1.概述
江陰長(zhǎng)江公路大橋是同三線和京滬線公路主干線上跨越長(zhǎng)江的關(guān)鍵工程。為主跨跨徑1385m的大跨度懸索橋，自1999-09建成通車到現(xiàn)在已經(jīng)近5年時(shí)間。主橋兩側(cè)原采用伸縮量為±1000mm的DS2000型轉(zhuǎn)軸式伸縮縫。但自2002-11后多次發(fā)生了支撐梁與承載箱連接的上下支座脫落及支撐梁外包滑板損壞等病害，為了更好地了解伸縮縫損壞的原因及徹底地解決伸縮縫損壞問(wèn)題，通過(guò)對(duì)江陰大橋伸縮縫病害的調(diào)研，分析了病害產(chǎn)生的原因，提出了設(shè)計(jì)改進(jìn)并進(jìn)行了更換。
2.原有伸縮縫損壞原因分析
(1)由于江陰大橋梁體繞橋面垂直軸(z軸)有轉(zhuǎn)角(見(jiàn)圖1)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致了橋面板的橫向移動(dòng)，即在伸縮縫處有沿伸縮縫軸向的移動(dòng)。從而導(dǎo)致伸縮箱內(nèi)的支承梁產(chǎn)生橫向移動(dòng)，支承梁的可橫向移動(dòng)范圍受伸縮箱寬度的限制，因而支承梁頂?shù)搅松炜s箱內(nèi)壁(見(jiàn)圖2)導(dǎo)致在支承梁與中間梁相聯(lián)接處即轉(zhuǎn)軸處(彈性支承產(chǎn)生了很大剪切作用力，巨大的剪切力將支撐支座損壞。
(2)江陰大橋橋面板有著經(jīng)常的、快速的移動(dòng)，根據(jù)測(cè)量其經(jīng)常的移動(dòng)速度可達(dá)20mm/min。曾觀察到在一夜之間其橋板的位移達(dá)到了700mm。由于這種經(jīng)常的、快速的移動(dòng)，造成了起支承及控制作用的支承支座及滑動(dòng)支座的快速磨損，以及支承橫梁上的不銹鋼板的快速磨損。圖3為磨損的滑動(dòng)支座，圖4為被磨損的不銹鋼滑板。
3.設(shè)計(jì)改進(jìn)
[1-3]
(1)適當(dāng)減少加在中梁與支承梁之間的預(yù)加壓力，以減小摩擦力，增加不銹鋼滑板的厚度由原來(lái)的1mm至2.5 mm。
(2)改點(diǎn)焊或鉚釘固定不銹鋼滑板為全長(zhǎng)連續(xù)焊接的方法來(lái)固定不銹鋼滑板。
(3)原常規(guī)設(shè)計(jì)的控制及承擔(dān)水平力的作用是通過(guò)凹形支座的凸出的邊來(lái)實(shí)現(xiàn)的(見(jiàn)圖5)，且摩擦材料為四氟乙烯板。新設(shè)計(jì)在支承梁的活動(dòng)端采用改進(jìn)型支承梁支承系統(tǒng)(見(jiàn)圖6)，該系統(tǒng)將帶中孔鋼圓盤套在轉(zhuǎn)軸上，再通過(guò)螺栓及壓緊鋼板將MSM超耐磨支座壓緊到支承梁的不銹鋼滑板上，從而起到控制及承擔(dān)水平力的作用。由于上述通過(guò)可旋轉(zhuǎn)框架固定的MSM支座。發(fā)揮控制及抑制水平兒力的作用，因此支承彈簧取消了凹型設(shè)計(jì)，而采用平的設(shè)計(jì)，這樣確保了不銹鋼板最易磨損的邊不會(huì)被磨損。MSM材料的耐磨壽命是四氟乙烯板的75倍以上。
(4)在支承橫梁的固定端即支承鋼箱梁一端采用如圖7所示的支座系統(tǒng)，以確保支承梁不會(huì)出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象。
(5)加寬支承伸縮箱以適應(yīng)更大轉(zhuǎn)角，以確保支承梁不會(huì)與支承伸縮箱內(nèi)壁發(fā)生碰撞。
4.試驗(yàn)檢測(cè)
(1)支承梁及連接件的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)江陰大橋主橋伸縮裝置技術(shù)規(guī)范要求：伸縮縫應(yīng)設(shè)計(jì)成可承受在行駛方向上間距為1.2m的2個(gè)300 kN的車軸作用，每個(gè)車軸應(yīng)由4個(gè)輪距900mm，承載75 kN的車輪組成。每個(gè)車輪的觸地面積應(yīng)根據(jù)作用在圓形或方形面積上的1.1 kN/m的接觸壓力計(jì)算。
另外，設(shè)計(jì)伸縮縫時(shí)，也應(yīng)使其能承受一個(gè)間隔1.4m，輪距3m的2x140kN的車軸作用。在橫向，應(yīng)把這種荷載配置同時(shí)施加到所有車道上，而2x300kN車軸可處于伸縮縫上的任何位置，所有的其它車道無(wú)荷載。對(duì)加進(jìn)2x140 kN荷載的動(dòng)荷載增大系數(shù)，應(yīng)證明其適合于允許速度下行駛的車輛。改進(jìn)型伸縮縫設(shè)計(jì)出來(lái)后支承梁及連接件在德國(guó)因斯布魯克大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)及土木工程學(xué)院進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)跨度為1.7m，疲勞荷載為：垂直力，+84 kN(向下)，-25.2kN(向上)；水平力，+19.5 kN(行車方向)-19.5 kN(反行車方向)。支承粱和連接件在完成1千萬(wàn)次循環(huán)荷載后，不出現(xiàn)任何裂紋，且滿足
(△ σ為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)TL/TP FU92疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)得出的比較應(yīng)力)。
(2)支撐支座及滑動(dòng)支座摩擦試驗(yàn)
疲勞荷載為：垂直力，+84 kN(向下)，-25.2 kN(向上)；水平力，+19.5 kN(行車方向)，-19.5 kN(反行車方向)，速度15mm/s，幅度+50mm。在摩擦滑動(dòng)5000 m后，磨損在允許范圍之內(nèi)，滿足德國(guó)規(guī)范TL/TP FU92的要求。
(3)伸縮縫水密性試驗(yàn)
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：lm長(zhǎng)的伸縮縫，兩端翹起。按TL/TP FU92進(jìn)行密水試驗(yàn)，試驗(yàn)液體為Nacl 10%(重量含量)的鹽水。試件為伸縮縫的一段，由2根邊梁和密封條組成，所有部件都是從實(shí)際生產(chǎn)中取出，密封條與邊梁連接部分和密封條與中間梁的連接完全相同，所以該試驗(yàn)即可證明邊梁與密封條，也可證明中間梁與密封條之間的密水性。該試驗(yàn)體內(nèi)有1處密封條對(duì)接硫化點(diǎn)，邊梁有2處焊接連接點(diǎn)，邊梁在該2點(diǎn)向上翹30°，該翹起與焊于邊梁上的鋼板一起構(gòu)成一水槽以容納試驗(yàn)液體，此外按TL/TP FU92的要求可測(cè)試伸縮縫折點(diǎn)處的水密性。該試件中安裝了位移裝置，通過(guò)螺桿可產(chǎn)生所需的伸縮縫軸向與橫向的位移。試驗(yàn)過(guò)程：密封條由申請(qǐng)者在測(cè)試中心裝入相距為48mm的邊梁內(nèi)；然后邊梁沿45。方向(保證邊梁在縱向與橫向均產(chǎn)生位移)移動(dòng)至邊梁的間距為96mm這樣也可產(chǎn)生一個(gè)邊梁間的平行位移48mm；然后向該試件內(nèi)充試劑，使試劑高于邊梁口表面4cm，上述試驗(yàn)時(shí)間為8h，實(shí)際上觀察了50h，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有潮氣滲出。經(jīng)過(guò)大于50h的試驗(yàn)后,無(wú)潮氣從連接部位滲出。按德國(guó)規(guī)范TL/TP FU92要求。伸縮縫達(dá)到防滲漏密水要求。
5.老伸縮縫的拆除及新伸縮縫的安裝
(1)老伸縮縫的拆除
首先用液壓錘對(duì)舊縫伸縮箱位置的混凝土進(jìn)行破碎。待清理出伸縮箱后，用氣割工具割斷伸縮箱與伸縮縫邊梁的連接，同時(shí)用刨焊設(shè)備刨開(kāi)鋼箱梁與支承箱之間的焊縫。將舊縫吊離。吊離舊縫后，依據(jù)新縫伸縮箱尺寸繼續(xù)清理槽口至合適深度，同時(shí)打磨(橋體)鋼箱梁。清理槽口時(shí)還應(yīng)注意保留需要的鋼筋，切割掉處于伸縮箱位置的鋼筋。以上準(zhǔn)備工作完畢后，即可放入新縫。
(2)新伸縮縫的安裝
[1-3]
新伸縮縫在+5--+25℃的溫度范圍內(nèi)安裝，安裝完畢后應(yīng)滿足混凝土橋面終飾層可高于伸縮縫頂面1mm：瀝青橋面終飾層可高于伸縮縫頂面2mm，但任何情況下均不可低于伸縮縫頂面；伸縮縫中軸線與橋梁中軸線重合找平伸縮縫。但因現(xiàn)場(chǎng)施工中溫差變化和測(cè)量器具的精度等因素，允許有一定的誤差，一般正常情況下不得大于測(cè)量基數(shù)的1.5%。待調(diào)整好高差后即可進(jìn)行支承箱與鋼箱梁間的臨時(shí)固定。固定好一側(cè)后待溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)即固定另一側(cè)并同時(shí)打開(kāi)運(yùn)輸門架松開(kāi)伸縮縫，并在混凝土兩側(cè)使用型鋼和鋼筋固定伸縮箱，使伸縮縫發(fā)揮正常功能。全部錨固件固定好后開(kāi)始與鋼箱梁焊接，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)和架設(shè)模板。然后澆注混凝土，在混凝土經(jīng)養(yǎng)生并測(cè)試達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可通車。
6.結(jié)論
江陰大橋改進(jìn)型DS2000轉(zhuǎn)軸式伸縮縫的更換(2道，每道伸縮縫的伸縮量為±1000mm，橋面寬度29.81m)自2007-08-06至2007-09-20結(jié)束，歷時(shí)46d，整個(gè)安裝過(guò)程安全、順利，標(biāo)高、線形均在預(yù)控范圍之中，安裝后安全運(yùn)行至今已2年時(shí)間。
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