毛勒伸缩缝工作原理及设计施工

毛勒伸缩缝工作原理及设计施工

赵雪云

【东南大学 南京210018】

摘要：毛勒伸缩缝是一种钢-橡胶组合型桥梁伸缩缝，具有安全传递载荷、密封防水性良好、伸缩自如、施工安装简便等特点，是目前国际上先进的桥梁伸缩装置。沪宁高速公路江苏段有126座总跨长在40m以上的桥梁采用了这种伸缩缝，收到了十分良好的效果。本文介绍了毛勒伸缩缝的结构和工作原理，并结合沪宁高速公路江苏段的建设经验，介绍了毛勒伸缩缝的设计与施工工艺。 关键词：桥梁 毛勒伸缩缝

1 前言

在桥梁结构设计中，通常在桥的两梁端之间、在梁端与桥台之间设置伸缩缝。当桥面因气温变化产生膨胀和收缩而引起纵向变形，或者在车辆荷载作用下而发生纵向位移时，通过伸缩缝的自由伸缩保证桥面与路面衔接良好。一种良好的伸缩缝应能满足下列要求：在平行和垂直于桥梁轴线的两个方向上均能自由伸缩；车辆驶过时无突跳和噪声；能防止雨水和垃圾渗入引起堵塞；施工和养护方便。

伸缩缝是桥梁结构的薄弱位置，是承受最大动力载荷的附件，桥面很小的不平整就会使它承受很大的冲击力，极易造成伸缩缝损坏。因此对于伸缩缝的设计和施工应予以高度重视。

沪宁高速公路江苏段沿线地处长江三角洲河网平原地区，河流、湖泊密集，水陆交通发达。为满足高速公路与其它公路、铁路立体交叉和通航、排洪要求，在沪宁高速公路江苏段248.21km共建有桥梁431座，其中总跨长在40m以上的大、中桥有126座。这126座桥梁采用的伸缩缝，是由德国毛勒·索尼公司和江苏毛勒桥梁附件有限公司生产的毛勒伸缩缝。

2 毛勒伸缩缝的结构

毛勒伸缩缝是一种钢—橡胶组合型伸缩缝。其结构如图1所示，由以下各部分组成：支撑部件由边钢梁(1)、中心钢梁(2)、连接件(3)及支撑横梁(4)组成；支承部件由金属滑板(5)、滑动弹簧(6)、滑动支座(7)组成；控制系统为控制弹簧(8)；密封橡胶条(9)作为密封件；锚固部件由锚环及锚板(10)和锚栓(11)组成。此外还有支撑箱(12)。

图1 毛勒伸缩缝结构图

3 毛勒伸缩缝工作原理

毛勒伸缩缝采用刚性连接，传力可靠；机械密封，防水性能好；其弹性支承能消音减震；两条钢梁之间采用鸟形橡胶条实现伸缩功能，伸缩自如。主要结构材料均具有耐磨、耐腐蚀和抗老化性能，使用寿命长久。下面仅对其传递荷载、密封可靠性和调整等间距这三个作用加以分析。 3.1 传递荷载

图2 中心梁荷载传递示意

图3 边梁荷载传递示意图

图2为毛勒伸缩缝中心梁荷载传递示意图。作用在中心梁上的车轮荷载有垂直力V、水平力H及偏心荷载产生的弯矩M。由于每条中心梁均通过连接件刚性焊接在指定的支撑横梁上，所以，上述荷载均可通过连接件传递到支撑横梁。作用在支撑横梁上的力通过支承部件中的滑动支座及滑动弹簧传递给支撑箱及边梁，再通过锚固部件传递到结构实体。

水平力中的一部分则直接由支撑横梁传递给控制弹簧。

图3为边梁上的荷载在锚环、锚板中传递示意图。边梁通过锚环、锚板与桥梁实体上的预埋钢筋焊在一起，使边梁与桥梁结构达到牢固地连接。因此，作用在边梁上的荷载和中心梁传递的荷载均可通过锚固部件有效地传递到桥台或桥梁上部结构。由此可见，毛勒伸缩缝通过刚性连接可以实现车辆荷载的安全传递。

3.2 密封可靠性

毛勒伸缩缝的鸟形密封橡胶条的端部呈球状，安装时需利用特殊的工具将其强制性地嵌牢在钢梁槽口爪脚内。受到荷载作用时，橡胶条不会脱落和跳出，密封防水性好。橡胶条材料为氯丁橡胶，强度高、伸长率大、抗撕裂性良好，并具有耐油、耐酸碱和耐燃的特点。据资料介绍，这种橡胶条使用寿命可达15～20年，即使损环，也可在无需完全封闭交通的条件下进行更换。 3.3 控制弹簧调整成等间距

毛勒伸缩缝单根密封橡胶条的允许工作宽度为80mm。为了能承受大位移量，在结构上采用数根橡胶条组合的方式，并通过控制弹簧来调整橡胶条的工作间距在允许值内。

现以由3根橡胶条组合的毛勒伸缩缝为例说明弹簧的调整作用，见图4。起始时，每个控制弹簧的预压力和长度均必须调整到相同的数值，保证两钢梁间的距离相等，系统平衡。当上部结构产生纵向变形导致钢梁间距改变时，弹簧产生一个微小的位移△S和附加力△F，此力使支撑横梁产生一个位移，并带动与其刚性连接的中心梁一起移动。最终使弹簧达到一个新的平衡状态。此时各弹簧上所受的压力由F1变为F2(=F1+△F/3)，弹簧长度由｛１变为｛２（＝｛１－△Ｓ／３）从而使两钢梁间又处于新的等间距状态。这种等间距的调整作用完全由控制弹簧来完成。

图4 等间距工作原理

当伸缩缝开启到最大时，密封橡胶条被拉直，控制弹簧被压缩，受到最大压力，但仍在允许的压缩范围之内。当伸缩缝闭合时，控制弹簧处于完全松弛状态。 控制弹簧由闭孔聚氨酯泡沫塑料制成。这种材料有良好的抗震和抗冲击能力，具有很大的压缩性，压缩变形可达80%。

4 毛勒伸缩缝的设计

4.1 选型

毛勒伸缩缝已形成系列型号产品，其型号以80为倍率，例如D80、D160、D240……等。每种型号的毛勒伸缩缝在垂直接缝方向的最大允许伸缩量为80Nmm；平行于接缝方向的最大允许变形量为±40Nmm(N为每种型号所含橡胶条数)。

对于正交桥，选择毛勒伸缩缝型号只要其最大伸缩量能满足设计中的计算伸缩量即可。

对于斜桥，则必须把运动方向的计算伸缩量△L分解为垂直于缝中心线方向和平行于缝中心线方向的两个变形矢量△Lr和△Lp。此时，所选择的毛勒伸缩缝在垂直和平行两个方向的允许变形量必须同时满足△Lr和△Lp的要求。

4.2 预留槽口、预埋钢筋 桥梁设计时，一定要在设置毛勒伸缩缝处的梁(板)端或台背上预留槽口和预埋钢筋(各型号毛勒伸缩缝的槽口尺寸均可见产品说明书)。预埋钢筋采用16mm光圆钢筋，不得使用螺纹钢筋。钢筋间距为200mm，其布置方向，对桥台应垂直于背墙，对桥面系应平行于行车方向。

设计预应力梁时，必须注意封锚端留有足够长度，切忌锚具侵占槽口空间。 对具有翼缘板的上部结构(如T梁、箱梁)，梁端翼缘板厚度除满足槽口深度要求外，还须保证一定厚度的混凝土，做为现浇槽口混凝土的底模。 4.3 梁与梁(台)的间隙 为保证上部结构的伸缩，在设缝处梁(板)与梁(板)之间，梁(板)与桥台之间应留有足够间隙，尺寸由安装温度和伸缩量来确定。对于D80毛勒伸缩缝，预留间隙最小为50mm。

5 毛勒伸缩缝的施工安装工艺

毛勒伸缩缝施工安装质量的好坏直接影响其使用寿命及路面的平整度，为此必须严格按照正确的施工工艺进行安装。

5.1 先摊铺路面后装缝

为保证路面良好的平整度，应该先摊铺路面，然后开槽安装伸缩缝。摊铺路面之前，必须首先清理预留间隙并嵌填泡沫板，再用砂袋或级配砂石袋填实槽口。回填标高以控制沥青不会污染预埋钢筋为宜，目的在于防止摊铺设备压坏预埋钢筋，便于路面连续摊铺。

5.2 切缝、清槽

按预留的槽口宽度用切缝机对路面的油面层进行切缝。切缝时应注意保持路面切口完好，无啃边现象。切缝后及时清除槽内沥青混凝土及填料，凿毛槽口内混凝土表面。这一系列工序非常重要，它将影响混凝土的浇筑质量。

5.3 就位安装

下缝前应认真检查槽内预埋钢筋，若发现裂缝或折断，位置不当或间隙过大，必须采取补救措施。要保证沿缝方向每米范围内至少有1根预埋钢筋与毛勒伸缩缝的锚环牢固焊接。

应该认真检查毛勒伸缩缝质量，若发现变形或两钢梁间距不一致时，应进行修整。必要时，还应根据安装时的环境温度调整毛勒伸缩缝的钢梁间距。 应将毛勒伸缩缝缓缓放入槽内，使缝中心线与实际预留缝中心线相重合，偏差不得超过10mm，同时使钢边梁内边保持垂直。 毛勒伸缩缝就位后，应根据纵、横坡和标高调整其钢梁顶面比相邻沥青混凝土路面低1～2mm，不得超出路面标高。

5.4 焊接

先点焊部分预埋钢筋和锚环钢筋，临时固定其位置。经检查符合质量要求后方可将锚环钢筋与预埋钢筋焊牢，之后，即可拆除毛勒伸缩缝的装配夹具。

5.5 立模、浇混凝土 立模应注意模板密封，切忌水泥浆漏入支撑箱，影响支承部件和控制系统的正常工作。浇筑混凝土之前，在锚环内应插入一定数量纵向钢筋；在钢边梁水平肢上加铺一层钢筋网；在支撑箱底板上设置双层防震钢网。应采用低收缩、快硬、早强混凝土，其标号不得低于上部结构混凝土标号。特别注意锚板、锚环及横梁支撑箱下面的混凝土密实。

在混凝土养护期内，禁止一切车辆通行。

6 几点建议

根据沪宁高速公路江苏段安装毛勒伸缩缝的实际经验，提出以下几点建议，供参考。

6.1 建议取消D80型毛勒伸缩缝钢边梁的水平肢，将锚固部件提高，以减薄槽口深度和取消安装时设在边梁水平肢上的钢筋网。

6.2 建议仅在毛勒伸缩缝钢梁表面喷环氧富锌漆。与混凝土直接接触的边钢梁侧面和锚固部件不要喷漆。

6.3 在边钢梁外侧与混凝土接触处预留3×3cm的封缝槽，并及时在其中灌填弹塑性混合材料，可增加抗冲击荷载的能力。

7 结束语

以上是我们在沪宁高速公路江苏段建设中使用毛勒伸缩缝的几点体会。毛勒伸缩缝施工安装简便，伸缩缝收缩自如，行车舒适无突跳感，能够满足车辆高速行驶的要求，是目前一种先进的桥梁伸缩缝装置。沪宁高速公路江苏段采用这项新技术，收到了十分良好的效果。

6 几点建议

根据沪宁高速公路江苏段安装毛勒伸缩缝的实际经验，提出以下几点建议，供参考。

6.1 建议取消D80型毛勒伸缩缝钢边梁的水平肢，将锚固部件提高，以减薄槽口深度和取消安装时设在边梁水平肢上的钢筋网。

6.2 建议仅在毛勒伸缩缝钢梁表面喷环氧富锌漆。与混凝土直接接触的边钢梁侧面和锚固部件不要喷漆。

6.3 在边钢梁外侧与混凝土接触处预留3×3cm的封缝槽，并及时在其中灌填弹塑性混合材料，可增加抗冲击荷载的能力。

7 结束语

以上是我们在沪宁高速公路江苏段建设中使用毛勒伸缩缝的几点体会。毛勒伸缩缝施工安装简便，伸缩缝收缩自如，行车舒适无突跳感，能够满足车辆高速行驶的要求，是目前一种先进的桥梁伸缩缝装置。沪宁高速公路江苏段采用这项新技术，收到了十分良好的效果。

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