DS560型伸縮縫的病害成因及改進(jìn)方案

周家剛

(江蘇蘇通大橋有限責(zé)任公司， 江蘇 南通 226017)

DS560型伸縮縫的病害成因及改進(jìn)方案

周家剛

(江蘇蘇通大橋有限責(zé)任公司， 江蘇 南通 226017)

伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，在日常運(yùn)營中常出現(xiàn)各種形式的病害。首先介紹了蘇通大橋使用的DS560型伸縮縫的組成以及出現(xiàn)的病害特征，進(jìn)一步針對其病害進(jìn)行了成因分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。同時利用實(shí)驗(yàn)對比的方法，驗(yàn)證了改進(jìn)后的方案可以顯著地提高伸縮縫的性能。針對病害整治提出了相應(yīng)的施工方案，經(jīng)過長期運(yùn)營，病害得到了有效控制。對于伸縮縫類似病害的處治有較好的指導(dǎo)作用。

橋梁工程； 伸縮縫； DS560型； 病害分析； 改進(jìn)方案

橋梁在溫度變化時，橋面有縱向的膨脹和收縮變形，在車輛荷載的作用下，將引起縱向位移。為滿足這種變形，就要在兩梁段之間，梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置處設(shè)置伸縮縫[1]。由于伸縮縫設(shè)置在梁端等構(gòu)造薄弱部位，且直接承受車輛反復(fù)荷載的作用，在頻繁沖擊作用下，導(dǎo)致伸縮縫的變形破壞，使行車舒適性降低，危及橋梁及行車安全。多年的橋梁檢測實(shí)踐表明，橋梁伸縮縫已成為橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生病害最為頻繁的部件之一，伸縮縫的過早損壞加重了橋梁養(yǎng)護(hù)維修的工作量[2]。因此，正確地分析橋梁伸縮縫的病害成因，研究其處治對策，從而有效地延長橋梁伸縮縫的使用壽命，具有重要的意義。

蘇通大橋引橋部分采用了DS560型伸縮縫，在實(shí)際運(yùn)營過程中出現(xiàn)了不同程度的病害，對橋梁的運(yùn)營帶來了較大的安全隱患。由于病害出現(xiàn)頻繁，為此針對此類型伸縮縫開展了病害成因分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證了改進(jìn)后的方案能夠顯著地提高伸縮縫的性能。本文的研究可對伸縮縫類似病害的整治提供參考。

1 伸縮縫組成形式

圖1 DS560型伸縮縫平立面布置圖(單位: mm)

圖2 DS560型伸縮縫控制箱和錨環(huán)結(jié)構(gòu)圖(單位: mm)

圖3 DS560型伸縮縫部件組成圖(單位: mm)

2 病害形式及成因分析

2.1 病害的形式

蘇通大橋通車運(yùn)行多年來，引橋有多條伸縮縫出現(xiàn)缺陷。其中針對DS560型伸縮縫的病害形式主要表現(xiàn)為支座松動、脫落或變形損壞、中梁斷裂，見圖4～圖6。

圖4 U型錨環(huán)內(nèi)支座松動、脫落

圖5 支座損壞

圖6 中梁斷裂

2.2 病害成因分析

1) U型環(huán)橡膠支座超出剛性富余量。

蘇通大橋的車輛荷載分布具有車流量大、重車比重高的特點(diǎn)。DS560型伸縮縫病害多發(fā)生在引橋下坡段，該位置伸縮縫受沖擊作用較大，尤其以最南端的一根中梁受沖擊作用最嚴(yán)重，導(dǎo)致U型環(huán)上承壓橡膠支座超出剛性富余量。在高強(qiáng)度疲勞荷載作用下，橡膠支座產(chǎn)生了一定的永久變形，同時U型環(huán)下壓緊支座預(yù)壓縮量不足以補(bǔ)償U(kuò)型環(huán)與支承橫梁之間的間隙，使得位于該根中梁段的U型環(huán)上下橡膠支座松脫。

2) U型環(huán)橡膠支座松脫，中梁斷裂。

由于上述原因，U型環(huán)橡膠支座松脫，在伸縮縫中梁與支承橫梁之間產(chǎn)生間隙，進(jìn)一步加重了車輛荷載對中梁的沖擊作用，在不斷的沖擊作用下，中梁產(chǎn)生疲勞裂紋并進(jìn)一步發(fā)生斷裂破壞。

3 伸縮縫的改進(jìn)方案及實(shí)驗(yàn)分析

由病害分析不難發(fā)現(xiàn)，U型環(huán)橡膠支座工作性能對病害的早期發(fā)生和發(fā)展有決定性影響。為此，根據(jù)蘇通大橋?qū)嶋H運(yùn)營情況，對已使用支座進(jìn)行計(jì)算分析，提出了針對這種病害的改進(jìn)方案：對U型環(huán)支座進(jìn)行改造，同時，為了提高伸縮縫的耐久性，對控制箱支座也進(jìn)行優(yōu)化，并對改進(jìn)后的支座進(jìn)行性能測試實(shí)驗(yàn)。

3.1 伸縮縫的改進(jìn)方案

3.1.1 控制箱壓緊支座

控制箱壓緊支座仍使用2塊一組，但對壓緊支座做了加勁補(bǔ)強(qiáng)，增加了2塊3mm厚加勁鋼板，并增加預(yù)壓緊力。加強(qiáng)前后壓緊支座結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 控制箱壓緊支座圖(單位： mm)

3.1.2 控制箱承壓支座

控制箱承壓支座也保持2塊一組，承壓支座增加1塊5mm厚的加勁鋼板，以提高其強(qiáng)度，加強(qiáng)前后承壓支座的結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

圖8 控制箱承壓支座圖(單位： mm)

3.1.3 U型環(huán)壓緊支座

U型環(huán)壓緊支座加強(qiáng)后，增加了壓緊支座厚度(37～39mm)，增加2mm壓縮量，并提高了預(yù)壓緊強(qiáng)度。加強(qiáng)前后結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 U型環(huán)壓緊支座圖(單位： mm)

3.1.4 U型環(huán)承壓支座

U型環(huán)承壓支座加強(qiáng)后，增加了支座受力面積(外形增大)，并增加了1塊5mm厚加勁鋼板以提高強(qiáng)度，U型環(huán)承壓支座加強(qiáng)前后結(jié)構(gòu)見圖10。

3.2 病害的形式

圖10 U型環(huán)承壓支座圖(單位: mm)

對改進(jìn)后的伸縮縫進(jìn)行了4組壓載試驗(yàn)，圖11給出了控制箱壓緊支座與U型環(huán)承壓支座的壓載試驗(yàn)照片，圖12給出了4種支座的壓力-變形關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果。

a) 控制箱壓緊支座b) U型環(huán)承壓支座

圖12 支座壓載壓力變形關(guān)系圖

表1為伸縮縫支座加強(qiáng)前后性能對比數(shù)據(jù)，通過分析可以得到如下結(jié)論：

表1 伸縮縫改進(jìn)前后支座性能對比表

1) 控制箱壓緊支座：加強(qiáng)后控制箱壓緊支座通過中間增加2塊3mm厚的鋼板，增加壓緊支座預(yù)緊強(qiáng)度，同等壓縮量情況下，試驗(yàn)壓力為20.32kN，較加強(qiáng)前提高近1倍。

二是，Sentinel-2數(shù)據(jù)短波近紅外載荷空間分辨率為20 m，適用于精準(zhǔn)的農(nóng)田干旱監(jiān)測，而且在植被覆蓋較低的時期也會表現(xiàn)出較高的精度結(jié)果。

2) 控制箱承壓支座：加強(qiáng)后控制箱承壓支座通過增加1塊加勁鋼板的方法來提高支座剛度，支座實(shí)際壓縮變形1.72mm，較加強(qiáng)前提高近1倍。

3) U型環(huán)壓緊支座：加強(qiáng)后U型環(huán)壓緊支座通過提高支座原始高度來增加支座預(yù)緊壓縮量，原來壓縮量2mm，現(xiàn)在4mm，增加壓縮量的情況下，預(yù)緊力試驗(yàn)數(shù)據(jù)(3.24mm壓縮量)為19.82kN，較加強(qiáng)前提高近1倍。

4) U型環(huán)承壓支座：U型環(huán)承壓支座較加強(qiáng)前相比，增加支座平面受力面積，同時增加了1塊5mm厚的加勁鋼板，支座實(shí)際壓縮變形1.7mm，較加強(qiáng)前提高近1倍。

由此可見，通過改進(jìn)之后，壓緊支座承壓能力提高了近1倍，承壓支座抗變形能力提高了近1倍。

4 病害整治施工方案及實(shí)施效果

針對病害整治，進(jìn)行了施工方案研究，具體施工按照以下步驟進(jìn)行：

1) 封閉施工路段，取出防水橡膠條，調(diào)試施工器具，展開施工作業(yè)面；

2) 切割一對控制箱下承壓支座擋條；

3) 用鋼絲繩套住支承橫梁，橫擔(dān)壓緊中梁，利用千斤頂微微抬升支承橫梁，釋放“U”環(huán)下壓緊支座，拆除“U”環(huán)下壓緊支座；

5) 利用鋼絲繩下放支承橫梁，依次取出控制箱上壓緊支座及“U”環(huán)上承壓支座；

6) 安裝一對控制箱上壓緊支座，橫擔(dān)壓緊中梁，千斤頂提升橫梁，安裝一對控制箱下承壓支座，并依次安裝“U”環(huán)下壓緊支座；

7) 千斤頂抬升中梁，依次安裝“U”環(huán)上承壓支座；

8) 打磨，焊接控制箱下承壓支座擋條，及焊接“U”環(huán)上下支座擋塊，焊接完，進(jìn)行打磨；

9) 進(jìn)行下一組控制箱支座的更換；

10) 整理工器具，恢復(fù)交通。

實(shí)際施工過程中，為了控制對交通運(yùn)營的影響程度，嚴(yán)格控制整個施工工期。

針對該病害的整治施工后，同樣進(jìn)行了整治效果的跟蹤檢查。通過一段時間的運(yùn)營考驗(yàn)，病害得到了有效控制。

5 結(jié)論

本文針對DS560型伸縮縫的病害成因及改進(jìn)方案進(jìn)行了研究，得到主要研究結(jié)論如下：

1) 蘇通大橋DS560型伸縮縫的病害形式集中在支座松動、脫落或變形損壞、中梁斷裂。

2) 伸縮縫病害機(jī)理為橡膠支座的性能不足，導(dǎo)致支座松動脫落，并進(jìn)一步誘發(fā)中梁在外荷載下的疲勞性能降低。

3) 提出了針對DS560型伸縮縫的病害改進(jìn)方案，即在支座中增設(shè)鋼板和增加支座尺寸以提高壓緊支座的承壓能力與承壓支座的抗變形能力。

4) 提出了針對DS560型伸縮縫的病害整治施工方案。

5) 通過長期運(yùn)營發(fā)現(xiàn)，采用本文提出的病害改進(jìn)方案后，病害得到了有效控制。

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