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江阴长江公路大桥(主跨1 385 m悬索桥)1999年通车,从2003年年底开始出现主桥ZEY多缝桥梁伸缩缝损坏等病害,经过多次维修后仍不能满足使用要求,在2006年进行了整体更换;润扬长江公路大桥南汉桥(主跨1 490 m悬索桥)2005年通车,在运营过程中也发现其ZEY多缝桥梁伸缩缝部分指标远超当初设计预期指标,在2008年发现部分部件损坏,在2009年对
该ZEY多缝桥梁伸缩缝进行了维修。本文将依托江阴长江公路大桥、润扬长江公路大桥南汉桥2座悬索桥,基于健康监测系统实测数据的伸缩缝状态评估一般方法,对悬索桥伸缩缝状况进行分析,并探讨悬索桥与斜拉桥ZEY多缝桥梁伸缩缝运动形态的差异性,分析造成悬索桥伸缩缝损坏的主要原因,给出ZEY多缝桥梁伸缩缝病害的处理措施。
为使车辆平稳通过桥面并满足桥梁变形,需要在桥面伸缩缝处设置一定的伸缩装置。桥梁跨度的增加为伸缩装置的位移量提出了越来越高的要求。赵衡平Cz7曾在2006年对我国9座特大型桥梁所使用的ZEY多缝桥梁伸缩缝产品进行了调查,统计到的伸缩量都在480 mm以上,甚至达2 000 mm;在调查的桥梁中,伸缩装置的结构形式有格栅式、排梁式和旋转梁式三种。
对于ZEY多缝桥梁伸缩缝我国公路桥梁伸缩装置规范要求结构各部件安全、可靠、耐久,且伸缩阻力小、伸缩变位均匀(单元大偏差在士2 mm以内)以及各方向错位在一定范围内。然而,由于设计、施工、车辆超载甚至结构构造等多方面的原因,ZEY多缝桥梁伸缩缝常在投人运营后不久就出现工作异常。例如:江阴长江公路大桥在运营3年后就多次发生了支撑梁与承载箱连接的上下支座脱落及支撑梁外包滑板损坏等病害香港青马大桥、润扬长江大桥等ZEY多缝桥梁伸缩缝也出现了伸缩单元不均匀工作的现象。为提高伸缩装置的使用寿命,确保结构安全运营,国内外学者从伸缩装置的设计、施工安装、构件疲劳等方面进行了研究,指出了管理维护方面的不足,提出了ZEY多缝桥梁伸缩缝破损状况及疲劳寿命的评估方法。
某两跨连续分离式钢箱梁悬索桥主跨1650 m,边跨578 m,钢箱梁连续长度2 228 m。大桥北锚和南塔处的加劲梁端部分别设置了两道大移模数式伸缩装置,型号分别为DS2160和DS2240,即ZEY多缝桥梁伸缩缝伸缩量分别为2 160 mm和2 240 mm,每道伸缩装置长11. 5 m。由于主桥采用了分离式钢箱梁结构,左右两幅的ZEY多缝桥梁伸缩缝也只能做成分离式,从而使得伸缩装置横桥向的长度相对较小。为使伸缩装置中心梁的伸缩滑移更加均匀,伸缩装置采用了带导梁的旋转梁控制系统。
桥梁建设中使用伸缩缝是为了满足桥面变形需要并使车辆平稳通过桥面,随着我国高等级公路和城市高架桥建设事业的快速发展,大位移桥梁得到突破性发展,则要求有结构合理、大位移量的桥梁伸缩装置来适应这一发展的需要。ZEY多缝桥梁伸缩缝结构简单、安装方便,被广泛应用于桥梁结构中。但它也存在一定的问题,如在重车辆载荷的反复作用卜就可能出现疲劳破坏、横向及竖向变位的适应性不足等现象,不利于产品的改进与完善
ZEY多缝桥梁伸缩缝是桥梁的重要部件,其将不同桥段衔接成桥梁整体,并有助于避免温度、风等外部荷载对桥梁整体结构产生过大的作用效应,从而有效保护桥梁结构的安全。但同时,由于伸缩缝直接承受车轮荷载的冲击作用,并长期暴露于自然环境中,故其又是桥梁结构中易损坏而又较难维修的部分。据美国统计数据显示,桥梁中ZEY多缝桥梁伸缩缝的平均寿命为10 -15年,远低于桥梁本身的设计寿命m;日本东名高速公路通车的8年间,伸缩缝的平均修补次数为1. 6次/缝。ZEY多缝桥梁伸缩缝的损坏,不仅降低了行车舒适度,更将显著增加车辆对桥梁的冲击作用,从而加剧桥面铺装层破坏,甚至可能影响到桥梁结构本身。因此,如何在伸缩缝损坏的早期就能予以发现,并及时准确判别其造成损坏的原因,极为重要。国外部分研究者已注意到ZEY多缝桥梁伸缩缝的疲劳问题,并进行了一系列研究。此外,还有研究者}6}对车辆荷载下伸缩缝的动力响应进行分析,结果表明考虑伸缩缝竖向位移响应的动力放大系数可以达到1. 7。然而,目前这些研究多数集中于伸缩缝的数学模型的分析或实验室内的模型试验,对伸缩缝在实际使用状态下的性能监测及分析还未见到。