【行业观察】我国桥梁伸缩装置创新性技术突破

20 世纪 80 年代,随着我国改革开放深入推进,桥梁建设进入了全新时期,不仅规模扩大,更多更先进的新桥型出现,而且桥梁的长大化更为明显。以德国毛勒公司的异型钢单缝模数式伸缩装置为代表的国外伸缩装置率先进入中国市场,随后瑞士马格巴、美国布朗等公司多缝模数式和梳齿板式伸缩装置也相继出现。与此同时,国内企业在引进国外先进技术的基础上,逐步研发出了适应中国国情的自主品牌伸缩装置,主要包含模数式和梳齿板式两大伸缩装置主流产品,并逐渐在国内市场占据一席之地。


【行业观察】我国桥梁伸缩装置创新性技术突破的图1


不同类型伸缩装置的缺陷与不利影响


进入 21 世纪后,建设桥梁强国成为交通强国战略的重要组成部分,桥梁建设被定为国家的重点工程项目之一。桥梁强国的建设,有助于推动交通运输行业的发展,对我国经济建设起到至关重要的作用。因此,在近十几年里,我国桥梁制造产业飞速发展。桥梁伸缩装置是桥梁结构的重要组成部分,其除了满足承载和位移的要求外,还应满足防水、自洁、降噪、防滑、抗震和环境保护等功能。


然而,伴随经济的高速发展,车流量快速增长和车辆的超载,桥梁伸缩装置在使用过程中逐渐出现问题,比如较为常见的伸缩缝跳车、损坏、漏水等现象,比如模数式伸缩装置格栅结构散架、边(中)梁钢断裂脱落等;还有梳齿板伸缩装置螺母脱落,梳齿上翘、面板脱落等问题的不断出现;此外,《公路桥梁伸缩装置通用技术条件》(JT/T 327—2016)中取消了对伸缩装置外观尺寸等要求,使伸缩装置的质量得不到有效保证,由此引发的安全隐患实例屡见不鲜。


通过对模数式桥梁伸缩装置损坏情况进行专家论证、现场调研和检测分析研究,目前主要的缺陷病害如下:


(1)伸缩装置材质不能满足车辆荷载及车流量正常通行需求,导致装置过早疲劳损坏。


(2)锚固系统不牢固,运营过程中车辆反复冲击导致装置及混凝土损坏。


(3)止水带材质无法满足环境需求,长期暴露在空气中,橡胶的性能发生改变,开始老化开裂;止水带处长期堵塞泥沙、杂物,容易加剧止水带的破损。


(4)结构设计不合理,导致运营过程中支撑横梁脱落致使整个装置损坏。


(5)伸缩装置损坏,使雨水长期侵蚀盖梁和支座,诱发支座早期破坏和盖梁内部钢筋锈蚀。


模数式伸缩装置缺陷还造成了很多不利影响。伸缩装置型钢断裂上翘,会对过往车辆行车产生一定安全隐患;型钢断裂导致后浇带混凝土破损,使得病害扩散;当车辆通过时会加大对主梁的冲击,造成跳车明显,影响行车舒适性;还使得车辆对梁体产生冲击影响,容易造成上部结构其他病害;止水带破损开裂,使路面垃圾、雨水直接落入桥下,造成环境污染及安全隐患;导致伸缩装置损坏频率过高,增加运营成本,造成不利的经济和社会影响。


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同时,在进一步深入了解梳齿板桥梁伸缩装置的结构设计和工程应用情况后,也梳理总结了其主要缺陷病害如下:


(1)因梳齿板下部混凝土在施工过程中振捣不密实,在车辆荷载作用下齿板产生强烈震动甚至直接下沉,从而致使螺帽脱落、螺栓突起。


(2)螺帽松动脱落导致垃圾直接堵塞梳齿下部,致使梳齿上翘,甚至产生梳齿折断。


(3)伸缩装置锚固系统和模块化的不合理结构,最终导致梳齿板整板脱落;加快了伸缩装置各部件损坏的频率。


梳齿板伸缩装置缺陷造成的不利影响包括:螺帽松动脱落、螺杆突起、梳齿上翘及梳齿板整板脱落,给过往车辆行车带来严重的安全隐患,轮胎被扎爆或行车路线受阻所导致的交通安全事故频发,而且行车舒适性极差;伸缩装置锚固系统和模块化结构的薄弱,加快了装置整体损坏频率;伸缩装置频繁更换维修,影响通车运营,增加运营成本。


随着我国桥梁技术的不断发展,桥梁跨度和桥面宽度的不断增加和建设环境的影响,梁端间的变形呈现多方向、多角度,且变形量随累计急剧增大,对伸缩装置的多向变位功能呈现迫切的市场需要。


目前,市场上有大量伸缩装置宣传具有多向变位功能,通过对产品结构设计的研究和实际工程运用情况的分析总结,发现梳齿板伸缩装置的多向变位是个伪命题,噱头大于实际应用情况。


例如:某款产品主要由跨缝板、固定梳齿板、U 型螺栓、螺帽、箱体内设转轴或其他部件、导水结构等组成。安装 U 型螺栓下部时和桥梁预埋钢筋连接,上部用螺帽固定住梳齿板,上下都采用钢性牢固连接,这样必然导致箱内用于要实现多向变位的转轴等部件没有了工作空间,最终无法实现多向变位;箱体周围被混凝土包裹住,失去了活动量,自然就成为了一种摆设,没有实际用处。为此,通过大量的市场调研后,证明在实际的工程应用中也无法实现多向变位功能,240 型以下的产品变位功能通过齿间空隙完成,任何形式的伸缩装置都能实现。


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实现技术多重突破


如何切实解决模数式和梳齿式伸缩装置广泛存在的常见病害与缺陷?


近日,我国重要的钢铁工业基地、全国最大的稀土生产和科研基地包钢集团生产的桥梁伸缩装置用 π 型钢首次面世,填补了世界高速公路伸缩装置领域异型钢空白。通过现场走访,发现以该种 π 型钢为原材料的一种颠覆传统伸缩装置——加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置问世,并获得了良好的市场口碑和一定的市场占有率。


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据悉,加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置从耐久性、减振降噪及行车舒适性、免维护性能、防水性能等几大方面,对桥梁伸缩装置进行了创新性性能提升,解决了目前行业内传统梳齿式及模数式伸缩装置易损坏的技术难题,实现了六大技术突破,大大降低了全寿命周期内的运营成本,社会与经济效益明显。


技术突破一:异型钢生产方面


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首先,从原材料上看,伸缩装置用 π 型钢采用了抗腐蚀性、耐磨性、抗冲击、抗拉拔和耐久性更好的稀土钢原材料,填补了世界高速公路伸缩装置领域特殊异型钢空白。


技术突破二:结构耐久性方面


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加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置是伸缩装置整体一次成型及榫卯结构的实际应用,解决了传统梳齿式伸缩装置螺栓易松动脱落、梳齿板易损坏的难题。锚固板为整体加强型,代替了以往的锚固钢筋可直接与预埋钢筋连接,减少焊接造成的应力损失,有效提升了伸缩装置整体安全与耐久性能,降低了全寿命周期内的运营成本。


技术突破三:减振降噪性能方面


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经过研发,加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置研发了新型减振组件,齿与齿的根部做了消音技术处理,可以极大减少由于冲击荷载而产生的伸缩装置振动,并且消减了由自身振动而产生的噪音。支撑牛腿及减振组件大大提高了骑缝梳齿式伸缩装置的耐久性能,不仅降低了行车噪音,同时避免了传统梳齿式伸缩装置梳齿易上翘、折断的问题。在齿的根部设计气流导槽,还可以防止车辆行驶过程中由于挤压空气形成的爆破声音。


技术突破四:止水、排水性能方面


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加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置还能够使止水带处于齿板下部,免受日光照射和桥面水的腐蚀,选用帆布橡胶,采用三元乙丙橡胶材质。其优点是耐寒、耐高温、抗老化程度好,可有效延长止水带的寿命周期。而增设的滑动不锈钢板组件,在提高伸缩装置伸缩性能基础上能够隔断桥面杂尘对止水带造成的损坏影响。


技术突破五:免维护功能方面


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由于加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置做了梯形技术处理,高效解决了自清理免维护的问题。


技术优势六:施工便利性方面


加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置采用装配式分段施工或整体吊装施工,施工简便,既能减少施工周期,同时在维修项目上可减少对交通的影响。


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由上可知,加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置通过最大程度减少各个部件的受力强度和整体受力强度,促使模数式与梳齿式伸缩装置实现完美结合,从根本上解决了模数式和梳齿式伸缩装置广泛存在的十多种常见病害与缺陷。


据悉,加强锚固型整体梳齿式桥梁伸缩装置的应用效果获得部、省、行业的多方认可和积极推广,正在以十五年质保的承诺,颠覆行业内对桥梁伸缩装置只有两三年使用年限的固化思想,推动桥梁伸缩装置发展进步,为打造更多优质工程、品质工程添砖加瓦,积极为我国从交通大国迈向交通强国贡献力量。


文章来源:交通建设与管理

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