我国中小桥梁总数占全部桥梁数量的90%以上,总长度占全部桥梁长度的近45%,结构多为简支梁桥和连续梁桥。为了适应温度变化及各种效应引起的上部结构形变或位变,一般在主梁的桥台位置设置“伸缩缝”及“伸缩缝装置”。 损坏的伸缩缝 一条伸缩缝带来的烦恼
我国中小桥梁总数占全部桥梁数量的90%以上,总长度占全部桥梁长度的近45%,结构多为简支梁桥和连续梁桥。为了适应温度变化及各种效应引起的上部结构形变或位变,一般在主梁的桥台位置设置“伸缩缝”及“伸缩缝装置”。
损坏的伸缩缝
一条伸缩缝带来的烦恼
据统计,我国中小桥梁的伸缩缝修理的平均频率为一年一次。伸缩装置的损坏占到桥梁病害总量的48.7%。简而言之,桥梁的病害有一半都是伸缩缝的损坏。
无论是损坏的还是完好的伸缩缝,都会存在一系列的问题:
跳车加剧损坏
损伤的伸缩缝降低了路面平整度,加剧了跳车现象。剧烈跳车引起的更大冲击荷载又反过来进一步加速伸缩缝的冲击损坏,形成一个加速的恶性循环。
超载加剧沉降
我国严重超载现象非常常见,剧烈跳车可能会引起过大的冲击力,直接影响桥梁主体结构的安全。
漏水与氯盐腐蚀
损坏的伸缩缝容易出现漏水,引起支座及附近钢筋混凝土的腐蚀,严重时还可能损伤到桥梁主体使用功能。
被灰尘与垃圾填充
长期累积的尘土和垃圾,容易填满伸缩缝,造成伸其工作性能下降甚至失效,对桥梁的安全性和耐久性造成很大的影响。
更换成本增加
随着交通量的日益增加和行车速度的提高,伸缩缝损坏更加迅速,需要经常维护和定期更换。养护和维修费用直接增加了桥梁全寿命成本,因维修作业而导致的交通中断,还会间接带来更大的经济损失及不良的社会效应。
是地震中的高危因素
地震时,主梁运动很容易挤压或拉裂破坏伸缩缝装置。主梁还会因伸缩缝的存在,出现碰撞及冲击破坏桥台。由此而引起的直接经济损失和社会影响,都是无法估量的。
损坏的伸缩缝
最好的伸缩缝是没有伸缩缝
为了解决上述“伸缩缝的烦恼”,最直接的想法一定是对伸缩缝装置不断改良。然而,已开发的各种伸缩装置的使用寿命一般在五年以内,且依然需要维护和更换,导致上述诸多问题无从改观。
美国田纳西州交通局的桥梁工程师Henry Detrick逐渐意识到问题核心,并明确提出:“最好的伸缩缝是没有伸缩缝(The Only Good Joint is No Joint)”。换句话说,就是取消桥梁伸缩缝。把桥梁的纵向受力变形,通过一些特殊的构造或结构型式予以吸纳。这一思路可最大化甚至彻底解决伸缩缝问题。
事实上,整体式桥台无缝桥已有80年的历史。据统计,美国已有的整体式桥台桥梁约9000座,其中位于田纳西州50号公路上的整体式桥台混凝土桥长达358.2米。2005年,加拿大安大略省在建桥梁中,近60%都采用整体式桥台桥梁。这种桥型也已经在英国、澳大利亚、日本、伊拉克、新西兰、法国、瑞士、意大利、瑞典等国家得到广泛应用,涉及钢桥、混凝土桥梁、组合桥梁等,并已成功应用于直桥、斜弯桥的建设。
工程中减法的妙处
无缝桥取消了伸缩缝、伸缩装置,消除了伸缩缝带来的跳车问题,提高了结构的整体性和耐久性,其优越的使用性能和零维护的设计目标,使其在很多国家得到广泛的应用和推广。
全整体式和半整体式桥台桥梁虽然取消了桥梁所有的伸缩缝,但在搭板后端设置有“路桥接缝”,用来吸纳桥梁上部结构传递过来的伸缩变形。这种类似于伸缩缝的装置,也存在例如易遭损坏、功能失效及引起跳车等一系列问题。
为了克服路桥接缝问题,我国湖南大学、福州大学等研究单位也提出了一种消除路桥接缝的新型无缝桥梁结构体系“全无缝半整体式桥梁”,简称“全无缝桥梁”。
抗震
我国是全球地震灾害很严重的国家,强烈的地震易导致桥梁结构破坏,带来巨大的经济损失。国外多次地震灾害和大量的抗震研究己经表明:无缝桥梁是中小梁桥中抗震性能非常优异的桥型,属于“耐震结构体系”。
零维护
全无缝半整体式桥梁不仅桥梁无缝,而且路桥接缝也不复存在,沥青混凝土桥面和路面铺装连续平顺,简洁美观,驾乘舒适。同时,不再需要维护和更换路桥接缝,基本实现路桥“零维护”,全寿命成本低,具有很大的经济和社会价值。
便于旧桥改造
全无缝桥梁的上部结构除了要求桥面无缝化外,其他与普通梁桥基本相同,无需对主梁和桥台进行全整体化或半整体化施工。桥台也与普通梁桥非常相近,仅需凿低背墙高度,保证搭板顺利跨过即可。因而对旧桥无缝化改造会更加简单方便,且适用范围也更加广泛。
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知识点:无缝桥