无缝式桥梁使用性能研究与分析

李娟

(郑州市交通规划勘察设计研究院,河南郑州 450000)

无缝式桥梁使用性能研究与分析

李娟

(郑州市交通规划勘察设计研究院,河南郑州 450000)

随着无缝式桥梁概念的提出,无缝式桥梁逐渐成为未来桥梁的发展趋势。本文通过对无缝式桥梁具体在使用过程中的力学特性进行研究与分析,得到了关于无缝式桥梁的主要力学特性。为今后无缝式桥梁的大规模应用提供了理论基础。并对无缝式桥梁的发展历程进行了相对的概括。通过与原有桥梁结构的对比,分析了无缝桥梁结构的优点与一些特性以及一些需要注意的关键问题。

无缝式桥梁 性能 对比与分析

1 概述

1.1 无缝式桥梁的产生原因

随着温度等其他一些微应变的作用，桥梁的上部结构会产生一定量的收缩与变形。原有的解决方法是在桥梁结构上加装伸缩缝进行调节。但由于伸缩缝无法与桥梁形成完全的统一整体。所以，随着桥梁结构的逐渐使用往往会由于伸缩缝的损坏引起桥梁结构产生病害。最终导致桥梁结构整体耐久性的下降。为了解决桥梁伸缩缝导致的桥梁病害，桥梁专家们提出了无缝式桥梁的概念[1]。即整体式桥梁免加装伸缩缝的结构，也就是无缝式桥梁结构。

1.2 无缝式桥梁的主要种类

无缝式桥梁由于取消了伸缩缝的结构，极大地减少了桥梁结构的伸缩缝病害。由于其独特的结构以及对伸缩缝病害良好的控制，发展及其迅速。现有的无缝式桥梁主要分为两种结构:半整体式桥梁结构与整体式桥梁结构。

1.2.1 半整体式桥梁结构

半整体式桥梁结构[2]中主梁全部取消了伸缩缝的构造，只在梁端主梁与桥台之间设置支座与伸缩缝。这种桥梁称之为半刚性桥梁。这让种类型的桥梁结构由桥台以及桥台后的填土吸收主梁由于温度变化产生的变形与应变。这种桥梁结构的桥台结构与原有桥梁的桥台结构大致相同。所以这种桥梁结构主要用于旧桥改造与加固。

1.2.2 整体式桥梁结构

整体式桥梁结构[3]是将整个主梁结构与柔性桥台连接在一起。不单单在桥台处取消了伸缩缝的安装，在桥台出也取消了支座的安装。这种结构的变形与应力主要由桥台以及桥台下部的桩基完全吸收。

除此之外我国独创了半整体式无缝桥梁结构。这种结构在我国发挥迅速，成为我国新建桥梁的主要应用形式之一。

1.3 发展现状

无缝式桥梁结构研究始于二十世纪三十年代[4]。我国则是从上世纪九十年代左右开始了无缝式桥梁结构的研究。随着无缝式桥梁技术的逐渐成熟，国外无缝式桥梁结构的应用逐渐广泛，而我国在无缝式桥梁的研究方面仍处于起步阶段。现有的一些无缝式桥梁结构主要为小跨径桥梁结构。

2 整体式桥梁与整体式无缝桥梁结构对比分析

通过对我国现有的一些整体式桥梁以及新型全无缝式桥梁作为研究对象，进行研究分析。根据桥梁的具体结构以及结构尺寸，在实际施工与模拟分析[5]中对桥台、桩基、主梁的变形、应力变化以及显著地变形特点进行研究与分析并进行总结。我们得到了以下几点结论。

2.1 温度变化对桥梁应力整体影响对比分析

温度变化对桥梁应力影响产生变化。根据实际施工中实时监测以及软件模拟结果我们看已清楚地发现整体式全无缝桥梁受温度影响产生的变形方式异于常规桥梁。当温度下降时，主梁所受拉力大幅增加，对桥梁整体受力极为不利。但一旦出现温度降低的情况，整体式桥梁的主要受力方式为承受压应力，这种受力方式对桥梁来说是比较合理的。所以，整体式无缝式桥梁在温度下降时要优于常规桥梁。

2.2 温度作用下桩基应力变化对比分析

桩基方面如果收到温度变化。应力变化趋势以及盈利分布特性两种桥梁基本完全一样。但是无缝式桥梁的应力要完全小于原有的整体式桥梁。所以在桩基方面无缝式桥梁在桩基方面收到温度变化的影响要优于原有桥梁。

2.3 整体变形对比分析

通过对试验中实际模拟以及实际应用监测的数据进行分析我们可以看出。随着温度变化，无缝式桥梁的变形要小于原有的整体式桥梁。但是两者之间的差别较小，甚至微乎其微，不能有效影响桥梁的正常使用。同样剪力也要小于对比桥梁，但一样差别较小。

2.4 连接处拉应力对比分析

实际检测数据显示，整体无缝式桥梁的桥台在温度变化的情况下会产生较大的拉应力。同样在主梁连接处的拉应力要大于原有的整体式桥梁。所以，我们可以认为在主梁连接处以及桥台位置，原有桥梁的力学性能要由于无缝式桥梁。所以在施工及设计方面在这些部位无缝式桥梁应该稍作加强。

由此我们可以通过对数据的对比与分析结果进行总结。随着温度的变化，除了连接处以外无缝式桥梁其他结构在受到温度变化后产生的温度应力以及变形要远远小于整体式桥梁。但是在温度变化的情况下，连接部位的温度应力特别是拉应力对无缝式桥梁的损害要大于整体式桥梁。所以，无缝式桥梁的连接部位应作为施工以及设计的重点部位作为质量控制重点。

3 无缝式桥梁与整体是桥梁使用性能研究与分析

3.1 桥梁长度总结

由于无缝式桥梁为新式结构，所以国内外关于这种结构的具体规范比较少。特别是在桥梁长度方面，目前为止并未形成一个统一的结论。现在已经建好以及在建的无缝式桥梁结构大多数是通过经验数据分析来确定桥梁长度。我国现有的跨径最长的无缝式桥梁长度为137米。国外最长也仅为300到400米左右。所以现有的无缝式桥梁甚至整体式桥梁长度并不大。

3.2 桥台结构对跨中应力影响

根据实际经验与模拟分析我们可以得到桥台结构高度增加可以有效减少主梁跨中应力大小。并且随着温度的上升，无缝式桥梁跨中产生的拉应力一只小于整体式桥梁。桥台高度的增加同样减小了对桩顶的影响。桥台对搭接板的作用力随着温度变化产生正比例变化。温度增加，应力增大；温度减小，应力降低。

3.3 填土刚度对桩顶位移的影响

桥台后填土刚度增加会减小桩顶位移大小。

无缝式桥梁在温度变化时，桩顶的位移大小与温度变化成反比。温度增加后，桩顶位移减小。温度降低时，桩顶位移逐渐增加。但是，整体式桥梁的位移变化方式与无缝式完全相反。温度增加后，整体式桥梁的桩顶位移下降。当温度减小时，整体式桥梁的桩顶位移增大。

3.4 主梁与桥台连接刚度对应力变化的影响

当主梁与桥台的连接刚度增加时，桩顶位移以及桥台搭接连接处的应力会随之增加。温度增大时，主梁与桥台之间连接刚度下降会导致主梁与桥台连接应力下降，并对拉应力产生影响。具体变化趋势为下降趋势。

3.5 桥梁长度对桥梁结构的影响

当温度不变，桥梁长度的增加会导致连接处应力应变、桩顶处位移以及应变增大。成正比趋势变化。但是无缝桥梁结构在温度与桥梁长度都增加时，拉应力会有一定幅度的降低。但温度降低时，桥梁结构的应力与应变不会随着桥梁长度的增加而增加。但在这方面整体式桥梁收影响较小。性能要优于无缝式桥梁。

4 结语

本文对无缝式桥梁这种新型结构进行了总结与分类，对这几种桥梁结构分别进行了结构上的总结。并通过对这几种桥梁在实际施工以及模拟运算的方法分析了无缝式桥梁的主要结构形式与受力特点。无缝式桥梁主要在以下几个方面有待改进:

(1)整体式全无缝桥梁结构在桥台与主梁连接部位处的应力要远大于原有的一些桥梁。这些地方需要作为质量控制要点。

(2)无缝式桥梁在桩基变形方面由于其他类型的桥梁。但是两者相差较小，并不能在桥梁结构受力方面产生足够大的影响作用。可以近似认为桩基受力方面并无差别。

(3)当主梁温度下降时，由于搭接部位的变形无缝式桥梁结构中主梁所受到的应力要大于其他桥梁。

在其他方面无缝式桥梁的受力特性要优于其他类型桥梁。

[1] 郭志奇,王艳华.无缝式桥梁设计及半整体式桥台无缝桥梁的设计实践.中国高新技术企业,2010,16(151):55-56.

[2] 梁才.半整体式无缝化斜桥受力性能分析:[湖南大学硕士学位论文].长沙:湖南大学,2012,7-8.

[3] 金晓勤,邵旭东.整体式无缝桥梁的研究与应用 .重庆交通学院学报,2002,21(3):7-10.

[4] 马竞.整体式全无缝桥梁研究与实践.长沙:湖南大学,2002.

[5] 刘钊.整体式无缝桥梁性能研究.长沙:湖南大学,2013.