我們為什麼要探討無縫橋?

2019-06-27     橋樑網

我國中小橋樑總數占全部橋樑數量的90%以上,總長度占全部橋樑長度的近45%,結構多為簡支梁橋和連續梁橋。為了適應溫度變化及各種效應引起的上部結構形變或位變,一般在主梁的橋台位置設置「伸縮縫」及「伸縮縫裝置」。

損壞的伸縮縫

一條伸縮縫帶來的煩惱

據統計,我國中小橋樑的伸縮縫修理的平均頻率為一年一次。伸縮裝置的損壞占到橋樑病害總量的48.7%。簡而言之,橋樑的病害有一半都是伸縮縫的損壞。

無論是損壞的還是完好的伸縮縫,都會存在一系列的問題:


跳車加劇損壞

損傷的伸縮縫降低了路面平整度,加劇了跳車現象。劇烈跳車引起的更大衝擊荷載又反過來進一步加速伸縮縫的衝擊損壞,形成一個加速的惡性循環。


超載加劇沉降

我國嚴重超載現象非常常見,劇烈跳車可能會引起過大的衝擊力,直接影響橋樑主體結構的安全。


漏水與氯鹽腐蝕

損壞的伸縮縫容易出現漏水,引起支座及附近鋼筋混凝土的腐蝕,嚴重時還可能損傷到橋樑主體使用功能。


被灰塵與垃圾填充

長期累積的塵土和垃圾,容易填滿伸縮縫,造成伸其工作性能下降甚至失效,對橋樑的安全性和耐久性造成很大的影響。


更換成本增加

隨著交通量的日益增加和行車速度的提高,伸縮縫損壞更加迅速,需要經常維護和定期更換。養護和維修費用直接增加了橋樑全壽命成本,因維修作業而導致的交通中斷,還會間接帶來更大的經濟損失及不良的社會效應。


是地震中的高危因素

地震時,主梁運動很容易擠壓或拉裂破壞伸縮縫裝置。主梁還會因伸縮縫的存在,出現碰撞及衝擊破壞橋台。由此而引起的直接經濟損失和社會影響,都是無法估量的。

損壞的伸縮縫

最好的伸縮縫是沒有伸縮縫

為了解決上述「伸縮縫的煩惱」,最直接的想法一定是對伸縮縫裝置不斷改良。然而,已開發的各種伸縮裝置的使用壽命一般在五年以內,且依然需要維護和更換,導致上述諸多問題無從改觀。

美國田納西州交通局的橋樑工程師Henry Detrick逐漸意識到問題核心,並明確提出:「最好的伸縮縫是沒有伸縮縫(The Only Good Joint is No Joint)」。換句話說,就是取消橋樑伸縮縫。把橋樑的縱向受力變形,通過一些特殊的構造或結構型式予以吸納。這一思路可最大化甚至徹底解決伸縮縫問題。

事實上,整體式橋台無縫橋已有80年的歷史。據統計,美國已有的整體式橋台橋樑約9000座,其中位於田納西州50號公路上的整體式橋台混凝土橋長達358.2米。2005年,加拿大安大略省在建橋樑中,近60%都採用整體式橋台橋樑。這種橋型也已經在英國、澳大利亞、日本、伊拉克、紐西蘭、法國、瑞士、義大利、瑞典等國家得到廣泛應用,涉及鋼橋、混凝土橋樑、組合橋樑等,並已成功應用於直橋、斜彎橋的建設。

工程中減法的妙處

無縫橋取消了伸縮縫、伸縮裝置,消除了伸縮縫帶來的跳車問題,提高了結構的整體性和耐久性,其優越的使用性能和零維護的設計目標,使其在很多國家得到廣泛的應用和推廣。

全整體式和半整體式橋台橋樑雖然取消了橋樑所有的伸縮縫,但在搭板後端設置有「路橋接縫」,用來吸納橋樑上部結構傳遞過來的伸縮變形。這種類似於伸縮縫的裝置,也存在例如易遭損壞、功能失效及引起跳車等一系列問題。

為了克服路橋接縫問題,我國湖南大學、福州大學等研究單位也提出了一種消除路橋接縫的新型無縫橋樑結構體系「全無縫半整體式橋樑」,簡稱「全無縫橋樑」。


抗震

我國是全球地震災害很嚴重的國家,強烈的地震易導致橋樑結構破壞,帶來巨大的經濟損失。國外多次地震災害和大量的抗震研究己經表明:無縫橋樑是中小梁橋中抗震性能非常優異的橋型,屬於「耐震結構體系」。


零維護

全無縫半整體式橋樑不僅橋樑無縫,而且路橋接縫也不復存在,瀝青混凝土橋面和路面鋪裝連續平順,簡潔美觀,駕乘舒適。同時,不再需要維護和更換路橋接縫,基本實現路橋「零維護」,全壽命成本低,具有很大的經濟和社會價值。


便於舊橋改造

全無縫橋樑的上部結構除了要求橋面無縫化外,其他與普通梁橋基本相同,無需對主梁和橋台進行全整體化或半整體化施工。橋台也與普通梁橋非常相近,僅需鑿低背牆高度,保證搭板順利跨過即可。因而對舊橋無縫化改造會更加簡單方便,且適用範圍也更加廣泛。

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