桥梁钢制梳形板伸缩装置的应用
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摘要：日本是地震多发的国家，钢制桥梁很多, 钢制梳形板伸缩装置在中小桥梁上（伸缩量100mm～200mm）应用非常广泛。下面以长泽橋伸缩装置为例，浅析一下钢制梳形板伸缩装置在桥梁上的应用。
关键词：日本桥梁 伸缩装置
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
1. 设计条件
桥梁形式：钢上路桥下部构造：混凝土桥台 伸缩桁长：L=95.190
桁端部游间：SB=310 mm轮载荷荷重：100 kN 冲击系数：i=1.00
温度变化：-30℃～50℃ 基准温度：10℃ 主桁间隔：5.600 m
地震时移动量：±95.0 mm 混凝土强度：PC床版 36 N/mm2 床版厚：310 mm
2. 梳形板长的计算
伸缩桁长L=95.190 m
梳形板的最小游间(最高温度时b) bmin=25 mm
梳形板的最小搭接長(最低温度时c) cmin=30 mm
(1) 伸缩量的计算
温度时 ΔLt=82.0 mm地震时 ΔLe=95.0×2=190 mmΔLt=Max(ΔLt , ΔLe )=190 mm
(2) 梳形板齿长的计算
L0=ΔL+bmin+cmin+E=190+25+30+15=260 mm
3. 腹板游间的计算
b=ΔL/2+bmin=190/2+25=120 mma15=L0+b+E=260+120+15=395 mm
4. 梳形板断面的计算
从耐疲劳，耐冲击，防变形等方面考虑，规定梳形板齿最小板厚32mm。
・荷重和冲击系数
轮荷重 Pr=100 kN冲击系数i=1.00
・弯矩
荷重作用位置在梳形板齿的端部，左右的梳形板平均分担。
弯矩M=1/2×Pr×(1+i) ×L0= 1/2×100×(1+1) ×0.26=26.00 kN・m
・梳形板齿的断面
梳形板的抵抗幅
梳形板的抵抗幅按照片持板计算B=500×(90-40)/90=500×50/90=277.8 mm
梳形板齿的板厚
梳形板齿材料采用SM400C許容応力度σa=125 N/mm2
t1=√((6×M)/(B×σa))=(6×26×106)/(277.8×125)=67.0368 mm
5. 混凝土床版部锚固钢板的计算
通过上部定着板，锚固钢板，锚固铁筋的综合作用，可以使伸缩装置和混凝土床版以及桥台紧密连接，不容易产生裂纹缺陷。规定锚固钢板最小厚12mm，标准间隔300mm，标准孔径D=65mm 。
5.1 锚固钢板的计算
（1）作用弯矩
P=100 kNL0=260 mmB=200 mm
L=L0+B-15=260+200-15=445 mm
M0=P/2×(1+i)×L= 100/2×(1+1) ×0.445=44.5 kN・m
M0:轮载荷作用的弯矩P:轮载荷荷重L0:梳形板齿长B:箱形断面幅
（2）作用应力
n=15 b=870mm T=26mm(t=13mm) du=323mm dl=63mm
x=-n・T・(du-dl)/b+{[(n・T・(du-dl)/b)]2+ n・T・(du2-dl2)/b)}1/2
=-15×26×(323-63)/870+{[(15×26×(323-63)/870)]2+ 15×26×(3232-632)/870)}1/2
=125 mm
Wc=b・x2/3+ n・T・(x-dl)3/(3・x)+ n・T・(du-x)3/(3・x)
= 870×1252/3+ 15×26×(125-63)3/(3×125)+15×26×(323-125)3/(3×125)
=12851999 m3
Wsu=Wc・x/[n・(du-x)]= 12851999×125/[15×(323-125)]=540909 mm3
σc=M0/Wc=44500000/12851999=3.5 N/mm2＜σa=15 N/mm2OK
σsu=M0/Wsu=44500000/540909=82.3 N/mm2＜σa=140 N/mm2OK
x:中立轴位置n:弹性系数比b:混凝土断面幅T: 锚固钢板合计板厚
Du,dl:有效高 Wc,Wsu:混凝土，锚固钢板断面系数 σc,σsu: 混凝土，锚固钢板的应力度
5.2锚固钢板孔径
t=13mm D=65mm≤8・t=8×13=104mmOK
t: 锚固钢板板厚 D: 锚固钢板孔径(标准孔径65mm)
5.3 锚固钢板孔间隔
p=130mm≥D+(0.63・D2・σc)/( σy・t)= 65+(0.63×652×36)/( 235×13)=96mmOK
p: 锚固钢板孔间隔 σc: 混凝土的压缩强度σc=36 N/mm2 σy: 锚固钢板的降伏强度(SM400)
5.4 锚固钢板孔的必要孔数
Qa=0.3・D2・σc=0.3×652×36=45630 N/个 dl=258mm hr=130mm
Wsl=Wc・x/[n・(dl-x)]=12851999×125/[15×(258-125)]=805263 mm3
σsl=M0/Wsl= 44500000/805263=55.3 N/mm2
N=σsl・t・hr/Qa=55.3×13×130/45630=2.05 3个/段
Qa: 1个孔的许容剪断力 d1: 锚固钢板最上段孔的有效高 hr: 1段孔的锚固钢板高
Wsl: 锚固钢板最上段孔的断面系数 σsl: 锚固钢板最上段孔的应力度
5.5 锚固钢板孔断面照查
d2=128 mm
Wc'=Wc-n・T・D・[(d1-x)2+(d2-x)2]/x=12851999-15×26×65×[(258-125)2+(128-125)2]/125
=9262845 mm3
Wsu'=Wc'・x/[n・(du-x)]=9262845×125 / [15×(323-125)]=389850 mm3
σsu'=Wsu/Wsu'・σsu=540909/389850×82.3=114.2 N/mm2＜σa=140 N/mm2OK
d2: 锚固钢板第2段孔的有效高 Wc': 孔引后的混凝土的断面系数
Wsu': 孔引后的锚固钢板上端位置的断面系数 σsu': 孔引后的锚固钢板上端位置的应力度
6. 锚固铁筋的计算
规定锚固铁筋标准形状D25×300mm，锚固钢板之间设置4个。
6.1 有效幅
Bw=500 mm B=200 mm
λ= Bw+2・(B-15)= 500+2×(200-15)=870 mm λ:有效幅 Bw:轮带幅 B:箱型受台
6.2 有效个数
锚固铁筋个数 na=10个 锚固钢板个数nh=3个
6.3 锚固铁筋的许容剪断力
d=25 mm Ha=350 mm Ha/d=350/25=14>5.5OK
σck=36 N/mm2 Qa=9.4・d2・σck1/2=9.4×252・361/2=35250 N
Ha: 锚固铁筋的长度>350 mm d: 锚固铁筋的直径=25 mm σck: 混凝土的压缩强度
6.4 1个锚固铁筋的剪断力
P=100 kN i=1.00
S=[P・(1+i)/2]/(na+nh)=[100000・(1+1.00)/2]/(10+3)=7692 N
结语
从日本道路公团的调查看，1977年以后通过规定梳形板最小厚32mm，腹板最小厚22mm，锚固钢板最大间隔300mm以来，钢制梳形板变形，焊接部疲劳损伤，锚固铁筋部混凝土裂纹得到了很大改善，伸缩装置损伤事例很少。我国目前采用的伸缩装置形式种类虽然很多，但由于构造特点，车辆超载以及维护不及时，伸缩装置损伤事例很多。钢制梳形板伸缩装置具有耐冲击，耐疲劳，易维修等特点，在我国得到广泛应用值得期待。
参考文献
[1]日本道路协会道路桥示方书同解说日本(平成14年3月)
[2]日本道路公团伸缩设计指针日本(平成15年2月)