市政桥梁伸缩缝安装宽度影响分析及应用

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/5/8来源:《防护工程》2019年第2期文/郭厚祥
[导读]本文主要介绍了市政桥梁伸缩缝安装宽度的影响因素及计算方法,阐述了伸缩缝的施工方法及控制要点以确保伸缩缝的施工质量。

中交一公局第三工程有限公司  北京市  010018
        摘要:本文主要介绍了市政桥梁伸缩缝安装宽度的影响因素及计算方法,阐述了伸缩缝的施工方法及控制要点以确保伸缩缝的施工质量。并以太原市尖草坪立交桥改建工程为依托,针对伸缩缝安装宽度予以分析计算,对公司其他市政项目或类似的工程起到指导、借鉴的作用。
        关键词:市政桥梁伸缩缝;安装宽度
       
       
        概述:为了满足桥梁变形的要求,桥梁伸缩缝成为了梁体之间不可缺少的重要组成结构,它能够吸收梁体的伸缩、位移等。伸缩缝的选用安装需要根据桥梁的结构形式、长度、环境等几方面来决定,能够合理的消除温度、混凝土收缩徐变、动载带来的位移量。如果伸缩缝的安装宽度没有在合理的范围之内,过大或过小都会对伸缩缝本身造成破坏,不仅会影响到桥梁的外观形象更会影响到行车的安全与舒适性,甚至造成安全事故。所以伸缩缝安装时应考虑不同的季节、不同的温度以及安装时间对安装宽度的影响。
        1影响伸缩缝安装宽度的原因
        1.1温度变化引起的伸缩量
        对于一般的物体都会发生热胀冷缩的现象,这一现象对于梁体同样也是成立的。温度较高时混凝土梁体发生膨胀也就是伸长,这种状态下安装伸缩缝就要考虑预留足够的闭口量以抵消温度降低时给混凝土梁体带来的缩短量。同样在温度较低时安装伸缩缝也要考虑预留足够的开口量抵消温度升高时梁体发生的伸长量。因此,温度成为了伸缩缝安装宽度主要的影响因素。
        温度上升引起的梁体伸长量 Δl+t=α×l×(Tmax-Tset,l);
        温度下降引起的梁体缩短量 Δl-t=α×l×(Tset,u-Tmin);
        式中Tmax、 Tmin ——当地高、低有效气温值,按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60)用;
        Tset,u、Tset,l ——预设的安装温度范围的上限值和下限值;
        l ——计算一个伸缩装置伸缩量所采用的梁体长度,视桥梁长度分段及支座布置情况而定;
        α——梁体材料线膨胀系数,混凝土梁采用 α=10×10-6,钢梁采用α=12×10-6。
        1.2 由混凝土收缩引起的梁体缩短量
        混凝土梁体的收缩是由混凝土本身的原因造成的,它受水泥的品种、水灰比、骨料、外加剂、养护条件等因素影响。一般情况下,28天以后混凝土收缩量随着时间而急剧下降。但在混凝土梁体收缩计算中,梁体的张拉是收缩的主要影响因素。因此,混凝土梁体的收缩受时间和张拉两方面的共同制约。由于市政工期短,桥梁张拉往往在混凝土浇筑7天后基本完成,所以由于混凝土收缩发生的缩短量也是不可忽视的。
        混凝土梁体收缩计算:Δl-s =εcs(tu,t0)×l
        式中 εcs(tu,t0)——伸缩装置安装完成时梁体混凝土龄期 t0至收缩终了时混凝土龄期 tu之间的混凝土收缩应变,可参考附表1。
        1.3 由混凝土徐变引起的梁体缩短量
        对于一般建筑物,徐变在一个月后完成50%左右,2年左右基本完成徐变。在计算混凝土徐变的公式中加载齡期是主要影响因素,因此,混凝土梁体的收缩受时间和加载齡期两方面的共同制约。同样由于市政工期短一般在混凝土浇筑28天后梁体开始加载,所以混凝土的徐变同样是缩短量中很大的一部分。
        混凝土梁体徐变计算:
        
        式中σpc ——由预应力(扣除相应阶段预应力损失)引起的截面重心处的法向压应力,当计算的梁为简支梁时,可取跨中截面与 1/4 跨径截面的平均值;当梁体为连续梁或连续刚构时,可取若干有代表性截面的平均值;
        Ec——梁体混凝土弹性模量;
        (tu,t0)——伸缩装置安装完成时梁体混凝土龄期 t0至徐变终了时混凝土龄期tu之间的混凝土徐变系数。
        1.4由制动力引起的橡胶支座变形而导致的伸缩量
        开口量 Δl-b或闭口量 Δl+b,其值可按 Δl-b或 Δl+b=Fkte/GeAg计算,
        式中Fk——分配给支座的汽车制动力标准值;
        te——支座橡胶层总厚度;
        Ge——支座橡胶剪变模量;
        Ag——支座平面毛面积。
        1. 5 按照梁体的伸缩量计算伸缩缝的开口量和闭口量
        1) 伸缩装置在安装后的闭口量 C+
        C+=β(Δl+t+Δl+b)
        2) 伸缩装置在安装后的开口量 C-
        C-=β(Δl-t+Δl-s+Δl-c+Δl-b)
        2.应用计算
        以尖草坪立交桥改建工程涧河路高架桥第一联为依托,预应力混凝土现浇箱梁,三跨共计90米。主要计算伸缩缝的安装开口量与闭口量。
        2.1温度变化引起的伸缩量
        温度上升引起的梁体伸长量 Δl+t =α×l×(Tmax-Tset,l);
        温度下降引起的梁体缩短量 Δl-t =α×l×(Tset,u-Tmin);
        其中,α=10×10-6;l=90m;根据《JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范》4.3.12可知Tmax=34℃,Tmin=-10℃;Tset,l=10℃,Tset,u=22℃。Δl+t=10×10-6*90*(34-10)=0.0216m;Δl-t=10×10-6*90*(22+10)=28.8mm。
        2.2由混凝土收缩引起的梁体缩短量
        Δl-s =εcs(tu,t0) ×l
        其中,εcs(tu,t0)取值:《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2012)6.2.7,理论厚度369mm,40% ≤ RH < 70%取55%,传力锚固齡期7天,εcs(tu,t0)=0.35×10-3;l=90m。Δl-s =0.35×10-3*90=32mm。
        2.3由混凝土徐变引起的梁体缩短量
        
        其中,σpc取6.17MPa;根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)4.1.3得知Ec=3.45 ×104;φ(tu,t0)取值:根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2012)6.2.7,理论厚度369mm,40% ≤ RH < 70%取55%,加载齡期28天,φ(tu,t0)=2.0;l=90m。Δl-c=6.17/(3.45 ×104)*2.0*90=52mm。
        2.4由制动力引起的板式橡胶支座剪切变形而导致的伸缩量
        Δl-b或Δl+b=Fkte/GeAg
        其中,FK=193.1KN;te=60mm;Ge=1.0MPa;Ag=1.008m2。Δl-b=Δl+b=193.1*30/1000/1.008=5.75mm。
        2.5伸缩装置在安装时的开口量 C-和闭口量C+
        C-=β(Δl-t+Δl-s+Δl-c+Δl-b) ,β取值1.2--1.4;
        C-=1.4(28.8+31+52+5.75)
        C-=164.57mm
        C+=β(Δl+t+Δl+b),β取值1.2--1.4;
        C+=1.4(21.6+5.75)
        C+=38.29mm   

        3.伸缩缝施工流程及控制要点
        3.1工艺流程
        
        3.2伸缩缝安装前检查
        在伸缩缝安装前,采用3m直尺对伸缩装置附近的沥青混凝土路面进行平整度、坡度检测,要求平整度小于1.5mm,考虑是否扩大切割面的宽度,扩大面凿除沥青须清理干净。
        3.3放线、切缝
        (1)精确测放伸缩缝的位置,确定中心线、切割线位置。
        (2)切缝应整齐、顺直,并且以贴胶带纸或加盖塑料布等方式对切缝线以外的路面进行保护,防止锯缝时产生的石粉污染路面。
        3.4开槽清槽
        (1)先凿除两切缝间的沥青路面部分,应将槽内的沥青砼、松动的水泥砼凿除干净,应凿毛至坚硬层,并用强力吹风机或高压水枪清除浮尘和杂物。以保证新老混凝土结合紧密。
        (2)人工配合空压机清除切割范围内的沥青混凝土,并凿除松散混凝土。操作时要保持沥青混凝土断面边角整齐。
        (3)开槽后应对槽口表面进行凿毛(包括槽底和两壁),检查构造缝的宽度是否符合设计要求。
        3.5校正钢筋
        (1)伸缩缝安装前,应理顺、理直槽内的预埋筋及锚固筋,详细检查预留筋的间距与尺寸规格是否符合设计要求,不符合要求时的应及时纠正。
        (2)若发现裂缝或折断,位置不当或闻隙过大,必须采取补救措施。
        (3)对预埋筋采用钢丝刷除锈打磨;对弯折的钢筋采用加热复位,严禁反复冷扳、冷弯。
        (4)恢复预埋锚筋,用空压机再次清理。
        3.6安装
        (1)根据安装时气温调整伸缩缝预留宽度,并及时将其固定。
        (2)应注意与伸缩缝安装有关的预埋、预留,做到安装准确,焊接牢固,要注意焊接顺序,焊接长度应满足规范要求。
        (3)安装最好选择在气温偏低时进行,安装前要彻底清理桥端缝隙中的杂物,槽口清理尺寸要够,冲洗要干净。
        3.7混凝土浇筑
        (1)型钢定位锚固和铺设路面层钢筋后,二次清理槽内垃圾,用高压水冲洗干净并将间隙堵塞,验收合格后,方可浇筑混凝土。
        (2)浇注前应在缝两侧铺上塑料布,保证砼不污染路面。
        (3)砼振捣时应两侧同时进行,为保证砼密实,特别是型钢下砼的密实,用振捣棒振至不再有气泡为止。
        (4)砼振捣密实后,用抹板搓出水泥浆,分4-5次按常规抹压平整为止。这道工序应特别注意平整度,砼面比沥青路面的顶面略低1mm为宜。
        (5)浇筑过程中要随时检查混凝土配合比的坍落度是否满足要求,以确保混凝土质量。
        (6)伸缩缝处防撞护栏外侧预留口采用混凝土回填密实,表面抹光收面。
        3.8养生
        (1)混凝土初凝后应在其表面覆盖一层塑料薄膜进行养生。养护时间不小于7天。
        (2)养生期间应由专人进行交通管制,做好防护或封闭措施,在离桥头两侧设立指示、警示标志,严禁车辆及行人通行。
        (3)施工人员通过时,设置拱型梯,确保伸缩装置两侧混凝土强度满足设计要求后,才能开放交通。
       
        参考文献:
        [1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2012)
        [2]《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)
        [3]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
        [4]《公路桥梁伸缩缝装置设计指南》(JTQX-2011-12-1)
        作者简介:郭厚祥(1993.02- ),男,本科,助理工程师  研究方向:市政桥梁