摘要：以南京长江大桥改造工程为背景，根据大桥将原混凝土梁体更改为正交异性钢结构梁及公铁两用桥梁的设计特点，描述伸缩缝设计性能及参数要求，详细简介了单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置的性能特点。
关键词：公铁两用桥梁；伸缩装置；桥梁伸缩缝；多向变位；转角
1、南京长江大桥改造工程桥梁伸缩装置的设计参数
南京长江大桥上层为公路桥，长4589米，车行道宽15米；下层为双轨复线铁路桥宽14米、全长6772米，连接津浦铁路与沪宁铁路干线，是国家南北交通要津和命脉。
大桥上部公路桥主体结构大修改造将原混凝土梁更改为正交异性钢结构梁，共设5道伸缩装置，其中0号墩为120型伸缩装置；1号和10号墩为640型伸缩装置；4号和7号墩为960型伸缩装置。
图1：公路钢主梁伸缩装置总布置图
2、大桥桥梁伸缩装置的设计选型
桥梁伸缩装置是桥梁结构安全的重要组成部分，它的作用是满足桥梁在气温、风力、荷载、地振等外力作用下产生的纵向、竖向、横向、扭转等变位要求，使车辆平稳安全通过伸缩缝区。实际使用过程中，这些变位多不是独立存在，往往是交叉综合性地发生求。
大桥上部公路桥主体结构调整为正交异性钢结构梁，因此在选择桥梁伸缩装置时，首先应满足桥梁在各种情况下的复杂变位，保证装置的正常运行，确保行车安全。而另一方面，还应有效化解这些复杂变位的破坏力，特殊是双向火车通行时所产生的变位及振动所带带的不利影响。同时还要考虑后期运营维护中的经济效益和社会效益。
大桥为公铁两用桥梁，在选用伸缩装置类型时，除常规性能要求外，还需重点考虑：⑴火车通行时对伸缩装置的影响；⑵伸缩装置防水防尘结构的可靠、安全性，防止运营中对下部铁路运营的影响；⑶后期维养中，桥梁伸缩装置的维护更换可能对铁路运营的影响。
经过深入的调查和论证，选用了单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置，产品满足交通运输部JT/T723-2008的行业标准，符合大桥的设计需要。
3、单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置的设计创新
3.1 伸缩装置安装结构及方案的设计创新
因大桥上部主体结构采用了正交异性钢结构梁，预留给伸缩装置的安装深度相对较浅，如下图所示：
图2：960型伸缩装置的安装槽区结构示意图
960型伸缩装置的安装槽区一侧深度为250mm，另一侧深度仅为190mm，远远小于常规伸缩装置的安装要求深度。
为此对桥梁伸缩装置的结构进行设计优化，在满足伸缩装置各项性能指示的基础调整了装置多向变位的结构尺寸，并改变了装置与梁体之间的锚固方案，优化为锚固螺栓直接与钢结构顶板焊接固定，如下图所示：
图3：960型伸缩装置的安装结构示意图
同时在伸缩装置安装槽区内布置了剪力钉结构，加强伸缩装置后浇混凝土与钢梁之间的锚固强度。
图4：现场伸缩装置安装槽区
图5：伸缩装置安装螺栓组现场焊接安装
3.2消能减振性能的设计创新
在伸缩装置多向变位铰、跨缝梳齿钢板与钢箱梁之间增设高阻尼减振螺栓组结构，跨缝梳齿钢板前部的保险螺杆通过高阻尼减振块与钢梁焊接固定。当梁体产生振动（特别是双向火车通过桥梁时），两侧梁体所产生的不同步振动转递至伸缩装置结构上时，跨缝梳齿钢板通过减振螺栓组内的高阻尼材料起到减振消能作用，提高装置的隔振和阻尼消能性能。如下图所示：
图6：伸缩装置高阻尼减振螺栓组结构图
3.3伸缩装置止水、排水结构的设计创新
大桥为公铁两用桥梁，如何保证运营中的铁路安全非常关键。常规的伸缩装置在运营过程中，进行维修维护时，需在伸缩装置下部设置专用的检修平台，且作业过程可能出现杂物下落而直接影响火车的通行安全。
为此，工程中所使用单元式多向变位桥梁伸缩装置对装置的止水、防尘结构进行了特殊的设计创新，将止水结构设置为双层结构。
图7：南京长江大桥伸缩装置止水带安装现场照片
第一层：采用帆布橡胶止水带结构，止水带由帆布与氯丁橡胶相互夹胶硫化成型，厚度为10mm，通过M12不锈钢螺栓和安装压板通长固定在两侧梁端上，具有良好的耐久性能和承载能力。设计承载力为不小于30KN，施工中可作业平台使用，后期维护中施工人员也可在止水带上进行施工作业（注意：施工人员必须配带安全带）。全封闭结构，施工、运营、养护或更换过程中，上部的任何垃圾或结构件均被止水带兜住，不影响下部铁路的正常运行。在桥梁中央分带处设置检修人孔，施工检修人员可通过上部检修人孔直接进入至止水带上进行相应的施工作业。
第二层：在帆布橡胶止水带下部设置一层3mm厚的不锈钢隔离层，进一步确保雨水及垃圾不会对下部铁路运营来带影响。为防止安装螺栓松动脱落，两侧止水带固定螺栓采用不锈钢螺栓，并设置开口销固定。
图8双层止水带安装结构示意图
图9：两侧密水排水结构示意图
装置在底部设置“U”型帆布橡胶密封止水带结构，在止水带两端设置封端结构，在桥梁横坡低的一侧在封端结构处设置导水管结构，并通过导水管连接至大桥原有桥梁排水结构中。
3.4 伸缩装置单元块独立设计，每个单元块之间相互独立，各组件功能独立、明确，能够有效化解各种不利因素，使用寿命长。后期养护过程中可对某单元块进行单独的维修更换，无需封闭中断交通，运营成本低，社会效益显著。
图10：南京长江大桥安装后伸缩装置照片
4、结语
综上所述，南京长江大桥通过多方论证及方案比选后，选择的单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装置针对公铁两用桥梁的特殊要求进行相应的创新设计。采用的双层止水带结构有效地解决了伸缩装置运营中和维护中可能出现影响下部铁路通行的安全隐患。其全寿命设计概念，能够极大地降低后期维护成本，而且维修时局部更换，无需封闭交通，更凸显社会效益。
参考文献：
［1］J中华人民共和国交通运输部：JT/T 723-2008 《单元式多向变位梳型板桥梁伸缩装置》 北京：人民交通出版社.（2008）
［2］］李杨海、程潮洋、鲍卫刚、郑学珍，公路桥梁伸缩装置实用手册（第二版）
论文作者:陆酉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/23
标签：伸缩论文; 装置论文; 结构论文; 桥梁论文; 长江大桥论文; 螺栓论文; 板桥论文; 《基层建设》2019年第3期论文;