無伸縮縫橋梁的發展綜述
發布時間：2010-01-14 共2頁
南達科他州南達科他州對建造無伸縮縫整體式橋臺的橋梁，尤其是鋼橋，有著豐富的經驗，也是第一個做全比例模型檢測程序以評估無伸縮縫整體式橋臺的橋梁性能的州。
在檢測程序中，他們對無伸縮縫整體式僑臺的梁內和支承處鋼樁頂部由于溫度位移引起的應力大小進行了測量。一個典型的公路橋梁的無伸縮縫整體式橋臺全比例模型按以下四個階段進行建造和檢測：
第一階段：把梁焊接在鋼樁上；
第二階段：現場完成一個整體式橋臺；
第三階段：連接橋合和引道板；
第四階段：填好回填料。
在每一階段，檢測試件要受到一組液壓千斤頂控制的縱向位移，用以模擬溫度變化引起的膨脹和收縮。由于檢測試件是按實際橋梁的全比例設計和建造的，可以把這種方法看成是現場研究而不僅僅是模型研究[9].在檢測結果的基礎上得出了以下結論：
（1）由溫度變化引起的位移和剪力要比AASHTO（美國各州公路和運輸工作者協會）規定的組合荷載下的容許極限應力小得多。
?。?）整體式僑臺可以看成一個剛體。
?。?）超過1.27m的溫度位移會導致鋼樁局部應力達到屈服狀態。
對于最后一個結論的準確性還須進行研究，因為這與田納西州和北達科他州（分別為17.78cm和10.16cm的伸縮位移取得完全成功的實踐相矛盾。
衣阿華州是在1964 年開始建造無伸縮縫整體式橋臺的混凝土橋梁［10］。第一座無伸縮縫橋梁建在Stange公路上，這座預應力梁橋為70m長。對這座橋梁的調查表明，溫度引起的位移不會在橋合、翼墻和主梁內產生主要的裂縫和明顯的破壞。衣阿華州的交通部門對20座整體式橋合建成后連續5年進行了調查，這些橋梁中有的斜交角達到23度。由于沒有發現因上部結構不設伸縮裝置而引起有關的應力或其他問題，交通部門最后就結束了調查。
文獻［6」對美國 50個州的調查和對已有的成果進行了總結，認為目前對于無伸縮縫整體式橋合的橋梁幾乎還沒有完整的理論或試驗的工作報告以及設計程序的應用。衣阿華州立大學僅是少數進行一些現場和模型試驗的機構之一，但也還沒有進行詳細的理論研究。調查得到如下的結果：
（1）多數州認為采用無伸縮縫整體式橋臺的橋梁可以減少成本。采用整體式橋臺的橋梁設計，用樁數量少，施工圖簡單，沒有昂貴的伸縮裝置以及只需很低的維修費用。
?。?）幾乎所有州都認為在臺后應該使用排水性能較好的回填料?；靥盍弦筮_到95％的壓實度，以消除引道板可能產生的沉陷。
?。?）使用整體式橋臺的施工和維修存在以下一些問題：
?、儆捎诨靥盍鲜窃诹喊惭b后才回填的，起重機無法靠近橋臺，這就使得預制梁的施工就位成為問題。
②填料的壓實非常關鍵。
?、塾斜匾獙蛄憾瞬吭O計進行充分考慮。
?、鼙仨毘浞挚紤]到施工時預應力張拉后彈性收縮的影響。
⑤翼墻應考慮按較重的荷載進行設計以防止開裂。
?、抟罉O應專門進行設計。
⑦為防止寒冷天氣下的開裂，引道板和橋臺間要有有效的連接機構。
三、無伸縮縫橋梁的構造細節
混凝土梁和鋼梁采用無伸縮縫整體式橋臺的細部構造。這些細部構造的圖示僅僅是一個基本骨架，還不能反映出其他設計方面的重要細節。細部構造只是為了給初次接觸無伸縮縫橋梁的人們以一個基本的概念和印象，不可能在本文中進行更為詳細具體的描述和形容，對此，我們將在以后的討論中進一步加以闡述。但是初步了解這些細部構造對于全面認識無伸縮縫橋梁的性能、整體性和耐久性會有很大的幫助。
四、無伸縮縫橋架設計中的幾個問題討論
1．溫度對無伸縮縫橋梁的影響
溫度的影響無疑是無伸縮縫橋梁設計中的一個非常重要的因素，但事實上正如前文所指出的那樣，對許多橋梁的應力測試表明，由于溫度作用而測得的應力值要比預計的要小，分析其原因可能有兩點：
其一是混凝土由于溫度的膨脹或收縮，會產生徐變。徐變將使得應力不能達到設計時所預計的程度。因此為了使理論更好地反映實際的情況，有的部門[7]設計時考慮把混凝土的溫度彈性模量減小到動力荷載彈性模量的1/3.
其二是由于大多數混凝土結構體積相對較大，使得它們對周圍的溫度變化比較不敏感。AASHTO （美國各州公路和運輸工作者協會）在計算溫度變化時對此進行了規定：“必須考慮到大體積混凝土構件或結構內部溫度對大氣溫度的相對滯后?！薄盎炷翗驕囟戎芷诘淖畲笾狄蠕摌虻男?。由于混凝土較大的體積要吸收熱量，因此它的溫度不會與理論預計的一樣？quot；這就可以從某一方面解釋，為什么這兩種材料的熱膨脹系數α幾乎相同（混凝土α＝0.00001，鋼a＝0.000012），而鋼橋對溫度的變化要比混凝土敏感得多。至于溫度對無伸縮縫橋梁的影響在定量上的分析還有待于進一步的討論研究。
為了把溫度影響看成是等效荷載的作用，衣阿華州的交通部門是以55％的屈服應力加30％的超限應力作為容許彎曲應力進行設計的。
2．被動土壓力
由于無伸縮縫橋梁的整體式橋臺是采用樁基礎，為了使回填土引起橋墩中的被動土壓力最小，一些學者認為，設計時可采取如下具體措施：
?。?）限制橋梁長度；當橋梁斜交時，限制結構斜交角的大小。
（2）采用選擇過的顆粒結配作為回填土。
?。?）使用引道板以防止車輛對橋臺填土的擠壓。
（4）利用擋土墻來縮短翼墻。
3．樁的應力
考慮到上部結構與整體式橋合的樁基礎對縱向移動的抵抗作用有直接關系，在進行無伸縮縫橋梁設計時：
（1）限制整體式橋梁的基礎形式，最好做成單排的細長垂直樁。
（2）限制樁型。
?。?）調整H型樁弱軸方向，使之與運動方向一致。
（4）提供一種鉸接裝置來控制樁的撓曲。
（5）限制結構斜交角的大小。
還有一些其他問題，如：如何平衡整體式橋臺后面的主動上壓力？是否在整體式橋合后留有自由的空間以允許溫度膨脹？如需要的話采用什么樣的細部構造？等等。當然這些問題的解決，需要今后在無伸縮縫橋梁設計中不斷地進行研究和實踐。
五、結語
盡管無伸縮縫橋梁在美國已經成功地建造了很長時間，但至今還沒有一個比較科學的設計理論。目前的設計方法基本上是依賴于經驗與觀察，還沒有從根本上解決無伸縮縫橋梁有關的分析方法和構造設計。美國大多數州確實采用了無伸縮縫整體式橋臺的橋梁，但調查研究也表明大多數州的交通部門在設計上還都非常保守，應該可以建造更長的橋梁。但是要使設計更加能夠被接受仍然有必要進行一些合理的研究與分析。雖然無伸縮縫橋梁在我國尚未開展深入的研究，但從本質上講，這也是一個橋梁結構的分析與設計問題。其關鍵問題就是：①一旦橋梁取消了伸縮裝置，橋梁的伸縮變形如何從橋梁兩端傳到道路上去并引起道路（包括路基、路面）內部多大的變形和內力；②如果控制了橋梁的伸縮變形，那么主梁本身和橋臺的樁基礎將產生多大的內力；這些附加內力反過來對橋梁和樁基礎又將產生多大的影響；③由此在構造細節設計上應該采取什么樣的相應措施。 筆者認為在我國進行無伸縮縫橋梁的研究是一項很有意義的課題，盡管國外已有這種橋型的結構，但由于施工方法與建筑材料等方面的不同，適合我國國情的無伸縮縫橋梁的設計理論和具體構造細節也定會有所不同。
我們期待在我國展開對無伸縮縫橋梁的研究和實踐，并使這種橋型結構能逐漸推廣，相信它對于我國橋梁的發展將起到積極的推進作用，并能產生極大的經濟效益和社會效益。
