公路桥梁伸缩装置种类及破损原因

公路桥梁的伸缩装置种类繁多，并得到不断改进。依据伸缩装置的伸缩方式及其构造特点，可以把它们分为五类，即对接式、钢制支承式、橡胶组合剪切式、模数支承式、无缝式伸缩装置（含桥面连续构造）。

1.对接式伸缩装置

对接式伸缩装置，根据其构造型式和受力特点的不同，可分为填塞对接型和嵌固对接型两种。填塞对接型伸缩装置是以沥青、木板、麻絮、橡胶等材料填塞缝隙，伸缩体在任何情况下都处于受压状态。该类伸缩装置一般用于伸缩量在40mm 以下的低等级公路桥梁上，但容易破损失效，目前已少用。

嵌固对接型伸缩装置利用不同形状的钢构件将不同形状（如W形、M形、箱形、鸟形等）的橡胶条（带）嵌牢固定，并以橡胶条（带）的拉压变形来适应梁体的变位。该类伸缩装置被广泛应用于伸缩量在80mm 及以下的桥梁中。图4.10所示为国产 GQF-C 型伸缩装置，它采用热轧整体成型的“C”字钢为主要构件，嵌固防水密封橡胶带为伸缩体，配以锚固系统所组成。

图4.10　GQF-C型伸缩装置构造

1—C形异型钢；2—密封橡胶带；3—锚固钢筋；4—预埋钢筋；5—水平加强钢筋；6—桥面铺装；7—梁体。

2.钢制支承式伸缩装置

钢制式的伸缩装置是用钢材装配制成的、能直接承受车轮荷载的一种构造。以前这种伸缩装置多用于钢桥，现也用于混凝土桥梁。钢制支承式伸缩装置的形状、尺寸和种类较多。国内常见的有钢板叠合式伸缩装置和钢梳形板伸缩装置。

钢板叠合式伸缩装置是一种用于中小跨度桥梁的伸缩装置，伸缩量一般为70mm以下。这种伸缩装置构造主要是通过在伸缩缝端结构处预埋角钢，在角钢上设置一块跨缝钢盖板，其一端与角钢焊接固定，另一端则直接搭在另一侧的角钢上，利用上下叠合的钢构件间的滑动适应伸缩变形，利用跨缝钢板来直接承担车轮荷载（见图4.11）。因容易受到冲击、振动影响，这种伸缩装置的钢板焊缝容易破坏，钢板容易发生变形而损坏、脱落。

图4.11　钢梳形板伸缩装置构造（尺寸单位：mm）

图4.12为 SF 型钢梳形板伸缩装置的构造示例，这种伸缩装置的伸缩体采用一对钢制梳齿板组合而成。交错的梳齿部分通常设置的结构伸缩缝的一侧，而跨越断缝的部分仍维持完整的钢板，以便承受车轮荷载；为便于滑动，面层的梳齿钢板下面与结构层顶面敷设不锈钢板；为便于防水，在梁体顶面设置橡胶防水层。该类伸缩装置由于其自身刚度大、抗冲击性能好，建筑高度低，伸缩量大（最大420mm），可应用于公路、铁路的钢桥或混凝土桥梁。为便于更换，采用高强螺栓将梳齿钢板锚固于梁体，且在沿伸缩缝方向设置为多块单元板。

图4.12　钢梳形板伸缩装置构造

3.板式橡胶伸缩装置

板式橡胶伸缩装置是利用橡胶剪切模量低的原理设计制造而成。橡胶板上设有上下凹槽或“W”形褶皱槽，依靠凹槽间的橡胶体剪切与拉压变形来适应结构变位。

普通的板式橡胶伸缩装置中，需要在橡胶板内预埋加强钢板以提高橡胶的承载能力，适用于伸缩量小于60mm的桥梁，见图4.13。如果在橡胶板下方设置一层梳齿式钢托板，就可以形成组合式橡胶伸缩装置。这种伸缩装置中，伸缩体由橡胶板和钢托板共同构成，而钢托板可以更好地承担竖向车轮荷载，因此其伸缩适应范围可以提高到不大于150mm 的桥梁，见图4.14。

图4.13　普通板式橡胶伸缩装置一般构造(www.xing528.com)

1—橡胶；2—加强钢板；3—伸缩用槽；4—止水块；5—嵌合部；6—螺帽垫板；7—腰形盖帽；8—螺帽；9—螺栓。

图4.14　组合式橡胶伸缩装置一般构造

1—预埋铁；2—边角铁；3—橡胶伸缩装置；4—内六角螺栓；5—底钢板；6—螺栓；7—固定齿板；8—托板；9—限位块。

4.模数支承式伸缩装置

模数支承式伸缩装置是主要用于高等级、大跨度公路桥梁上采用的一种伸缩装置，其伸缩量大（可达2000mm），功能比较完善，但结构较为复杂。它的主要部分是由异型钢与橡胶条（各种截面型式）组成的犹如手风琴式的伸缩体，配上横梁、位移控制系统以及弹簧支承系统。每个伸缩体的伸缩量为60～100mm。需要伸缩量更大时，可以用两个以上的伸缩体，中间用若干根横桥向布置的中梁隔开。中梁支承在其下的顺桥向横梁上。为了保证伸缩时各中梁始终处于正确位置并作同步水平位移，应将中梁底部连接在连杆式或弹簧式的控制系统上。模数式伸缩装置的最大特点是橡胶伸缩体与钢件可定型生产，并可根据伸缩量需求进行模数组合设计。当伸缩体做成60mm、80mm、100mm 三种型号时，视中梁根数不同，可以组合成宽度为60mm、80mm、100mm 倍数的各种伸缩装置。

图4.15为德国毛勒（Maurer）模数式伸缩装置鸟形构造，它采用 Z 形边梁和工字形中梁与鸟形橡胶带的组合构造。图4.16为南京长江第二大桥（主跨628m的钢箱梁斜拉桥）中使用的模数式伸缩装置实例图片。

图4.15　毛勒模数式伸缩装置

图4.16　模数式伸缩装置实例

5.无缝式（暗缝式）伸缩装置

无缝型伸缩装置是在伸缩缝处的桥面处填入专用弹塑性粘结材料，利用该材料的拉压变形来适应伸缩要求的一种构造措施。由于伸缩体与桥面铺装整体连续，外观上不存在伸缩装置的缝槽，故称之为无缝式或暗缝式伸缩装置。

该构造的基本工艺是：在梁端部的伸缩缝间隙中填入弹性材料并铺上防水材料，然后在桥面铺装层中铺筑一窄条的弹塑性粘结材料。该材料可以吸收温度和车辆荷载产生的结构位移，保证伸缩体不开裂损坏，适用于桥梁上部构造的小量伸缩变形和转动变形。主要特点是：行车平顺，不致产生冲击振动；在寒冷地区，易于机械化除雪养护；施工简便等。图4.17所示为 TST 弹塑体（高分子聚合物与沥青混合，并添加防老化剂等多种配剂）与碎石填充型伸缩装置的构造，适用于伸缩量50mm 以下的情况。

图4.17　TST碎石填充伸缩装置构造

1—跨缝板；2—海绵体；3—TST弹塑体；4—碎石；5—桥面铺装层；6—梁体。

从桥面铺装连续的角度看，桥面连续构造也可视为无缝式伸缩装置的一种特殊形式。为提高行车舒适度，减少伸缩装置的数量和养护工作量，桥面连续构造在高等级公路的小跨径多孔简支梁（板）桥中广泛采用。对多孔（通常3～5孔）简支梁，在相邻梁体处梁缝上的桥面铺装层连续敷设；通过构造措施，使该处的铺装层能释放梁体间的相对转角，形成类似铰缝的构造。这样，对采用桥面连续构造的多孔简支梁，在竖向荷载作用下的受力状态可按简支体系考虑，而在纵向水平力作用下则按连续体系考虑。实际工程中桥面连续构造有多种型式，图4.18所示为其中一种。

图4.18　桥面连续构造（尺寸单位：cm）