桥梁伸缩装置初始伸缩量计算

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桥梁伸缩装置初始伸缩量计算

摘要 本文主要对影响桥梁的伸缩装置伸缩量的因素进行分析，并介绍了相应的计算伸缩量常用公式。以及用这些相关公式求解桥梁伸缩装置的初始伸缩量，以供伸缩装置安装施工时使用。
关键词 桥梁  伸缩装置  初始伸缩量


1 概述
桥梁伸缩装置在桥梁结构中直接承受车轮荷载的反复冲击作用，而且长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构的薄弱位置，常常遭到破坏而需要养护、更换。因此为了改善路面与桥面相接处的平整度，一方面应当加大桥梁的联孔长度以减少伸缩缝的数量，另一方面要不断改进伸缩装置的型式、材料及设计施工质量。桥梁设计过程中，一旦确定了联孔长度，伸缩装置的选择就取决于桥梁结构的伸缩量。伸缩装置的选择应当遵循以下原则：（1）伸缩装置的实用范围；（2）平整性；（3）耐久性；（4）排水性及防水性；（5）施工难度及质量；（6）伸缩装置的可维修性；（7）经济型。本文将在确定桥梁伸缩量的基础上对桥梁伸缩装置选型与安装作简单的讨论。
2 影响桥梁伸缩量的基本因素
影响桥梁伸缩量的基本因素主要有温度变化，混凝土收缩徐变，各种荷载引起桥梁结构的挠曲，桥梁不规则引起变位等。下面对这些基本因素分别进行讨论。
2.1 温度变化
温度变化是影响伸缩量的主要因素，尤其是对于大跨度桥梁来说，温度变化不仅使桥梁结构端部产生较大纵向位移，还会造成较大的端部角位移。温度变化主要受以下几个方面的影响：（1）桥梁所处的地理位置；（2）季节和时刻；（3）桥梁结构材料的热性能；（4）桥梁结构型式。相关设计参考数据如表1。
表1 温度变化设计参考数据表
桥梁结构类型 温度变化范围 线膨胀系数
一般地区 寒冷地区
钢筋混凝土桥 －5～＋35oC －15～＋35oC 0.000010
钢      桥 －10～＋40oC －20～＋40oC 0.000012
组 合 钢 桥 －10～＋50oC －20～＋40oC 0.000012
2.2 混凝土收缩徐变
混凝土收缩徐变是混凝土本身所固有的特性，它与混凝土的水灰比、塌落度、水泥品种、配合比、温度、相对湿度、混凝土的加载龄期、持荷时间、混凝土的强度等因素有关。应当指出的是，安装伸缩装置时，收缩和徐变已经发展到一定程度，计算桥梁结构的伸缩量时，应以安装时刻为基准时刻，混凝土的收缩徐变系数要相应折减。折减系数参考表2取值。
表2 收缩徐变折减系数
预制龄期（月） 0.25 0.5 1 3 6 12 24
收缩徐变系数  0.8 0.7 0.6 0.4 0.3 0.2 0.1
2.3各种荷载引起桥梁结构的挠曲
桥梁结构的恒活载会使桥梁端部发生角位移，从而使伸缩装置产生竖向、水平及角位移。梁端位移与桥梁结构型式，高跨比等因素有关，计算时应作具体分析。
2.4 桥梁不规则引起位移
    桥梁不规则情况包括有纵向坡度、斜桥和弯桥等几种情况。桥梁的不规则会引发非轴向位移。纵向坡度纵坡较大的桥，通常施工时把活动支座做成水平的，因而桥梁在伸缩的时候不仅会使伸缩装置产生水平位移，而且还会产生竖向位移 （ 为支座水平位移， 为纵坡角度）。在总体位移较小的而且坡度不大的情况下，竖向位移可以忽略不计。
斜桥及曲线桥在发生支承移动方向的位移时，会在桥端线方向和垂直于端线方向产生位移分量。两个方向位移与斜交角度 和位移 有关。分别为：
端线方向位移                         （1）
垂直端线方向位移                     （2）
其中垂直端线方向位移会使伸缩装置在平面上受扭，产生剪应力，因此在设计时不要忽视由此产生的影响。同时，还应注意支座的约束条件及墩台型式的不同所产生的影响。
3 桥梁伸缩量的计算
3.1 温度变化引起的伸缩量
安装温度 下伸缩量的计算公式如下：
                            （3）
其中， --温度变化引起梁体的总伸缩量；
--温度变化引起梁体总伸长量；
--温度变化引起梁体总收缩量；
--材料的膨胀系数；
--两伸缩缝间梁段长度。
3.2 混凝土收缩徐变引起的伸缩量
混凝土收缩徐变会引起梁体伸缩，其伸缩量分别是
混凝土收缩引起的伸缩量                          （4）
混凝土徐变引起的伸缩量                      （5）
其中， --混凝土的收缩应变系数；
--混凝土的弹性模量；
--预应力混凝土的平均轴向应力；iii
--混凝土的徐变系数；
--徐变、收缩的折减系数（见表2）；
--两伸缩缝间梁段长度。
3.3 荷载引起的伸缩量R桥梁结构型式，高跨比等因素有关，在施工时可以不考虑。
4 桥梁的基本伸缩量
根据上面的讨论，桥梁的基本伸缩量由以上各因素导致伸缩量叠加而成，其计算公式为
               （6）
当桥梁为非预应力混凝土桥时 ，设计伸缩量为 ，安装伸缩装置时伸缩装置的伸缩缝宽为 ，则
                   （7）
其中，伸缩量为80mm时 ，伸缩量为160mm时 ，依此类推。安装桥梁伸缩装置前应根据桥梁所处的环境条件，桥梁本身的结构型式及构成要素来计算伸缩装置预期发生的伸缩量。夏季安装时，平均温度是一年四季中最高的，梁体以收缩为主，伸缩装置的变位以伸展为主，与混凝土收缩徐变引起的变位是一致的。如果伸缩装置在冬季安装，温度变化引起伸缩装置收缩，与混凝土收缩徐变的变位反向。
5 案例分析
5.1 设计资料
桥型：30米预应力混凝土简支梁桥
温度变化范围：  
混凝土线膨胀系数：
混凝土的收缩应变系数：
混凝土徐变系数：
混凝土平均轴向应力：
混凝土弹性模量：
混凝土徐变、收缩的折减系数（施加预应力3个月后）：
安装时设计温度：
5.2 伸缩量计算
温度变化伸缩量：
安装时的伸缩量：
干燥收缩量：
徐变收缩量：
假设荷载作用引起位移量：
因此，梁体总伸长量 ，总缩短量 ，基本伸缩量为 。从而有，设计闭口量 ，设计开口量 ，设计伸缩量 。
由上，根据公式（7）可以求出安装伸缩装置时伸缩装置的伸缩缝宽

实际选用时要考虑一定的安全值，如W型伸缩装置，宽65mm，初压缩量20mm，所以安装时的安装尺寸应该为 。
    根据设计经验，通常对于中小跨径（20米以内）桥梁不设伸缩缝，而采用固定式橡胶支座，留2cm左右接缝填充沥青麻絮或沥青马蹄脂等其他可塑性材料。当跨径大于20米时，应该根据跨径确定伸缩装置型号，并依照安装时间外界气温确定伸缩装置的初始伸缩量。