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1、伸缩缝装置专题讨论,2012年4月,南京市纬一路快速化改造工程纬一路隧道,一.简介,二.TST无缝式伸缩缝,三.毛勒式伸缩缝,四.综合对比,九十年代我国对桥涵伸缩缝使用性能调查的结果表明，除毛勒缝外，现有桥涵伸缩缝完好的使用年限较短，一般只有23年，较长的也只有56年，破损率高达80，因而造成伸缩缝的不断维修，直接经济损失很大，养护及修复时因中断交通而带来的间接经济损失和社会影响更大了。据调查，90%以上的伸缩缝都是从新旧界面处开始开裂、损坏。同时由于材料质量、安装工艺等原因，难以保证行车的平稳和舒适。目前在国内公路桥涵上所用的伸缩装置品种繁多，总的来说，按材料分类，可分为橡胶伸缩缝，型钢伸缩
2、缝，钢梳齿伸缩缝以及无缝伸缩缝；按变形量大小分，则有大位移量伸缩缝(伸缩量L100mm)，中位移量伸缩缝(L=50100mm)及小位移量伸缩缝(L50mm)。,一、伸缩缝简介,伸缩装置基本要求：,能适应结构温度变化、混凝土收缩徐变引起的伸缩能适应结构由各种作用引起的变位车辆行驶舒适性能良好 构造简单，施工、维护容易具有良好的整体性、高刚度和耐久性 具有良好的防水性、排水性和排污性,在南京内环的部分工程中使用了下述无缝式伸缩装置。是仿“TST无缝伸缩缝”型式，属于暗缝，其原理是用折型钢板跨越伸缩缝，钢板内填充碎石，外侧进行普通铺装，变形能力小于50mm，且变形主要由折型钢板完成，但变形引起的竖向
3、位移较小，对路面的平整性影响亦小。铺装后同路面接合平顺，无缝隙接口，施工简便灵活，开放交通迅速，防水性好。构造图如下：,此伸缩装置在设计上具有相当的合理性。但到目前为止，由于施工不能完整实现设计的要求，这种伸缩装置存在许多不足，实际应用情况不是很理想，大多已经破坏，且使用的时间跟设计年限相差甚远。因此在纬一路隧道中，不采用此伸缩装置。下面重点对TST无缝式伸缩缝和毛勒式伸缩缝进行比较，综合各项指标选出适合本工程的伸缩缝装置。,1、简介,TST无缝式伸缩缝是一种改性沥青填充式无缝伸缩缝，是七十年代由英国发展起来的一种伸缩缝。它的基本作法是将接缝上面一窄条范围的路面铺装层替换为一种高弹性的特殊沥青
4、混合料，这条高弹性特种沥青与石料的混合物可以吸收由于温度和交通负荷作用产生的桥面板位移，而保证表层不会开裂损坏。TST无缝伸缩粘接料能够同时兼顾高温和低温、渗透和粘性这些对立的性能要求，不仅适用于温度单一地区，而且适用于温差较大的地区。通常在零下-40时桥面不会变脆，在夏季高温达80时不会流。,二、TST无缝式伸缩缝,TST弹塑体伸缩缝由四个基本要素组成：粘结料、滑料、T型搭接钢板和填塞料，其技术的关键在于混合料的中粘结料。工作原理：将专用特制的弹塑体主料RS橡胶加热熔溶后，灌入经加热的碎石中，形成TST接缝弹塑体。碎石支持车辆荷载，TST-Z专用粘合剂保证界面强度。,2、设计原则,下图所示为
5、安装在结构上的TST伸缩装置，假设此伸缩体在年平均温度下，宽度为B，高为H，伸缩体的伸缩量B，H的最大变化量为H。,a)年平均中间温度,b)夏天高温时,c)冬天低温时,由TST及碎石组成的伸缩装置，在伸缩过程中其体积几乎不可压缩，根据这一原理可以得到：,一般情况下，a介于1.11.5之间，4mm的高差对行车的平稳性不会有太大的影响，如果取H=4mm，另外，根据现行桥涵铺装层的厚度（60-120mm），取H=80mm,则 B=（1318）B,从理论上讲，伸缩量可以适应任何值，但实际上考虑到B取值越大，伸缩体B值将越大，同时，结构中跨缝板的设计也将越复杂，成本将急剧增加，从实际情况出发，伸缩变化和
6、高度变化不是一种线性关系，因而这种装置只适合于伸缩量小于50mm以下的伸缩缝上。,3、特性分析,优点：TST弹塑体直接平铺在接缝处连续，路面平整无缝，行车平稳、舒适、无噪音、振动小，且具有便于维护和清扫构造简单，不需装设专门的伸缩构件和在梁端预埋锚固钢筋，无缝伸缩缝粘接料安装后两个小时即可开放交通这种弹性接缝能吸收各方面的变形和振动，且阻尼性高，可满足纵横竖三个方向的伸缩和变形 更换维修伸缩缝时，可半边施工，对交通繁忙路段不中断交通造价低、耐用、养护更换少，经济效益和社会效益显著,缺点：仅适用于小变形量（变形量小于60mm）的桥涵 施工时对自然环境要求高，风速不大于三级，温度不低于10 施工工
7、艺复杂，对弹塑体性能要求很高 回填区弹塑体材料容易因涨缩而凸凹，影响行车舒适性,4、国内外发展概况,近几年来，国内一些科研单位和生产厂家也在开发和引进桥涵伸缩装置，特别是一些高速公路上大量使用的新式无缝式伸缩装置，它的结构组成与TST伸缩缝相同，只是填充料有所改进。其填充料是由多种高分子聚合物组成的热塑弹性体，具有很强的粘结性和较高的阻尼性，能与多种桥面材质（沥青混凝土、钢、水泥混凝土）粘结良好。,国外应用这种由弹塑体和碎石组成的伸缩装置早见于80年代，在欧美及东南亚已广泛应用。同时新家坡开发应用的美佳弹性体中小伸缩缝，科宁公司的路封桥涵伸缩缝密封胶、美国的万宝暗埋式桥涵伸缩装置、美国D.S布
8、郎公司的弹塑体填充式伸缩缝、韩国路保公司生产的桥涵中小伸缩缝密封胶等等也已成功应用。国外这些的一些弹塑体材料价格昂贵，致使伸缩装置造价上升。另外在施工上，施工工艺复杂，施工难度大。,5、TST伸缩缝破坏分析,由前面的分析可知，TST无缝式伸缩缝在设计方面是合理的，但在实际的应用中常出现破损，且使用时间也远小于设计使用年限，根据国外报道和国内近几年使用TST弹塑体伸缩装置所出现的问题归纳如下：,弹塑体伸缩装置产生裂缝；一般分布在跨缝板边缘相对应的顶面；跨缝板中心相对应的顶面；车行方向的裂缝。第一种位置的裂缝是刚性跨缝板易产生裂缝的位置，第二种位置的裂缝是柔性跨 缝板易产生裂缝的位置，第三种位置的
9、裂缝可能的原因是分车道换缝施工中衔接处理不当所造成的,弹塑体伸缩装置表面出现明显的车辙,多发生在重载高密度交通的情况下，重载车轮长期接连不断地反复作用，使弹塑体的弹性不能恢复而产生破坏弹塑体伸缩装置表面产生搓板或局部剥落，前者可能的原因是粘结料过量，后者可能产生的原因在于施工不当造成的 弹塑体伸缩装置粘结料和骨料局部的脱落或大块的剥离。分析产生的原因有：粘结料性能达不到要求，或施工操作严重失误,破坏原因：,TST与石子的拌和不均匀、碾压不密实，导致TST伸缩缝的整体强度不够，在行车作用下被推挤、碾压而错动，以致最终被破损 跨缝钢板未座平，在行车作用下，跨缝钢板反复翘曲而破损伸缩缝结构粘合剂涂刷
10、效果差，导致TST伸缩缝被拉伸时与桥面铺装层(或路面结构层)脱开后形成缝槽而未能发挥TST伸缩的可延性 梁台实际间隙宽度与图纸设计值存在较大差距(一般超过设计值)，造成跨缝钢板支垫宽度过大，在行车作用下反复弯曲，导致TST伸缩缝反复承受过大的弯拉应力而破损，且伴有疲劳破损,钢垫板设计厚度偏薄，在行车作用下弯曲变形严重，导致TST伸缩缝反复承受弯拉应力而破损，且伴有疲劳破损TST生产厂家的说明书上表示TST伸缩缝适用于伸缩量在50 mm以下的伸缩缝结构，但实际应用中要打折扣。冬天气温较低的情况下，TST的塑性发挥受到抑制，TST伸缩缝受拉后形成大的裂缝，在行车作用下被破坏TST伸缩缝的缝槽形成后
11、，雨水的浸蚀、冻融等作用加速了TST伸缩缝的破损,从上述问题中可以看出，TST无缝伸缩装置要完成功能要求的关键点是弹塑材料性能和施工工艺。,1、粘结料：是由橡胶、SBS嵌段共聚物、改性沥青、软化剂、增粘剂、抗氧剂组成。主要技术要求为：,2、骨料：主要采用坚硬耐磨的抗冲击性好的粗石料（14-19mm）和细石料（6-10mm），骨料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，主要技术指标为：,弹塑材料要求,3、T型钢板：经过镀锌处理的钢板，分段长度约为1m左右，厚度一般3-6mm，宽度以缝口两侧搭接50mm左右为宜 4、填塞料：密质的泡沫海绵或发泡塑料,1、材料施工工艺要求,施工工艺要求,施工时，TST应在使
12、用前l小时开始加热，加热温度150-210，短时间可达230，保温时间不得超过2小时。将熔溶弹塑体灌入已加热的石料中，TST材料能够完全裹覆于石料表面，具有较强的粘结力，并依靠碎石间的嵌挤锁结作用形成强度桥涵伸缩缝应采用有梭角、嵌挤性好的坚硬石灰岩碎石作为石料，施工用的石子必须清洗，石料在使用前5h加热，温度宜控制在100-150,2、结构施工要求,铺设跨缝钢板前,清理支承面(用砂浆抹平),以保证跨缝钢板支垫平稳，使粘结料与桥面铺装粘结牢固 实际梁台间隙远远大于设计时,跨缝钢板厚度相应加大(增大刚度）足量的TST与石子充分拌和后分层铺筑(夯实)而非“灌缝”粘合剂涂刷要足量、均匀,3、现场施工条
13、件,风力大于三级，温度低于10的天气情况下，不宜施工 一般情况下，施工后13h即可开放交通。如果需要马上开放交通，可用水强制冷却，待接近大气温度时即可开放交通,由上可知，弹塑体伸缩装置的安装工序虽不复杂，但对安装工艺的操作和标准相对其他伸缩装置是严格而又严谨的，稍有不慎，可能造成弹塑体伸缩装置的病害危及寿命。因而没有经过严格培训和具有专用施工设备的安装队伍切不可轻率承担弹塑体伸缩装置的施工安装。,1、简介,毛勒伸缩缝是一种钢橡胶组合型伸缩缝,具有安全传递荷载、密封防水性良好、伸缩自如等特点,是目前国际上先进的伸缩装置。主要5个组成部分：1、支撑部件由边钢梁、中心钢梁、连接件及支撑横梁和支撑箱组
14、成；2、支承部件由金属滑板、滑动弹簧、滑动支座组成；3、控制系统由控制弹簧组成；4、密封止水件由密封橡胶条组成；5、锚固部件由锚环及锚板和锚栓组成。其具有“密封防水”和“刚性锚固”两条最基本的设计原则。,三、毛勒伸缩缝,2、特性分析,优点：伸缩自如，能保证桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变影响下按静力图式自由地变形耐磨性好，橡胶密封带不与车轮接触，与车轮接触的只有耐磨性好、强度高的钢质梁钢质梁的表面被划分成若干小刻痕，防滑性能好 行车舒适、噪音低，轮胎冲击对单缝宽达到80mm基本不产生影响，振动小、噪音低，能保证行车的舒适与安全 连接牢固，钢质梁通过锚固金属板和预埋钢筋与上部结构牢
15、固地连接在一起，保证了接缝部件的运动,缺点：安装工艺复杂，技术要求高 造价高昂，以80mm变形量算，每延米40004500元 维修困难且费用高,3、毛勒缝的应用,毛勒缝是目前国内外普遍认可的伸缩装置，就其型钢及锚固体系的刚度而言，只要材料平直符合要求，结构刚度是没有问题的，结构的伸缩量可以通过单级活多级的伸缩装置的型式加以满足，排水靠胶带安装的严密性解决，其适用效果较好，是大、中型桥涵较常用的伸缩装置，但价格比其他型式高昂，目前国内也在进行大量研制生产，在我国高速公路桥涵上的应用较多。,4、毛勒伸缩缝破坏分析,破坏原因：伸缩缝的设计缺陷，支承横梁的间距较大，没有充分考虑超载车作用施工安装过程中
16、埋下被破坏的隐患 氯丁橡胶条破坏或脱落，吸收梁端变形能力不足 铺装混凝土强度不足，竖向冲击荷载局部过大锚固件与梁体的预埋件连接薄弱锚固区混凝土与路面连接处平整度差钢材其性能没有达到设计要求超载或超重车和反复作用,破坏类型：锚固区混凝土剥离，部分脱落 型钢连接薄弱引起局部沉降，形成高差，出现跳车橡胶带几乎全部开裂，伸缩装置纵梁扭曲,1、优缺点对比,四、综合对比分析,表1 两类伸缩缝优缺点对比表,2、破坏原因及特征分析,表2 两类伸缩缝破损特征及原因对比表,3、经济性分析,综合表1、2考虑伸缩装置的破损，车辆的颠簸状况，行车的舒适性，两侧路面的耐久性，本工程考虑使用埋置式无缝伸缩缝。由表3可以看出
17、，综合投资经济合理性，选择TST无缝式伸缩缝为本工程的伸缩装置。,表3 经济分析对比表（80mm伸缩量）,附一,无缝伸缩缝：英国、美国用一种六边形的金属网格代替路基材料，直接承受、传递竖向荷载，又可吸收一定的变形。下图为英国、美国的一种做法。,左图中1为橡胶渡板，承接上部荷重，在两端设有空室和开口以适应梁的伸缩。2是橡胶止水带。3是粘在梁体上的铝制减摩板。4是光面铝板。5是金属网，其上做桥面铺装。,附二,以往对伸缩装置两边的连续段一般采用高标号混凝土座位接缝过渡段，但混凝土抗拉强度低，容易出现裂缝，锚固性能差，在车辆反复冲击下混凝土容易破碎并剥离形成坑槽。现在一般采用环氧树脂混凝土和钢纤维混凝土。环氧树脂混凝土强度高、抗渗、抗冻性能好几良好的耐磨、抗冲击性能，但环氧树脂混凝土造价高且施工工艺复杂，施工要求严格，施工操作不当易出现裂缝等情况。钢纤维混凝土是国际上一项新技术，目前已在我国公路路面等部分工程中试用。其抗拉强度、抗压强度及抗冲击性和耐磨性等指标均较好且造价仅为环氧树脂混凝土的1/15，因此，建议在伸缩缝连接段采用钢纤维混凝土进行浇注是较为理想的。,http:/,感谢你的关注,
