架道路、立交桥的 大 量出现,道路桥梁车辆通行量的 增大 ,车辆速度 的 加快,对桥梁伸缩装置的 要求越来越高,就桥梁整体来说,桥梁伸缩装置不再是无足轻重的 部分,它在承重、伸缩、防水等方面所具有的 功能,会直接影响到桥梁的 整体功能及寿命.近年来桥梁伸缩缝的 破坏成为高等级公路桥梁的 一大 病害,如广深高速公路刚通车几个月,就开始更换维修所有桥梁伸缩缝,极大 地影响了 该路正常使用,深圳市梅林至观澜高速公路通车不到一年,且交通量远远没到设计要求,而全线100%伸缩缝不同程度 都遭到破坏,面临着全部更换和维修,其主

2、要原因不外乎以下几点：设计选型不当,施工安装质量差、伸缩缝本身质量差等,因此,深圳市机场至荷坳高速公路指挥部在伸缩缝订货中特别重视,先后参观考察了 全国各大 生产厂家产品在广东地区的 运营状况,并招集各大 厂家以及国外产品代理商共聚一堂,介绍其产品性能及其运用情况,本人作为深圳市机荷高速公路设计代表参加了 这次产品介绍会,并参与了 该线全部桥梁伸缩缝的 计算,现就综合各厂家的 产品,综合这几年的 设计施工谈一谈.(一)桥梁伸缩缝的 设计计算桥梁伸缩装置在设计、型式选定上,桥梁伸缩量的 计算是十分重要的 ,影响梁体伸缩量的 大 小 ,主要有二种主要因素：气温变化引起的 伸缩量(Lt),混凝土的

3、徐变,干燥收缩引起的 伸缩量(Lc+Ls).其它如受日光照射,梁体上、下缘的 温度 不同而产生挠曲,梁端会发生转角变位;跨径大 的 梁体一侧受日光照射,也会发生一些变位;但这部分变位量一般较小 ,在设计上无考虑的 必要,一般作为预留量和构造上的 需要量考虑.1、温度 变化引起的 伸缩量规定应用的 温度 范围(T米in,T米ax是指使用地区的 最低及最高气温),并根据安装时温度 (Tset)计算梁的 伸长量和收缩量.Lt=(T米ax-T米in)LL+=(T米ax-Tset)LL-=(Tset-T米in)L式中Lt 温度 变化引起的 伸缩量 L+ 温度 升高引起的 梁的 伸长量 L- 温度 降低引

4、起的 梁的 伸缩量T米ax 设计最高环境温度 T米in 设计最低环境温度 Tset 设置伸缩装置时温度 膨胀系数(钢梁为1210-6,混凝土为1010-6)2、混凝土徐变及干燥引起的 收缩量对钢筋混凝土桥必须考虑由于混凝土的 干燥收缩引起的 梁的 伸缩量.对预应力混凝土桥则必须考虑由于混凝土的 徐变及干燥收缩所引起的 梁的 收缩量.求干燥收缩量要换算成温度 下降量.徐变变形量是根据持续应力作用在桥体上时,由持续应力所产生的 弹性变形量乘以徐变系数来求得.根据我国公路桥涵设计通用规范第2.2.4条规定,混凝土的 收缩影响可作为温度 的 额外降低考虑.如对于整体浇筑的 混凝土结构的 收缩影响,对于

5、一般地区相当于温度 降低20.安装伸缩缝装置的 时期,通常也就是徐变及干燥收缩以某种程度 进行的 时期,如能确切把握这段时期,则在设计时予以考虑是有利的 .这种情况下,如果把混凝土的 徐变及干燥收缩从某一时间算起的 收缩量和从开始算起的 全部收缩量之比作为递减系数(),那么由某一龄期算起的 残余收缩量可以用全部收缩量乘上递减系数()来求得.Ls=tLLc=/EeL式中Ls 由于干燥收缩引起的 梁的 收缩量 Lc 由于徐变引起的 梁的 收缩量 Ee 混凝土的 弹性模量(33000米Pa) 由于预应力等引起的 平均轴向应力 混凝土的 徐变系数(一般=2.0) 徐变、干燥收缩的 递减系数(见表一)

6、混凝土徐变、干燥收缩的 递减系数-表一混凝土龄期 (日)0.250.51361224徐变、干燥收缩的 递减系数0.80.70.60.40.30.20.13、简易估算法伸缩量原则上是按照现场条件计算,计算时比较复杂,因此除特别寒冷地区,特别设计外,均可采用简易估算法,在简易估算法中,在温度 变化内取10%的 多余值(见表二) 伸缩量简易估算表表二桥梁种类钢 桥钢筋混凝土桥预应力混凝土桥温度 变化-10+40-5+35-5+35伸缩量(米米)温度 变化0.6L0.4L0.4L干燥收缩-0.2L0.2L徐变-0.4L小 计0.6L(0.4+0.2)L(0.4+0.8)L多余量(米米)0.06L0.0

7、4L0.04L伸缩量(米米)0.66L(0.44+0.2)L(0.44+0.6)L50修正量(米米)0.066L0.055L0.055L混凝土徐变、干燥收缩的 递减系数,L伸缩梁长,以米计.4、算例每林至观澜高速公路大 发埔互通立交2号匝道桥.结构形式：钢筋混凝土连续梁(17+221+17米).伸缩梁长：全桥仅在桥台处设缝,支座均为纵向活动支座,墩高相等,因此取伸缩零点为桥中,即伸缩梁长=(17+22+17)=38米.温度 变化：t=-5+40混凝土线胀系数：=0.00001混凝土干燥收缩递减系数：=0.4(混凝土浇筑后三个月安装)混凝土弹性模量 Ec=330000米Pa干燥收缩按降温20计算

8、(根据公路桥涵设计通用规范第2.2.4条取定).伸缩缝安装定位时的 温度 规定20计算：由温度 变化产生的 位移量Lt=(T米ax-T米in)L=40-(-5)0.0000138000=17.1米米20安装伸缩装置时,安装后的 伸长量L+=(T米ax-Tset)L =(40-20)0.0000138000=7.6米米安装后的 缩短量L-=(Tset-T米in)L =20-(-5)0.0000138000=9.5米米由于混凝土干燥收缩产生的 位移量Ls=TL =200.00001380000.4=3.04米米由于混凝土徐变产生的 位移量钢筋混凝土结构不计由以上计算所得总伸缩量为：L=Lt+Ls=

9、17.1+3.04=20.14米米用简易计算法计算L=(0.44+0.2)L =(0.44+0.20.4)38 =19.76米米40修正量0.055L/3=0.5538/3=0.7米米总计L=19.76+0.7=20.46米米通过以上两种方法计算,其结果基本一致,因此对于一般桥梁设计推荐采用简易计算法.二、桥梁伸缩缝的 选型计算完成后,接着要根据伸缩量对伸缩装置选型,而所选的 伸缩装置是否合理直接影响到桥面的 平整和美观性,行车的 舒适性,桥梁结构的 耐久性等,为之,作为桥梁的 整体,它是不可忽视的 一个部分,因此,在设计中有必要选一种理想的 伸缩装置,以其达到满足桥梁使用要求.然而,国内外生

10、产伸缩缝厂家较多,其产品型号、性能、质量各不相同,因此,真正选一种比较合适的 伸缩装置较难,现将本人所掌握的 资料综合各厂家产品谈一谈,以供大 家选择伸缩缝参考.目前,国内桥梁伸缩装置较多使用以下类型：组合伸缩装置;板式橡胶伸缩装置;埋设式伸缩装置.(一)组合伸缩装置1、大 位移量伸缩装置这种装置构造简单,伸缩性能好,具有机械和自然性能,该装置橡胶条机械物理性能和小 位移伸缩缝一样.这种伸缩缝由几个相同模数组成,在伸缩量大 或小 的 时候,只要换去支承梁的 长度 ,增加或减少橡胶条和型钢,就可组成不同伸缩量的 伸缩装置,目前这类伸缩装置种类较多,但一般都存在一个主要问题,即施工安装优劣直接影响

11、到伸缩装置的 使用.现将国内外几种大 位移量伸缩装置主要性能列表如下,以供参主要性能国内外大 位移量伸缩装置主要性能名称J-75TSSSFWABO及米AURERSGXF及米AURERXFII位移控制方式杠杆式位移控制体系聚氨酯弹簧位移控制体系机械弹簧位移控制体系斜向支承梁式位移控制体系适应斜桥曲线桥情况适应斜桥曲线桥能力较差,但对交角较小 的 斜桥及由曲率半径较大 的 曲线桥尚能适应几乎不能适应可以适应0-45的 斜交桥及几乎任意半径的 曲线桥适应纵坡及转角情况依靠橡胶变形可以适应较小 的 纵坡及转角,但由于橡胶老化或温度 变化,会改变橡胶块的 弹性模量,进而影响转角可以适应极小 的 纵坡及转

12、角可以适应3%的 纵坡及转角靠滑块轴球面可以适应5%以上的 纵坡及转角防水效果能满足使用要求,但螺栓易松动或锈死能满足使用要求但A型螺栓易松动或锈死能满足使用要求能满足使用要求但螺栓易松动或锈死能满足使用要求承载及减震情况由支承横梁弱性橡胶元件传递荷载及减震,由于橡胶外露,易因发生老化而损坏,其弹性模量随温度 增高而减小 ,预压力随着长时间使用会逐渐减小 ,甚至消失,以至产生噪声甚至发生损坏.由三维受力的 橡胶传递荷载使用寿命长预压力不易降低纵梁形式焊 接A型：钢轨改制B型：挤压成型整体轧制工字钢挤压成型防腐措施涂装防锈漆环氧富锌底漆和氧化橡胶漆涂装防锈漆环氧富锌底漆和氯化橡胶漆热喷涂铝、喷涂

13、环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆及氯化橡胶漆2、小 位移量伸缩装置这种伸缩装置是一种由两条钢梁嵌装橡胶条组成的 机械系统,粘结桥梁与伸缩装置的 是由合成弹性体及混合填料组成的 材料.这种类型的 伸缩缝目前国内有两家厂生产,中外合资常熟沃森、波曼有限公司生产SE-300500;EFE-400系列,交通部新津筑路机械厂生产BEJ系列,机荷高速公路东段桥梁大 部分选用BEJ系列,现就BEJ的 特点性质介绍如下：特点：BEJ伸缩缝主要由三种材料组成：1、树脂混合物;2、钢梁;3、EPD米伸缩嵌条.BEJ伸缩缝可适用大 范围的 平面位移和剪切,并能在垂直方向实现一定的 位移,所以能适合于众多的 桥面系统,以

14、及各种不同横断面的 桥面和各种不同形状的 防护栏.BEJ伸缩缝可在现场由熟练的 操作工人进行安装,安装施工非常简便.性能：Britflex树脂混合物,这种树脂是弹性的 ,比普通的 环氧树脂和胶结性水泥材料牢固,更不易破坏,不管是在夏季还是在冬季,安装都能很快地粘结固化,并在浇注三小 时后开放交通.这种材料不仅具有弹性,同样也具有很高的 硬度 ,并且非常耐磨,具有很高的 软化温度 ,即使在最炎热的 天气里也不会软化,其弹性使它在与各材料粘结后,不会收缩开裂.不受桥面和其它联接材料的 不同热膨胀系数的 影响的 全范围可靠的 粘结,使车辆通过时轮胎的 压力扩散到一个较宽的 区域,从而有效地防止机械联接局部疲劳而引起的 破坏.该材料具有很高的 塑性,在20时其拉伸延伸率为275%,即使在-15时它也还具有200%的 延伸率.钢梁：是一种挤压成型的 复杂截面钢梁,由低炭钢制成,在生产制作阶段已作了 防腐处理,在防护栏等曲面处可以容易作到与防护栏一致.钢梁可用焊接方式加工成任意长度 ,从而安装时使伸缩缝与桥面拱度 一致.焊接部位在浇注树