無伸縮縫橋梁的發展綜述
發布時間：2010-01-14 共2頁
摘要：我國橋梁由于伸縮縫裝置的破壞而遭受不同程度毀壞的現象十分嚴重，各國學者尋求最好伸縮縫結構的結論是“最好的伸縮縫結構是無伸縮縫”。本文簡要綜述了無伸縮縫橋梁在美國的發展情況及使用過程中的主要問題，并對無伸縮維橋梁設計中的一些問題進行了初步討論。期待在我國開展對無伸縮縫橋梁的研究和實踐。
關鍵詞：無伸縮縫橋梁 發展 綜述
一、概述
公路橋梁的伸縮鍵是當今橋梁施工和維護中的難題之一。橋梁的伸縮維長期暴露在大氣中，使用環境比較惡劣，是橋梁結構中最易遭到破壞而又較難以修補的部位。橋梁伸縮鍵在設計、施工上稍有缺陷或不足，就會引起其早期破壞；而橋梁伸縮縫的破壞，又可能引起很大的車輛沖擊荷載，惡化行車狀況，急劇降低橋梁使用壽命。世界各國的學者都在努力尋求最好的伸縮縫結構，得到的結論是“最好的伸縮縫結構是無伸縮縫”[1].
無伸縮縫橋梁的建造在美國已有較長的歷史。它的設計除了整體式橋臺以及引道板與路面連接處的構造不同外，與一般橋梁設計原理基本相同。在完成主梁施工后，采用一些特殊措施將主梁、樁基礎、橋臺做成整體式，形成無伸縮縫橋梁。目前這種橋型在美國發展很快，遍及 90％的州，僅在田納西一個州就有1000多座無伸縮縫橋梁，橋型涉及鋼橋、混凝土橋、直橋和曲線橋。鋼橋最大長度做到127m，混凝土橋最大長度已達到358m[1，2].
無伸縮縫橋梁不但大大改善了行車狀況，減少車輛的沖擊和提高橋梁使用壽命，還具有如下優點：①由于取消了兩端伸縮縫，降低了橋梁造價及養護費用；②使縱、橫向的活荷載分布更加均勻；③增加了橋梁的超靜定約束和抵抗各種災難事件的能力；特別對于地震，由于它消除了落梁現象，提高了橋梁的抗震能力[3]；④橋臺只需設置垂直樁，可以減少樁的數量，加速施工進度心橋梁的安裝誤差也可適當放寬；等等。
盡管此類橋梁在美國已經成功地使用了很長時間（歐洲、日本在一些橋梁中也已開始使用），但至今還沒有一個比較科學的設計理理論[4].目前的設計方法基本上依賴于經驗與觀察，一些學者認為，無伸縮縫橋梁的發展完全是建立在失敗與成功的教訓上[3].
隨著我國經濟建設的迅猛發展，公路交通量急劇增大，公路上行駛車輛的行駛速度和車輛的軸重不斷增加，我國橋梁由于伸縮縫的破壞而遭受不同程度毀壞的現象也十分嚴重。根據 1990年的調查資別到，北京市公路管理處、天津市橋梁管理所等13個城市的橋梁管理部門所管理的橋梁總數為2490座，調查了556座，占橋梁總數的22.3％，其中伸縮裝置已被破壞的橋梁數為271座，占被調查橋梁總數的48.7％。
除北京之外的上述仁座城市建設管理部門，曾在1989年底到1990年初對所管轄的242座橋梁的伸縮裝置的現狀進行了調查，橋梁伸縮裝置完好的為62座，僅占調查數的26％。
上述資料表明，我國橋梁伸縮裝置的破壞率很高，情況相當嚴重。文獻［5」還列舉了其他一些大橋伸縮裝置的破壞情況。例如：
湖北省沙洋漢江流水大橋，為主跨113m的多跨預應力混凝土連續梁橋，調查發現伸縮裝置的鋼齒板已損壞脫落，錨固件外露，時常戳破汽車輪胎，駕駛員叫苦不迭。
湖北省武漢市江漢大橋的鋼板伸縮裝置處大量滲水，造成鋼板大面積銹蝕。
天津市東環路立交橋的板式橡膠伸縮裝置出現橡膠開裂，鋼板外露，錨固件脫落。
大連市香甘立交橋鋼平板伸縮裝置在通車后不久便損壞嚴重，汽車經過時產生強烈顛簸，沖擊梁端，使主梁端部混凝土破碎，嚴重影響正常的交通運輸。
遼寧省香爐礁立交橋，主干道東北路段全長2023m，共設板式橡膠伸縮裝置24道，普遍出現兩側鋪裝破碎，橡膠板松動斷裂，破壞嚴重的約占90％。
陜西省西（安）寶（雞）一級公路上咸陽渭河大橋，通車不到四個月，氣溫變化還未達到全年最高氣溫，全橋的板式橡膠伸縮裝置已變形隆起，超過規定值；鋼板與橡膠剝離，有的還相當嚴重，不但影響行車的舒適性，而且還影響到行車的安全性。
調查表明，我國橋梁伸縮縫的破壞現象十分嚴重。研究設計和制造使用更好的伸縮裝置固然十分重要，但進一步考慮，如能采用無伸縮裝置的橋梁結構，則是從根本上解決橋梁由于伸縮縫的破壞而遭受毀壞的現象。對于無伸縮縫橋梁，目前在我國還沒有展開深入的研究和實踐。因此學習、了解并利用國外一些先進國家建造無伸縮縫橋梁的成功經驗，根據我國的具體國情，研究建造適合我國國情的無伸縮縫橋梁，發展公路橋梁事業，可以說是從事橋梁研究設計人員的一項非常有意義的工作。
本文簡要介紹了美國無伸縮縫橋梁的發展及使用過程中的主要問題，并期待在我國深入開展對無伸縮縫橋梁的研究和實踐。
二、無伸縮縫橋梁在美國的使用情況
二次世界大戰前，美國總長度超過15m的橋梁都沒有一定形式的伸縮縫。由于回填料內和路面上的積水以及公路表面垃圾容易滲透到伸縮縫內，引起橋梁伸縮縫的堵塞或凍結，伸縮裝置逐漸被封閉，最終導致破壞，難以完成設計時所期望的伸縮功能。
大約在20 世紀60年代，美國開始采用連接橋梁上部結構和樁基礎的無伸縮裝置的整體式橋臺，堪薩斯州，密蘇里州，俄亥俄州和田納西州是較早采用這種方法的州。采用無伸縮縫的整體式橋臺，除了行車平穩外，由于消除了伸縮裝置，排除了伸縮縫處水的滲漏隱患，降低了橋梁造價及維修費用，使得這種類型的橋梁逐漸地流行起來。
關于無伸縮橋梁的使用狀況美國有關部門曾做過許多調查工作【6】。調查表明，80％以上的公路機構已為無伸縮縫裝置的橋梁建立了設計標準，但各州現有的設計規范和標準并不相同。下面我們把美國一些州使用無伸縮縫橋梁的情況介紹如下：
田納西州在田納西州的交通部門，一個結構工程師的能力是以他能設計無伸縮縫橋梁的長度來衡量的。在過去的20 多年里，幾乎所有新建的公路橋梁都是無伸縮縫橋梁。其中1998年以前，最長的無伸縮縫橋梁包括一座283m的預應力混凝土橋，一座127m的鋼橋以及一座140m的裝配式混凝土橋。1998年田納西州50號公路又建成美國最長的無伸縮縫曲線橋梁。該橋全長358m，其中曲線部分的長度為297m.橋寬 14m，為預應力混凝土T粱，梁高2.lm.各跨長度從39.3m至42.7m不等，采用雙柱式墩，墩高為15.5～27.7m.
在總結建造完伸縮縫橋梁的經驗時，田納西州交通部門的報告[7] 指出：“我們發現橋面的伸長和上部結構的應力都沒有異常。所有測得的應力值都比預計的要小。我們也不知道確切的原因，但我們想我們有些答案。……混凝土由于溫度變化而緩慢膨脹或收縮，就會產生徐變。徐變可能會使應力達不到預計的程度。……為使理論更好地反映實際的情況，對于混凝土我們把它的溫度彈性模量減小到動力荷載彈性模量的1/3.”“總之，田納西州根據建造無伸縮縫整體式橋臺的橋梁20多年的經驗，說明對于溫度位移不超過5.08cm的橋梁完全可以采取消除伸縮縫裝置來減少建造費用和長期維修的費用。”
加利福尼亞州自1971年以來，加利福尼亞州一般是建造無伸縮縫的公路橋梁。目前加利福尼亞州有100座以上長度超過107m的無伸縮縫橋梁。即使對于大多數有伸縮縫的橋梁，在橋臺處也是無伸縮縫的。
加利福尼亞州的交通部門指出[8]：無伸縮縫整體式橋臺的橋梁主要優點是低造價，吸收地震荷載的有效性以及容許結構有相對較大的溫度位移能力。長度超過122m的鋼筋混凝土橋梁由于溫度位移在橋臺處是不會產生明顯的結構應力。
由于水的滲透是橋梁設計存在的主要問題，加利福尼亞州的交通部門把引道板直接和橋臺連接在一起并延伸到翼墻。此外，還埋置了排水系統。加利福尼亞州對橋梁的位移（包括溫度、徐變及長期應力下的收縮）規定在引道板和連接路面之間伸縮量的最大值為2.54cm.
