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[技术] 欧洲标准ETAGn0032《公路桥梁伸缩装置》简介 [复制链接]

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lusj 发表于 2014-1-15 12:36:11 |显示全部楼层 |          |
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庄军生   中国铁道科学研究院 研究员

内容简介:本文介绍了20135月由欧洲技术许可委员会颁布的《公路桥梁伸缩装置》标准,该标准论述了桥梁伸缩装置的设计、性能要求、检验方法和产品性能评定等诸多内容,可供我国桥梁技术人员参考。

2013年5月由欧洲技术许可委员会,在2007年颁布的ETAG-032《公路桥梁伸缩装置》标准第一部分;一般技术规定的基础上,正式颁布的ETAGn0032《公路桥梁伸缩装置》系列标准,该标准共有八个部分组成。分别为:

第一部分:一般技术规定;

第二部分:埋入式伸缩装置;

第三部分:柔性填充式伸缩装置;

第四部分:型钢单缝伸缩装置;

第五部分;板式橡胶伸缩装置;

第六部分:梳齿板式伸缩装置;

第七部分:支承式伸缩装置;

第八部分:模数式伸缩装置。

其中第一部分《一般技术规定》是整套标准的核心。标准中介绍了桥梁伸缩装置的适用范围,伸缩装置的产品系列,工作温度和工作寿命。提出了伸缩装置的使用性能评定要求,伸缩装置的性能检验方法和伸缩装置预期使用性能的适用性判定原则等。在标准的附录中分布给出了《作用于伸缩装置上的车辆荷载组合》,《伸缩装置产品型式检验的检验数量要求》,《桥梁伸缩装置地震性能设计原理》,《伸缩装置位移能力试验方法》和《伸缩装置防水性能试验方法》。

一.            桥梁伸缩装置标准的适用范围

    标准涉及产品的特征参数、评定与验收方法,以确保公路桥梁伸缩装置产品的可靠应用。

    标准涉及的公路桥梁伸缩装置具有连续的行车表面和承载能力,并适应由各种材料(钢和混凝土)建成的桥梁的位移需要。

    可移动桥梁的伸缩装置不包括在本标准之中。

二.        桥梁伸缩装置的产品系列

    根据ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》标准,公路桥梁伸缩装置按其结构形式,可以分为7种主要类型:

·埋入式伸缩装置(Buried

    此种伸缩装置在现场采用防水部件或弹性元件,用于分配较大宽度的变形。支承表面在桥面处连续通过,伸缩缝的材料在表面以下就地填实。

    ·柔性填充式伸缩装置(Flexible

    由特种柔性材料(绑扎或集束)组成的柔性条带,现场浇筑在伸缩缝处,表面用金属板或其他部件跨越过桥面的缝隙。

    柔性填充式伸缩装置可适应的伸缩位移分别为4060、80和100mm。由于在桥面上没有缝隙,有利于降低车辆通过时的噪声。图1为柔性填充式伸缩装置示意图。

1 - 伸缩缝填充物(胶粘剂,骨料),2 – 表面敷面层,3 – 涂沥青Tanking,4– 桥面铺装,

5        – 桥面防水层,,6 – 钢板,7 – 钢板定位,8 – 填缝,9 – 密封料,10 – 桥面板

               1柔性填充式伸缩装置示意图

·型钢单缝伸缩装置(Nosing

    伸缩装置由混凝土、树脂或弹性体制成唇边状,缝两侧填充柔性材料,伸缩缝本身不承受车辆荷载。

    该伸缩装置通常由型钢和橡胶防水条组成,型钢可以采用钢材或铝合金型材,两侧路面可以为刚性混凝土路面,也可以采用柔性材料填充。型钢单缝伸缩装置的设计位移量为80mm,是目前公路桥梁上使用最广泛的一种伸缩装置。图2为型钢单缝伸缩装置示意图。

             1.锚固系统,2.防水胶条,3.型钢,5桥面铺装

2型钢单缝伸缩装置

·板式橡胶伸缩装置(Mat

    伸缩装置利用厂制的橡胶条或橡胶板的弹性性能,来适应结构的位移,橡胶条和橡胶板用螺栓固定在结构上,橡胶板与路面齐平,直接承受车辆荷载。

    板式橡胶伸缩装置是上世纪七八十年代在我国公路桥梁上大量应用的一种桥梁伸缩装置,可适应0-40mm的伸缩位移。但由于板式橡胶伸缩装置能适应的位移量较小,且该伸缩装置与路面的连接螺栓过于薄弱,经常出现整块橡胶板脱落,因此,现在很少使用,常常用型构单缝伸缩装置取代。

·梳齿板伸缩装置(Cantilever

    伸缩装置由悬臂对称或不对称的元件(像梳子或锯齿形的板)组成,它锚固在桥面的一侧,并跨过桥面上的缝隙,元件与桥面齐平。图3为悬臂式梳齿板伸缩装置构造示意图。

3梳齿板伸缩装置构造示意图

·支承式伸缩装置(Supported

    支承式伸缩装置有跨座式梳齿板伸缩装置(见图4)和拖拉钢板式伸缩装置(见图5)两种。

    跨座式梳齿板伸缩装置是将桥面一侧的梳型钢板跨过伸缩缝部位,支承在另一侧的路面上滑动,形成简支板体系,因此能适应较大的伸缩位移量,其齿板的锚固构造细节处理的好坏,将直接影响该伸缩装置的使用寿命。

    拖拉钢板式伸缩装置有与桥面齐平的一个部件组成,它用饺固定在桥面一边,并滑动支承在桥面的另一边(用第二个部件),由此跨越桥面的缝隙。预期的结构位移通过在非固定侧饺接部件上的滑动来实现。即在锚固在下部结构上的支承元件上滑动。该种伸缩装置在我国尚无使用实例。

1 活动钢板,2固定支点基板,3活动支点基板,4滑动钢板的锁紧螺栓,

5锚固体系,6支点,7排水胶带,8滑动支点

4跨座式梳齿板伸缩装置构造示意图

5拖拉钢板式伸缩装置构造示意图

·模数式伸缩装置(Modular

    伸缩装置由一个充分防水的部件(在行车方向)和位移受控制的钢梁,支承在可移动的下部结构上,跨过结构的缝隙(如横梁,悬臂梁),钢梁与行车面齐平。

    模数式伸缩装置是国外MAURERMAGIBA等公司在上世纪八十年代前后研发而成,在我国高速公路桥梁上广泛应用的一种伸缩装置。按其位移受控制钢梁支承的形式可区分为格梁式(图6)、直梁式(图7)和转轴式(斜梁式,图8)三种。按其位移控制体系可区分为压缩聚氨酯弹簧、剪切橡胶弹簧机械连杆和转轴式几何关系控制等几种。

    目前,模数式伸缩装置是国内、外公路桥梁上使用最广泛的一种桥梁伸缩装置。

6格梁式伸缩装置构造示意图

7直梁式伸缩装置构造示意图

8转轴式伸缩装置构造示意图

三.桥梁伸缩装置工作温度和工作寿命

    伸缩装置的工作温度通常指在背影下的温度。直接暴露在阳光下的表面温度,可按背影下的温度提高15考虑。

通常可以考虑以下最高和最低工作温度:

    最低工作温度:-10-20-30-40

    最高工作温度:35,45℃。

欧洲标准ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》提出,各种伸缩装置预期工作寿命(包括它们的部件)的分级见表1,该寿命以每年通行5000万辆车/年为准。

表1桥梁伸缩装置的工作寿命

  

工作寿命分级

  

1

10

2

15

3

25

4

50

针对各种系列产品的伸缩装置的预期的工作寿命,将在各系列产品中分别予以说明。

在例外情况,可更换部件的工作寿命也可以小于10年。

四.            桥梁伸缩装置的使用性能评定检验方法和预期使用性能的适用性判定原则

    桥梁伸缩装置除了应满足承载和位移的要求外,还应考虑防水、自洁、降噪、防滑、抗震和环境保护等功能。欧洲标准ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》〔提出的伸缩装置基本性能要求见表2。

表2桥梁伸缩装置的基本性能要求

  

相关工作特性

  

强制性特性要求

  

  

伸缩装置的承载位移能力和工作特性要求:

  

力学性能

疲劳性能

地震性能

位移能力

自洁性能

抗磨损能力

防水性能

解除危险的能力

  

车辆行走的走行性要求

容许行车道表面缝宽

行车表面水平差

对积雪危险的敏感性

抗滑能力

排水能力

其他

防腐、防老化、耐化学腐蚀、

  

耐温度、紫外线、冰冻、臭氧

标准中对力学性能等各项性能根据相关欧洲标准,提出了具体的要求和相应的检测规定。

伸缩装置在破坏极限状态和使用极限状态的性能要求如表3所述。

3极限状态和评定要求

  

极限状态

  

极限状态的要求

破坏极限状态ULS

静力特性:在预期工作寿命中不发生疲劳损害(应力幅在恒定的疲劳应力极限〔CAFL〕之下,或累积损伤评定D<1.0)

伸缩装置包括相应的锚固系统

使用极限状态SLS

仅发生可逆的变形和转角(由于材料性能引起的滞后效应或类似的效应是容许的)

    在确定伸缩装置的力学性能时,要考虑伸缩装置的开启程度,处于最不利位置状态下。

   

使用安全性在使用极限状态下包括以下特性:跨缝能力、平整度和抗滑性能,此外还有防水和排水性能要求。伸缩装置的抗滑性能是由伸缩装置表面粗糙度决定的。

公路桥梁伸缩装置的走行性能要求,是为了确保公路使用者的使用安全性,以保证运输的安全,还应保证伸缩装置在整个工作寿命性能良好,不发生损害。

    伸缩装置跨缝能力和行车表面的水平差在欧洲标准ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》提出了详细的要求。

·伸缩装置容许的行车表面缝隙宽度最大值:

伸缩装置容许的行车表面缝隙宽度最大值取决于三种使用条件。

对于车行道和自行车道的行车表面的任何位置,不允许有超过直径为10cm的球状曲率的竖向变位。即:在模数式伸缩装置中梁钢的最大间距不超过10cm。

a)      车行道

在行车方向伸缩装置行车表面的竖向变位不过1cm,同时应考虑行车方向相关的以下三种情况下:

   ·在水平面任何位置和任何方向,在10cm×20cm的尺寸范围内的水平稜柱状凹槽,不应超过1cm;

   ·在水平面任何位置,行车方向斜交角为-20度到+20度时,在6.5cm×22cm的尺寸范围内的水平稜柱状凹槽,不应超过1cm;

   ·在水平面任何位置,行车方向斜交角为-20度到+20度时,在4.5cm×35cm的尺寸范围内的水平稜柱状凹槽,不应有超过1cm。

    容许缝隙和间隙的布置见图9。

注:TT,行车方向,AA,伸缩装置轴线,BB,凹陷方位,1凹坑面积。

图9容许缝隙和间隙的布置

   b)自行车道

伸缩装置在行车方向的竖向位移不应超过1cm或与行车方向相关的以下情况:

    ·在水平面任何位置,行车方向斜交角为-20度到+20度时,在2.0cm×22cm的尺寸范围内的水平稜柱状凹坑槽,不应超过1cm;

   ·在水平面任何位置,行车方向斜交角为-20度到+20度时,在10cm×20cm的尺寸范围内的水平稜柱状凹槽,不应超过1cm。

    各种伸缩装置系列产品中应说明行车方向,以及满足上述要求时伸缩装置与纵轴的夹角。

c)人行道

用于人行道时,最大凹槽深度为2cm。或在直径为8cm的圆面积范围内,在任何部位的水平差不超过2cm。

    ·伸缩装置行车表面的水平要求,见图10

a)在没有任何强加水平变形条件下,如伸缩装置没有承受载荷时,伸缩装置表面的水平差,伸缩装置和两侧临近路面理想连接面之差,在行车方向不大于5mm。

b)台阶状高差不大于3mm。

  各种类型伸缩装置的其他附加要求见以后各章节。

①     理想连接线    ②伸缩装置行车表面   ③伸缩装置范围

图10伸缩装置行车表面的水平差

五.作用于伸缩装置上的车辆荷载组合

标准的附录G中给出了伸缩装置的各种荷载组合。该附录中详细论述了作用于伸缩装置上的车轮荷载的轮压大小、车轮着地面积、车辆荷载沿横向各车道的布置、车辆荷载的组合系数等。论述了作用于伸缩装置结构部件上的各种荷载组合:经常组合、偶然组合、疲劳组合、破坏极限状态组合和地震状态组合等条件下的作用荷载及其组合系数的确定。给出了各种组合的实例。

六.伸缩装置产品型式检验的检验数量要求

为保证桥梁伸缩装置的正常工作,对伸缩装置的产品应进行从力学性能、位移能力、走行性、抗疲劳性能、防水性能和自洁性等诸多试验检验。欧洲标准ETAGn0032《公路桥梁伸缩装置》对伸缩装置产品的型式检验的检验数量,提出了详细的要求,见表4。可作为我国在制定相关伸缩装置标准时借鉴。

4伸缩装置产品型式检验数量表

  

特性参数

  

产品检验数量   注(1

1

2

力学抗力和稳定性

力学抗力

计算

--

--

由计算确定

试验

注(2

每个可变部件32

有些类型伸缩装置可不做试验

两个边界各一件,中间做一件。

疲劳抗力

计算

--

--

由计算确定

试验

注(2

每个可变部件32

有些类型伸缩装置可不做试验

两个边界各一件,中间做一件。

地震能力

选择相应的级别

位移能力

1

3

位移能力评定除各系列的定义外,由设计分析确定

两个边界各做一件,中间做一件。如果可行,后一件试验也可以用外推或内推求得

自洁性

--

--

分析技术寿命和图纸

1

1

在试验时进行

抗磨损能力

1

1

见各自产品系列

防水能力

1

3

见各自产品系列

两个边界各做一件,中间做一件。如果可行,后一件试验也可以用外推或内推求得

使用安全性

跨缝能力和行车表面水平度

容许表面缝宽

全部

全部

行车表面水平差

注(1

注(1

分析技术文件和图纸,见各自系列

抗滑能力

1

1(在伸缩装置范围内做一次试验)

仅在4.1.4.2提供的条件下才做

排水能力

--

--

分析技术文件和图纸

耐久性概述

1

1

参见ETAG第一部分,或各自系列

注(1)附加规定可以依据各自系列产品要求。

注(2)原则上伸缩装置试样是唯一的。在不了解设计和使用的材料性能时,需要进行多于一个的试样试验,此时需要经过认证机构、试验部位和ETA根据EN1990确认。

表中1型和2型试样的定义如下:

1型:伸缩装置的试样是唯一的,它的设计和功能原理是仅针对一种产品和优质标准位移能力。或者伸缩装置的试样是一个部件,该部件具有相同的设计、相同的组成件、相同的功能和相同的功能原理。这种类型限制产品的位移能力小于或等于240mm。试样在位于能力的中间范围内选取。

2型:伸缩装置的试样是一个部件,该部件具有相同的设计和相同的功能原理,其位移能力大于240mm。

桥梁伸缩装置地震性能设计原理

    ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》中,提出了桥梁伸缩装置的抗震设计原则,按该原则伸缩装置的抗震设计,可区分为:A、B两级,A级为按位移能力设计,B级为按限制位移和荷载能力设计。

在地震条件下的总设计位移,根据EN1998-2的要求,应有足够的结构缝宽,以防止主要结构部件的损害。

设计位移的确定要考虑地震作用和恒载及准恒载的长期作用产生的位移,并包括适当部分的温度位移。

通常在设计地震事件之后,应有足够的能力,以保证救援车辆的通行。

由于设计地震作用引起的伸缩装置的局部损害是允许的。

1) 常遇地震作用引起的损伤,不需要立即修复,且不影响行车安全。

2) 在地震条件下的总设计位移dEd,参照EN1998-2的2.3.6.3按下式确定:

    dEd = dE + dG + y2dT

    最不利组合下包括以下位移:

·dE=设计地震位移,

·dG=恒载和准恒载长期作用的位移(混凝土的收缩、徐变,松弛,沉降),

·dTK=温度变化产生的位移,

·Ψ2=由温度作用产生的准恒载的折减系数,根据EN1990的表A2.1,A2.2和A2.3。总设计地震位移应该考虑某些有显著影响的二次作用。

应注意由于较大的桥面初始间隙,以及在地震时的位移速度和加速度的影响。

由地震现象产生的位移,可以通过减震装置来减小。在桥梁设计中应限制地震运动的位移。

    位移能力的设计组合

A)位移能力设计

此种设计可以为桥梁提供一个较小的地震位移(建议值为dEd≤200mm)。建立在技术经济的考虑之下。

A1:伸缩装置在满足SLS条件下的位移能力,同时也满足地震条件下的位移能力。

假如按使用性能条件下提供的位移能力,作为总设计位移dEd,则此位移可作为伸缩装置的标准位移。

A2:伸缩装置具有总位移dEd的位移能力。

地震位移能力应满足最大容许行车表面缝宽的要求,地震时行车表面的缝宽限值可增加到160mm,或见各系列产品。

地震时对静力作用的抗力按EN1990的经常作用组合,在此条件下不需要进行疲劳设计。

伸缩装置应假定在本ETAG给定的作用下,在设计地震作用后,不需要修理仍可以使用。

   B)限制位移和荷载能力设计

    对于较大的地震位移(建议dEd≥200mm),根据模式A设计是不经济的。在某些地震下较小的或有控制的损伤是可以被接受的,结构的最大缝宽,在调整允许的收缩和徐变作用位移后,采用设计地震位移和温度位移是适当的,这样可以保证在常遇地震下不损害,这值可以见各国的要求。

    具有高或然率发生的地震,在伸缩装置设计寿命中不应发生任何损伤,因此根据模式A的要求,地震位移应采用适当的值,建议采用以下合理的数值:

    ·40%的设计地震位移和

    ·根据EN1990的经常作用组合下的其他位移。

    带有保险装置的桥梁

特别是对地震冲击有阻尼的桥梁,限制极限地震作用,设有保险装置承受在使用条件下的水平力,如果保险装置起作用后,可以改变对伸缩装置设计位移的要求(振幅和方向)。

.伸缩装置位移能力试验方法和防水性能试验方法

    标准附录KL给出了详细的伸缩装置位移能力试验方法和防水性能试验方法。

九。各种系列伸缩装置的规定

ETAGn0032-2013《公路桥梁伸缩装置》标准的第二~八部分,详细介绍了各种系列伸缩装置的设计、制造、技术性能要求、性能检验要求与检测方法。各篇中与标准第一部分相通的部分,直接引用了标准第一部分的相关技术条文,针对各种伸缩装置的特点,又分别作了详细的条文规定,受篇幅所限,在此暂不做介绍。


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