在國內(nèi)高速公路建設(shè)中，模數(shù)式伸縮縫占據(jù)伸縮縫用量的絕大多數(shù)，從伸縮量大小看，伸縮量在80~480 mm之間的各規(guī)格用量最大，占主導(dǎo)地位，按照行業(yè)觀點(diǎn)及產(chǎn)品規(guī)格的確定方法，每80 mm為一個(gè)模數(shù)單位，伸縮量在80 mm以下的伸縮縫為單縫，伸縮量在160 mm以上為多縫，D160型伸縮縫有一根中梁相對應(yīng)有一根支撐梁，以此每增加一個(gè)模數(shù)單元就會(huì)增加一根中梁和一根支撐梁，且這些支撐梁成一排布置，故稱這種結(jié)構(gòu)為排梁式結(jié)構(gòu)，由于其使用量大，出現(xiàn)的問題也較多，但損壞的形式基本一致。通過觀察分析，除混凝土破損外，中梁斷裂是較為嚴(yán)重的一種損壞方式，其表現(xiàn)形式可分為早期、中期、晚期三個(gè)階段，早期從中梁抖動(dòng)開始，發(fā)展為中梁表面出現(xiàn)斷裂裂紋，中期表現(xiàn)為中梁斷裂，晚期表現(xiàn)為中梁斷為數(shù)節(jié)且脫落。
2、斷裂的發(fā)展過程
伸縮縫因加工質(zhì)量及安裝質(zhì)量缺陷，一般在通車后1~2年時(shí)間內(nèi)就會(huì)表現(xiàn)出來，因此，對于公路管養(yǎng)部門和伸縮縫施工企業(yè)在2年內(nèi)定期巡檢是非常重要的一件事情，現(xiàn)實(shí)中由于缺少定期巡檢而使整道伸縮縫完全損壞需要更換的事實(shí)屢見不鮮，一方面是由于伸縮縫早期病害的不易發(fā)現(xiàn)和缺少專業(yè)的診斷知識(shí)，另一方面公路巡檢范圍偏離或次數(shù)偏少，待發(fā)現(xiàn)問題時(shí)已經(jīng)到了中晚期，通過努力，我們發(fā)現(xiàn)中梁斷裂的發(fā)展過程大致如下。
2.1、中梁振動(dòng)異常
正常的伸縮縫當(dāng)車輛通過時(shí)，會(huì)發(fā)出輪胎敲擊鋼梁時(shí)輕微聲音，車輛通過后，中梁無明顯抖動(dòng)現(xiàn)象，若人腳站在中梁表面不會(huì)感覺到中梁跳動(dòng)，早期損壞首先表現(xiàn)為中梁在車輛通過時(shí)發(fā)生抖動(dòng)，這種抖動(dòng)在人腳站在上面時(shí)感覺明顯，聲音異常而大，對于有多根中梁的伸縮縫，可根據(jù)車輛通過時(shí)每根梁的聲音及有無抖動(dòng)進(jìn)行分析判斷，若發(fā)現(xiàn)中梁有異常，應(yīng)及時(shí)維修。
2.2、中梁上表面出現(xiàn)裂紋、斷裂
中梁抖動(dòng)現(xiàn)象若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)維修，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)，中梁上表面形成斷面裂紋，在車輛載荷的反復(fù)沖擊作用下，會(huì)在此裂紋處形成應(yīng)力集中繼而形成貫穿性裂縫，通過觀察發(fā)現(xiàn)，該裂縫位置都出現(xiàn)在支撐梁與中梁連接斷面處，斷裂面較為齊整，但有較為明顯的剪切撕裂痕跡。
2.3、中梁斷裂為多段
中梁一旦斷裂后，斷裂處就變成了兩段分別為一端簡支的梁，中梁的受力體系發(fā)生變化，承載力下降，兩段一端簡支的梁會(huì)在支點(diǎn)斷面處產(chǎn)生至少兩倍的剪切應(yīng)力，且變形撓度增大，一方面會(huì)使簡支處快速斷裂，另一方面改變了下一支撐體的受力狀態(tài)，造成支撐體系的連續(xù)損壞，中梁斷裂為數(shù)段，嚴(yán)重影響車輛行駛安全。
2.4、支撐梁變形、斷裂
中梁斷裂后，伴隨著與支撐梁焊縫的開裂，完全脫落的中梁段或掉到橋下或成無約束狀態(tài)在支撐梁上，車輛通過時(shí)，成無約束狀態(tài)的支撐梁段會(huì)對下方的支撐梁產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的沖擊，在頻繁車輛載荷的不斷作用下，受沖擊的面開始出現(xiàn)變形，突出的連接凸臺(tái)逐漸變平，支撐梁在中部開始向下產(chǎn)生塑性變形，若支撐梁存在微裂紋或易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位，就會(huì)在這些地方裂縫甚至斷裂。
中梁在一處出現(xiàn)上述損壞時(shí)，由于受力方式改變，加劇了緊鄰支撐系統(tǒng)受力狀態(tài)的惡化，其支撐梁所受的彎矩成倍增加，作用的豎向力加劇，超強(qiáng)的作用力會(huì)該使支撐系統(tǒng)產(chǎn)生相同的損毀，因此，我們經(jīng)常會(huì)看到一根中梁會(huì)斷為數(shù)節(jié)的原因，也使我們明白早期維修會(huì)使損失降到最低的重要性。
3、斷裂原因分析
排梁式伸縮縫的支撐體系由支撐梁、承壓支撐、壓緊支撐、控制彈簧和位移箱組成，各梁之間的間隙由控制彈簧的壓縮彈力調(diào)整，每根中梁相應(yīng)有一套這樣的系統(tǒng)，支撐梁由承壓、壓緊支撐成排列方式安裝與同一個(gè)支撐箱內(nèi)，因此，其受力狀態(tài)除受力點(diǎn)作用于支撐梁上的位置不同外，受力狀態(tài)均可簡化為兩端簡支梁，為便于研究問題，文中以D160型伸縮縫受力狀態(tài)進(jìn)行分析，車輛通過伸縮縫時(shí)，作用于邊梁上的力通過位移箱傳遞給橋梁結(jié)構(gòu)體，而作用于中梁上的力有豎向力V和水平力P，中梁通過與支撐梁的連接處將力傳遞給支撐梁，豎向力V與水平力P等量傳遞給支撐梁，水平力在支撐梁與中梁連接處產(chǎn)生扭矩力M，支撐梁把力分解到兩端的承壓支承上，再由承壓支承傳給位移箱再傳給橋梁結(jié)構(gòu)體。
在正常情況下，由于支撐梁通過承壓支承和壓緊支承預(yù)壓在位移箱內(nèi)，當(dāng)力傳至支撐梁的支撐部位時(shí)，承壓支承壓縮，壓緊支承的預(yù)壓量來補(bǔ)充承壓支承的壓縮變形，也就是說，支撐梁在受到車輛荷載作用時(shí)，兩端的支承應(yīng)時(shí)刻處于壓緊狀態(tài)，若兩端支承出現(xiàn)壓緊失效，即預(yù)壓力喪失，車輛通過時(shí)，支承塊處震動(dòng)過大造成支承脫落，支撐體系失效，中梁的支點(diǎn)距離加大2倍，載荷作用時(shí)變形撓度增大，應(yīng)力增加，出現(xiàn)中梁斷裂，分析原因主要有以下幾點(diǎn)。
3.1、中梁與支撐梁焊接缺陷
中梁材質(zhì)為低碳合金鋼，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)符合Q345行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，早期的制作中，由于從業(yè)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，在支撐梁選材上出現(xiàn)了認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤，曾一度追求材料強(qiáng)度，而忽略了其焊接性能，選擇了中碳材質(zhì)的支撐梁，結(jié)果在焊接時(shí)就出現(xiàn)了焊接裂紋，導(dǎo)致焊縫開焊。
焊接過程應(yīng)為伸縮縫加工過程的強(qiáng)制控制過程，除對焊接材料、焊縫要求、焊接工藝做要求外，焊接方式的選擇很關(guān)鍵，為防止焊接夾渣、不密實(shí)、裂紋現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)禁止采用電弧焊，有條件時(shí)可做焊縫探傷檢驗(yàn)。
3.2、支撐梁的預(yù)壓力過小
如前所述，支撐梁靠兩端的承壓支承、壓緊支承安裝在位移箱內(nèi)，安裝時(shí)需預(yù)壓縮壓緊支承才能裝入支撐梁，這個(gè)預(yù)壓縮量在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮，壓縮量過大，支撐梁承受的壓力也大，支撐梁與上下支承間的摩阻力也大，會(huì)直接影響控制彈簧調(diào)整中梁間隙的能力，過小會(huì)降低支撐塊與支撐梁間的減震效果，甚至?xí)怪瘟号c支承塊之間在載荷作用時(shí)產(chǎn)生縫隙，損壞箱體及上下支撐塊，若出現(xiàn)混凝土完好、支撐箱完好，而支撐塊脫落，則多半是因?yàn)轭A(yù)壓量過小，源于箱體內(nèi)腔尺寸過大，另一個(gè)原因可能是支承塊質(zhì)量差，過早老化失去彈性。
3.3、安裝缺陷
對應(yīng)于伸縮縫的不同規(guī)格，其要求的預(yù)留槽尺寸有相應(yīng)的要求，預(yù)留槽的尺寸在實(shí)際工程中即使不符合要求也可通過修復(fù)滿足，但往往讓大家忽略的是梁端間隙，間隙過小，高溫天氣可能出現(xiàn)梁體頂死，間隙過大，伸縮縫懸空無法安裝，尤其是在近年的施工中，梁端間隙不符合要求的現(xiàn)象越來越突出，嚴(yán)重影響了伸縮縫的安裝質(zhì)量和使用壽命，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，早期斷梁的部位，大多是因位移箱前部懸空或前部混凝土缺失（如圖2）。
從圖2可看出，支撐梁的上下支承位于箱體前部，也就是說，箱體前部承載著主要部分力的傳遞，若前部懸空就會(huì)使力傳遞出現(xiàn)斷裂，無法正常把力傳給梁體，其結(jié)果可想而知。
3.4、設(shè)計(jì)伸縮量偏小
模數(shù)式伸縮縫利用箱體與支撐梁之間的相互滑移運(yùn)動(dòng)滿足橋梁的伸縮需要，支撐梁的滑移距離只要改變箱體長度，就可滿足各種滑移量需要，但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)超過80 mm的梁間距會(huì)使車輛行駛震動(dòng)明顯，因此把80 mm作為一個(gè)模數(shù)單元，并把膠帶的適應(yīng)寬度和彈簧的壓縮長度都以滿足一個(gè)模數(shù)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，對照毛勒公司設(shè)計(jì)的伸縮縫技術(shù)文件，每個(gè)模數(shù)單元的最大理論伸縮量可超40%，超過這個(gè)值就會(huì)受到限位限制，若仍不能滿足橋梁伸縮需要，支撐梁就有可能拉出支撐箱。
有些橋梁在設(shè)計(jì)選用伸縮縫時(shí)，由于計(jì)算伸縮量與橋梁實(shí)際伸縮量誤差過大，所選伸縮縫規(guī)格偏小，若在安裝時(shí)仍不進(jìn)行橋梁伸縮量復(fù)核計(jì)算，所安伸縮縫極有可能就會(huì)拉脫。
3.5、伸縮縫過載使用
超重車輛和交通流量過大也是造成伸縮縫早期損壞的原因之一，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速公路的運(yùn)能和運(yùn)力矛盾突出，重載車輛增多，車流量過大現(xiàn)象突出，給公路路面及路面設(shè)施造成的損壞增大，伸縮縫所面臨的超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)日益嚴(yán)重，中梁在車輛重載荷的反復(fù)作用力下，疲勞壽命縮短，伸縮縫支撐元件彈性壽命降低，出現(xiàn)早期損壞的概率增加。
4、斷裂預(yù)防措施
4.1、支撐梁與中梁焊接
支撐梁與中梁為正交伸縮縫時(shí)成正交焊接，如為斜交縫時(shí)，支撐梁與中梁成斜交焊接，焊接時(shí)必須采用定位焊接，其方法是把伸縮縫組裝起來（即預(yù)裝），確定各部件位置后，先采取固定定位后，解除預(yù)裝再進(jìn)行加固焊接，為保證焊接質(zhì)量及焊接強(qiáng)度，在支撐梁凸臺(tái)（與中梁接觸處）兩側(cè) 倒20×45°的焊接破口，焊接時(shí)兩側(cè)交替焊接，完成角焊要求。
4.2、支撐箱控制
影響預(yù)壓量的尺寸為箱體高度，在箱體加工時(shí)要嚴(yán)格控制內(nèi)腔高度尺寸，使其符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)加強(qiáng)對關(guān)鍵尺寸的檢驗(yàn)力度，確保產(chǎn)品合格。
4.3、支承原件控制
選擇好的企業(yè)及其產(chǎn)品，索取產(chǎn)品的檢驗(yàn)報(bào)告和合格證，必要時(shí)進(jìn)行抽檢，并按照支承原件尺寸復(fù)核或重新更改設(shè)計(jì)圖紙。
4.4、檢查梁端預(yù)留間隙
對預(yù)留槽及梁端間隙進(jìn)行檢驗(yàn)，對不符合安裝條件的地方要進(jìn)行修整，尤其是梁端間隙過大支撐箱懸空的地方，要制定修整方案，可采取加筋支模重新澆筑補(bǔ)砼，切不可以泡沫板填塞代替混凝土。
4.5、混凝土澆筑
澆筑混凝土?xí)r優(yōu)先保證箱體底部混凝土密實(shí)填滿，使箱體底部無懸空，但在澆筑混凝土?xí)r還要防止混凝土進(jìn)入支撐箱內(nèi)部，以免造成伸縮失效。
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