浅谈桥梁伸缩缝的设计计算与选型

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（Tmin，Tmax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=（Tmax-Tmin）γ·L

△L+=（Tmax-Tset）γ·L

△L-=（Tset-Tmin）γ·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- ——温度降低引起的梁的伸缩量

Tmax ——设计最高环境温度

Tmin ——设计最低环境温度

Tset ——设置伸缩装置时温度

γ——膨胀系数（钢梁为12×10-6，混凝土为10×10-6）

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（β），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（β）来求得。

△Ls=△t×γ×L×β

△Lc=δρ/Ee×φ×L×β

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（33000MPa）

δρ——由于预应力等引起的平均轴向应力

φ——混凝土的徐变系数（一般φ=2.0）

β——徐变、干燥收缩的递减系数（见表一）

混凝土徐变、干燥收缩的递减系数

表一

3、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

β—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+2×21+17m）。

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+2×2+17）=38m。

温度变化：△t=-5℃～+40℃

混凝土线胀系数：γ=0.00001

混凝土干燥收缩递减系数：β=0.4（混凝土浇筑后三个月安装）

混凝土弹性模量 Ec=330000MPa

干燥收缩按降温20°计算（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：

①由温度变化产生的位移量

△Lt=（Tmax-Tmin）·γ·L=[40-（-5）]×0.00001×38000=17.1mm

20℃安装伸缩装置时，安装后的伸长量

△L+=（Tmax-Tset）·γ·L

=（40-20）×0.00001×38000=7.6mm

安装后的缩短量

△L-=（Tset-Tmin）·γ·L

=[20-（-5）]×0.00001×38000

=9.5mm

②由于混凝土干燥收缩产生的位移量

△Ls=△T·γ·L·β

=20×0.00001×38000×0.4=3.04mm

③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=17.1+3.04=20.14mm