摘要：公路橋梁的伸縮鍵是當今橋梁施工和維護中的難題之一。橋梁的伸縮維長(cháng)期暴露在大氣中，使用環(huán)境比較惡劣，是橋梁結構中最易遭到破壞而又較難以修補的部位。橋梁伸縮鍵在設計、施工上稍有缺陷或不足，就會(huì )引起其早期破壞；而橋梁伸縮縫的破壞，又可能引起很大的車(chē)輛沖擊荷載，惡化行車(chē)狀況，急劇降低橋梁使用壽命。為此，本文結合實(shí)際工作經(jīng)驗對無(wú)伸縮縫橋梁的一些影響因素進(jìn)行分析，并提出了具體的支持結論。

　　0 引言

　　公路橋梁的伸縮縫已成為橋梁施工和維護的難題之一。研究、設計和制造使用更好的伸縮裝置固然十分重要，但從另一方面講，如能采用無(wú)伸縮裝置的橋梁結構，則是從根本上解決橋梁由于伸縮裝置遭受毀壞的現象。因此，世界各國的學(xué)者都在努力尋求最好的伸縮縫結構，得到的結論是“最好的伸縮縫是無(wú)伸縮縫”。因此，無(wú)伸縮縫橋梁應運而生。

　　1 無(wú)伸縮縫橋梁的構造細節

　　混凝土梁和鋼梁采用無(wú)伸縮縫整體式橋臺的細部構造。這些細部構造的圖示僅僅是一個(gè)基本骨架，還不能反映出其他設計方面的重要細節。細部構造只是為了給初次接觸無(wú)伸縮縫橋梁的人們以一個(gè)基本的概念和印象，不可能在本文中進(jìn)行更為詳細具體的描述和形容，對此，我們將在以后的討論中進(jìn)一步加以闡述。但是初步了解這些細部構造對于全面認識無(wú)伸縮縫橋梁的性能、整體性和耐久性會(huì )有很大的幫助。

　　2 無(wú)伸縮縫橋架設計中的影響因素

　　由于無(wú)伸縮縫橋梁的縱梁埋入混凝土橋臺，上部結構受到部分的約束，因此設計時(shí)要考慮次要荷載的影響。下文歸納總結了次要荷載的影響。

　　2.1 徐變的影響 徐變引起的應變大小取決于上部結構的跨徑、混凝土承受荷載時(shí)的齡期、荷載的持續時(shí)間、混凝土的質(zhì)量、周?chē)�的溫度以及混凝土構件的形狀。本文采用隨齡期變化的有效彈性模量法分析徐變對中小跨徑、鋼-混凝土組合梁的無(wú)伸縮橋梁的影響。結果表明徐變的存在可以減小橋臺處和墩頂處截面上緣的拉應力，但同時(shí)也會(huì )增加鋼縱梁下緣的壓應力（小于恒載引起的應力的10%，不會(huì )對結構的受力產(chǎn)生有害影響）。因此，在設計中小跨徑、鋼-混凝土組合梁的無(wú)伸縮縫橋梁時(shí)可以不考慮徐變的影響。

　　2.2 收縮的影響 混凝土橋面板和鋼縱梁收縮的不一致會(huì )在結構內部引起自應力。此外，無(wú)伸縮縫橋梁的端部受到部分或完全的約束，導致收縮、徐變會(huì )在結構內部引起應力。一些學(xué)者認為收縮和徐變的作用相反，兩者可相互抵消。但本文分析表明，收縮和徐變的作用不能完全抵消，會(huì )有余應力存在，可能導致混凝土裂縫的逐漸開(kāi)展，而混凝土裂縫的開(kāi)展又會(huì )使得收縮應力得到部分的減小。因此在對無(wú)伸縮縫橋梁進(jìn)行分析和設計時(shí)應當考慮收縮對上部結構的影響。

　　2.3 溫度對無(wú)伸縮縫橋梁的影響 溫度的影響無(wú)疑是無(wú)伸縮縫橋梁設計中的一個(gè)非常重要的因素，但事實(shí)上正如前文所指出的那樣，對許多橋梁的應力測試表明，由于溫度作用而測得的應力值要比預計的要小，分析其原因可能有兩點(diǎn)：

　　其一是混凝土由于溫度的膨脹或收縮，會(huì )產(chǎn)生徐變。徐變將使得應力不能達到設計時(shí)所預計的程度。因此為了使理論更好地反映實(shí)際的情況，有的部門(mén)設計時(shí)考慮把混凝土的溫度彈性模量減小到動(dòng)力荷載彈性模量的1/3.

　　其二是由于大多數混凝土結構體積相對較大，使得它們對周?chē)�的溫度變化比較不敏感。AASHTO（美國各州公路和運輸工作者協(xié)會(huì )）在計算溫度變化時(shí)對此進(jìn)行了規定：“必須考慮到大體積混凝土構件或結構內部溫度對大氣溫度的相對滯后。”混凝土橋溫度周期的最大值要比鋼橋的小。由于混凝土較大的體積要吸收熱量，因此它的溫度不會(huì )與理論預計的一樣？這就可以從某一方面解釋?zhuān)瑸槭裁催@兩種材料的熱膨脹系數α幾乎相同（混凝土α＝0.00001，鋼a＝0.000012），而鋼橋對溫度的變化要比混凝土敏感得多。至于溫度對無(wú)伸縮縫橋梁的影響在定量上的分析還有待于進(jìn)一步的討論研究。

　　2.4 沉降的影響 下部結構的沉降會(huì )在無(wú)伸縮縫橋梁的上部結構引起相當大的應力，其影響取決于橋梁的結構特征和幾何特征，如上、下部結構的剛度、沉降量、跨數、跨徑、臺高和支承情況等。GangaRao等人在1981年的研究中指出沉降對單跨橋梁的影響不大；對于多跨橋梁，恒載引起的沉降可通過(guò)使橋臺和橋墩所受的反力大致相等來(lái)得到解決。因此通過(guò)合理的設計，無(wú)伸縮縫橋梁可以不考慮沉降的影響。

　　2.5 土壓力的影響 當上部結構受熱膨脹時(shí)，橋臺會(huì )擠壓臺后填土引起被動(dòng)土壓力。臺后土壓力的計算存在著(zhù)許多不確定性的因素，如被動(dòng)土壓力的大小及其在縱向和橫向的分布。雖然被動(dòng)土壓力會(huì )在上部結構引起軸力和彎矩，但本文的研究卻表明土壓力的影響可以忽略不計，因此作者建議在分析和設計無(wú)伸縮縫橋梁時(shí)可以不考慮土壓力的作用。

　　2.6 樁的應力 考慮到上部結構與整體式橋合的樁基礎對縱向移動(dòng)的抵抗作用有直接關(guān)系，在進(jìn)行無(wú)伸縮縫橋梁設計時(shí)：①限制整體式橋梁的基礎形式，最好做成單排的細長(cháng)垂直樁。②限制樁型。③調整H型樁弱軸方向，使之與運動(dòng)方向一致。④提供一種鉸接裝置來(lái)控制樁的撓曲。⑤限制結構斜交角的大小。

　　還有一些其他問(wèn)題，如：如何平衡整體式橋臺后面的主動(dòng)上壓力？是否在整體式橋合后留有自由的空間以允許溫度膨脹？如需要的話(huà)采用什么樣的細部構造？等等。當然這些問(wèn)題的解決，需要今后在無(wú)伸縮縫橋梁設計中不斷地進(jìn)行研究和實(shí)踐。

　　通過(guò)設計上的考慮，如果設置循環(huán)控制縫、壓力釋放縫、引道板或安排一定的施工次序等可以克服無(wú)伸縮縫橋梁的一些缺陷，但跨徑等方面的限制則使一些設計者仍?xún)A向于采用有伸縫橋梁。

　　盡管無(wú)伸縮縫橋梁在美國已經(jīng)成功地建造了很長(cháng)時(shí)間，但至今還沒(méi)有一個(gè)比較科學(xué)的設計理論。目前的設計方法基本上是依賴(lài)于經(jīng)驗與觀(guān)察，還沒(méi)有從根本上解決無(wú)伸縮縫橋梁有關(guān)的分析方法和構造設計。美國大多數州確實(shí)采用了無(wú)伸縮縫整體式橋臺的橋梁，但調查研究也表明大多數州的交通部門(mén)在設計上還都非常保守，應該可以建造更長(cháng)的橋梁。但是要使設計更加能夠被接受仍然有必要進(jìn)行一些合理的研究與分析。雖然無(wú)伸縮縫橋梁在我國尚未開(kāi)展深入的研究，但從本質(zhì)上講，這也是一個(gè)橋梁結構的分析與設計問(wèn)題。