抗冲击减噪伸缩装置在济南黄河三桥的应用

李永伟，李 洋

（山东高速股份有限公司，山东 济南 250014）

引言

我国交通运输事业在伴随着我国经济快速发展的情况下得到了快速地提升，作为跨越构造物的各种桥梁结构也得到了迅速的发展。截止到2019 年底，中国已建成87.83 万座桥梁，共计60 634.6 km[1]。桥梁结构在使用性能上越来越引起人们的注意。桥梁结构在温度、飓风、车载、地震等外部作用下，在结构内部会产生纵向、横向、竖向的变位以及发生一定角度的转动，而伸缩装置的设定可以使桥梁在产生上述变化时，能够保护桥梁结构安全。与此同时，伸缩装置还经受着疲劳作用与各种磨损。因此，伸缩装置的产品质量、安装质量及维护保养质量是衡量整个桥梁质量等级的重要因素[2]。

1 工程概况

济南黄河三桥的上部结构为倒Y 形的独塔形式、设计为双索面斜拉桥，主塔高195 m，桥全长4 473.04 m，主跨径386 m、宽40.5 m，共有96 根斜拉索，呈空间双索面扇形分布。桥面设计采用高速公路标准，双向八车道，设计时速120 km/h。该桥缩短了济南市区与黄河北地区的距离，构筑了黄河两岸新的高速公路体系，使黄河北地区得以更快地融入到省会城市经济圈。与此同时，该桥的修建使得济南和黄河周边地市的人员来往和经济联系变得更加密切和频繁，展现出了强大的经济社会效益，强有力地支撑了济南市的经济社会发展目标：“北跨”发展和建设区域中心城市。

但是随着日益增加的交通负荷，济南黄河三桥桥面伸缩装置面临着巨大的压力。传统模数式伸缩装置，在面对当下的重载交通，需要花费大量的时间、人力、物力进行维护，维护成本高，急需一种维护成本相对较低，结构更为稳固的伸缩装置进行替换。

2 模数式伸缩装置及典型病害

2.1 装置构造

模数式伸缩装置主要由边梁钢、支撑横梁、中梁钢、吸震缓冲性能好的密封橡胶带和位移控制系统等部分构成。GQF-MZL 型模数式伸缩装置构造见图1[3]。

图1 模数式伸缩装置结构示意（GQF-MZL 型）

图中，1-边梁；2-中梁；3-支撑横梁；4-滑动承压支座；5-滑动压紧支座；6-转动支承轴；7-滑移转动支座；8-扣架；9-边梁垫块；10-密封橡胶带；11-位移控制箱；12-连动机构；13-位移控制臂；14-位移控制箱锚固钢筋；15-预埋钢筋。

与其他种类的伸缩装置不同，模数式伸缩装置的承重结构和位移控制系统为分开式结构，其伸缩体是由中梁钢和橡胶密封带组合而成，主要用于伸缩量为 160 ～2 000 mm 的桥梁。

2.2 典型病害

模数式伸缩装置通常都会设置中梁，通过对该类伸缩装置调研发现，其病害主要包括：（1）橡胶条由于老化而发生脱落现象，装置部分位置漏水。（2）异型钢型钢断裂。（3）用于锚固装置的混凝土结构破碎开裂，使装置区域出现坑槽。（4）伸缩装置与桥面存在高度差，车辆通过时会发生桥头跳车。（5）由于伸缩装置结构本身或锚固装置问题而产生的病害。（6）中梁部件变形、开裂，并且产生晃动、噪声，冬季拉脱断裂。（7）受高温影响，橡胶条膨胀挤死伸缩缝。（8）伸缩装置中梁钢产生的塑性形变由于无法恢复，与其相连的橡胶条受到影响被拉掉或破损，连接装置底部的橡胶块破损掉落。（9）伸缩缝内积聚砂石、尘土等垃圾，严重时会使橡胶条变形破损，造成伸缩装置漏水等病害。（10）部分伸缩装置使用环境恶劣，装置的橡胶条无法适应环境的影响，导致装置内部堆积垃圾，造成装置伸缩量不足。在部分低温多雨地区还容易出现大面积的积水结冰现象。（11）梁钢之间的伸缩间隙会受到桥上车辆的冲击力，钢梁易断裂。模数式伸缩装置的典型病害见图2～图9。

图2 模数式伸缩装置中梁挤压断裂

图3 支座脱落、连接件断裂

图4 伸缩装置中梁断裂、垃圾淤积

图5 伸缩装置中梁断裂

图6 锚固区混凝土碎裂钢筋外露

图7 伸缩装置发生塑性变形

图8 橡胶带脱落

图9 伸缩装置淤土

3 抗冲击减噪伸缩装置及应用

3.1 研发背景

当前社会经济不断发展，汽车保有量不断增大，重载交通越来越多，越来越多的桥梁以及高架上的伸缩装置不堪重负，在车辆不断地冲击下，伸缩缝频繁发生质量问题。长此以往，出现病害的伸缩缝成为了新的马路杀手，导致交通事故频发，故亟需一款抗冲击能力更强的伸缩装置。抗冲击减噪伸缩装置独特的“S”型设计，能够使汽车的车轮不同时冲击型钢本身，同时取消了中梁结构，结构优化更合理、更稳固，而且由于结构的优化，使得安装变得简单，维护也变得容易。

在公路铁路建设中，减少噪音释放对环境的污染已经成为一个重要的主题。特别是建设在有人口居住环境下的桥梁，对桥梁伸缩装置如何降噪提出了更严格的要求。众所周知，当车辆行驶通过伸缩装置时，由于轮胎会瞬间冲击伸缩装置从而产生节奏性噪音，当车辆速度越快或流量越大，导致噪音会越大。抗冲击减噪伸缩装置特殊的结构设计填补了国内行业空白，完美替代了目前市场上良莠不齐的所谓“减噪”伸缩装置[4]。

3.2 结构特点

伸缩装置采用阻尼器减振系统，将传入到结构中的复杂多维振动能量消散，在桥梁结构受到外部荷载冲击时，可以减振消能，有效提高伸缩装置结构安全，见图10。通过各种伸缩装置噪音水平的对比，抗冲击减噪伸缩装置具有良好的降噪效果。

图10 抗冲击减噪伸缩装置的阻尼减振系统

抗冲击减噪伸缩装置较其他装置的特点：（1）噪音小，比使用传统型普通伸缩缝减少约7 dB 左右的噪音。（2）抗冲击、超长寿命（设计寿命50 a）、行车舒适、外形美观。（3）可防止由扫雪机引起的损坏。（4）可以克服桥梁施工单位未按规范要求施工遗留下的缺陷。（5）安装简单，管养期内维护保养成本低。（6）车轮不同时通过型钢减少了车载对伸缩装置直接冲击，提高了产品结构的耐久性及驾车舒适度。

3.3 适用范围

（1）主要用在不大于160 mm 伸缩量的桥面。（2）有低噪音要求的场合（临近居民区的桥梁、城市高架桥）。（3）对抗冲击要求较高的高速公路扩建项目中拼宽桥梁尤其适用。

3.4 主要安装工艺

根据抗冲击减噪伸缩装置的构造特点，按照流程安装：（1）槽口清理；（2）吊运；（3）调试安装；（4）立模加固；（5）平整度检测；（6）铺设防裂钢筋网片；（7）浇筑混凝土；（8）养护；（9）开放交通。

4 抗冲击减噪装置运行情况

目前，济南黄河三桥上安装完成的抗冲击减噪伸缩装置运行良好。工程实践证明，该装置可以有效承载桥面重载交通，降低噪音影响，减少维护成本，产生了良好的经济社会效益、环境效益，同时也为交通安全提供了保障和支持。

5 结语

传统模数式伸缩装置存在多种典型病害，威胁桥梁安全，用新型抗冲击减噪伸缩装置将其替换应用于济南黄河三桥。工程实践表明，抗冲击减噪伸缩装置运行良好，可以有效承载并且降低噪音，降低维护成本，提高了安全性。