抗沖擊減噪伸縮裝置在濟南黃河三橋的應(yīng)用

李永偉，李 洋

（山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014）

引言

我國交通運輸事業(yè)在伴隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下得到了快速地提升，作為跨越構(gòu)造物的各種橋梁結(jié)構(gòu)也得到了迅速的發(fā)展。截止到2019 年底，中國已建成87.83 萬座橋梁，共計60 634.6 km[1]。橋梁結(jié)構(gòu)在使用性能上越來越引起人們的注意。橋梁結(jié)構(gòu)在溫度、颶風(fēng)、車載、地震等外部作用下，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生縱向、橫向、豎向的變位以及發(fā)生一定角度的轉(zhuǎn)動，而伸縮裝置的設(shè)定可以使橋梁在產(chǎn)生上述變化時，能夠保護橋梁結(jié)構(gòu)安全。與此同時，伸縮裝置還經(jīng)受著疲勞作用與各種磨損。因此，伸縮裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、安裝質(zhì)量及維護保養(yǎng)質(zhì)量是衡量整個橋梁質(zhì)量等級的重要因素[2]。

1 工程概況

濟南黃河三橋的上部結(jié)構(gòu)為倒Y 形的獨塔形式、設(shè)計為雙索面斜拉橋，主塔高195 m，橋全長4 473.04 m，主跨徑386 m、寬40.5 m，共有96 根斜拉索，呈空間雙索面扇形分布。橋面設(shè)計采用高速公路標準，雙向八車道，設(shè)計時速120 km/h。該橋縮短了濟南市區(qū)與黃河北地區(qū)的距離，構(gòu)筑了黃河兩岸新的高速公路體系，使黃河北地區(qū)得以更快地融入到省會城市經(jīng)濟圈。與此同時，該橋的修建使得濟南和黃河周邊地市的人員來往和經(jīng)濟聯(lián)系變得更加密切和頻繁，展現(xiàn)出了強大的經(jīng)濟社會效益，強有力地支撐了濟南市的經(jīng)濟社會發(fā)展目標：“北跨”發(fā)展和建設(shè)區(qū)域中心城市。

但是隨著日益增加的交通負荷，濟南黃河三橋橋面伸縮裝置面臨著巨大的壓力。傳統(tǒng)模數(shù)式伸縮裝置，在面對當(dāng)下的重載交通，需要花費大量的時間、人力、物力進行維護，維護成本高，急需一種維護成本相對較低，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固的伸縮裝置進行替換。

2 模數(shù)式伸縮裝置及典型病害

2.1 裝置構(gòu)造

模數(shù)式伸縮裝置主要由邊梁鋼、支撐橫梁、中梁鋼、吸震緩沖性能好的密封橡膠帶和位移控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成。GQF-MZL 型模數(shù)式伸縮裝置構(gòu)造見圖1[3]。

圖1 模數(shù)式伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意（GQF-MZL 型）

圖中，1-邊梁；2-中梁；3-支撐橫梁；4-滑動承壓支座；5-滑動壓緊支座；6-轉(zhuǎn)動支承軸；7-滑移轉(zhuǎn)動支座；8-扣架；9-邊梁墊塊；10-密封橡膠帶；11-位移控制箱；12-連動機構(gòu)；13-位移控制臂；14-位移控制箱錨固鋼筋；15-預(yù)埋鋼筋。

與其他種類的伸縮裝置不同，模數(shù)式伸縮裝置的承重結(jié)構(gòu)和位移控制系統(tǒng)為分開式結(jié)構(gòu)，其伸縮體是由中梁鋼和橡膠密封帶組合而成，主要用于伸縮量為 160 ～2 000 mm 的橋梁。

2.2 典型病害

模數(shù)式伸縮裝置通常都會設(shè)置中梁，通過對該類伸縮裝置調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其病害主要包括：（1）橡膠條由于老化而發(fā)生脫落現(xiàn)象，裝置部分位置漏水。（2）異型鋼型鋼斷裂。（3）用于錨固裝置的混凝土結(jié)構(gòu)破碎開裂，使裝置區(qū)域出現(xiàn)坑槽。（4）伸縮裝置與橋面存在高度差，車輛通過時會發(fā)生橋頭跳車。（5）由于伸縮裝置結(jié)構(gòu)本身或錨固裝置問題而產(chǎn)生的病害。（6）中梁部件變形、開裂，并且產(chǎn)生晃動、噪聲，冬季拉脫斷裂。（7）受高溫影響，橡膠條膨脹擠死伸縮縫。（8）伸縮裝置中梁鋼產(chǎn)生的塑性形變由于無法恢復(fù)，與其相連的橡膠條受到影響被拉掉或破損，連接裝置底部的橡膠塊破損掉落。（9）伸縮縫內(nèi)積聚砂石、塵土等垃圾，嚴重時會使橡膠條變形破損，造成伸縮裝置漏水等病害。（10）部分伸縮裝置使用環(huán)境惡劣，裝置的橡膠條無法適應(yīng)環(huán)境的影響，導(dǎo)致裝置內(nèi)部堆積垃圾，造成裝置伸縮量不足。在部分低溫多雨地區(qū)還容易出現(xiàn)大面積的積水結(jié)冰現(xiàn)象。（11）梁鋼之間的伸縮間隙會受到橋上車輛的沖擊力，鋼梁易斷裂。模數(shù)式伸縮裝置的典型病害見圖2～圖9。

圖2 模數(shù)式伸縮裝置中梁擠壓斷裂

圖3 支座脫落、連接件斷裂

圖4 伸縮裝置中梁斷裂、垃圾淤積

圖5 伸縮裝置中梁斷裂

圖6 錨固區(qū)混凝土碎裂鋼筋外露

圖7 伸縮裝置發(fā)生塑性變形

圖8 橡膠帶脫落

圖9 伸縮裝置淤土

3 抗沖擊減噪伸縮裝置及應(yīng)用

3.1 研發(fā)背景

當(dāng)前社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，汽車保有量不斷增大，重載交通越來越多，越來越多的橋梁以及高架上的伸縮裝置不堪重負，在車輛不斷地沖擊下，伸縮縫頻繁發(fā)生質(zhì)量問題。長此以往，出現(xiàn)病害的伸縮縫成為了新的馬路殺手，導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，故亟需一款抗沖擊能力更強的伸縮裝置?？箾_擊減噪伸縮裝置獨特的“S”型設(shè)計，能夠使汽車的車輪不同時沖擊型鋼本身，同時取消了中梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化更合理、更穩(wěn)固，而且由于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使得安裝變得簡單，維護也變得容易。

在公路鐵路建設(shè)中，減少噪音釋放對環(huán)境的污染已經(jīng)成為一個重要的主題。特別是建設(shè)在有人口居住環(huán)境下的橋梁，對橋梁伸縮裝置如何降噪提出了更嚴格的要求。眾所周知，當(dāng)車輛行駛通過伸縮裝置時，由于輪胎會瞬間沖擊伸縮裝置從而產(chǎn)生節(jié)奏性噪音，當(dāng)車輛速度越快或流量越大，導(dǎo)致噪音會越大?？箾_擊減噪伸縮裝置特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計填補了國內(nèi)行業(yè)空白，完美替代了目前市場上良莠不齊的所謂“減噪”伸縮裝置[4]。

3.2 結(jié)構(gòu)特點

伸縮裝置采用阻尼器減振系統(tǒng)，將傳入到結(jié)構(gòu)中的復(fù)雜多維振動能量消散，在橋梁結(jié)構(gòu)受到外部荷載沖擊時，可以減振消能，有效提高伸縮裝置結(jié)構(gòu)安全，見圖10。通過各種伸縮裝置噪音水平的對比，抗沖擊減噪伸縮裝置具有良好的降噪效果。

圖10 抗沖擊減噪伸縮裝置的阻尼減振系統(tǒng)

抗沖擊減噪伸縮裝置較其他裝置的特點：（1）噪音小，比使用傳統(tǒng)型普通伸縮縫減少約7 dB 左右的噪音。（2）抗沖擊、超長壽命（設(shè)計壽命50 a）、行車舒適、外形美觀。（3）可防止由掃雪機引起的損壞。（4）可以克服橋梁施工單位未按規(guī)范要求施工遺留下的缺陷。（5）安裝簡單，管養(yǎng)期內(nèi)維護保養(yǎng)成本低。（6）車輪不同時通過型鋼減少了車載對伸縮裝置直接沖擊，提高了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的耐久性及駕車舒適度。

3.3 適用范圍

（1）主要用在不大于160 mm 伸縮量的橋面。（2）有低噪音要求的場合（臨近居民區(qū)的橋梁、城市高架橋）。（3）對抗沖擊要求較高的高速公路擴建項目中拼寬橋梁尤其適用。

3.4 主要安裝工藝

根據(jù)抗沖擊減噪伸縮裝置的構(gòu)造特點，按照流程安裝：（1）槽口清理；（2）吊運；（3）調(diào)試安裝；（4）立模加固；（5）平整度檢測；（6）鋪設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)片；（7）澆筑混凝土；（8）養(yǎng)護；（9）開放交通。

4 抗沖擊減噪裝置運行情況

目前，濟南黃河三橋上安裝完成的抗沖擊減噪伸縮裝置運行良好。工程實踐證明，該裝置可以有效承載橋面重載交通，降低噪音影響，減少維護成本，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟社會效益、環(huán)境效益，同時也為交通安全提供了保障和支持。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)模數(shù)式伸縮裝置存在多種典型病害，威脅橋梁安全，用新型抗沖擊減噪伸縮裝置將其替換應(yīng)用于濟南黃河三橋。工程實踐表明，抗沖擊減噪伸縮裝置運行良好，可以有效承載并且降低噪音，降低維護成本，提高了安全性。