一种公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置.pdf

本发明公开了一种公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：复合结构为两层复合结构或为三层复合结构；两层复合结构是以高分子聚合物为表层，以钢板为垫层，垫层位于表层的底部作为底层；三层复合结构是以高分子聚合物为表层，以钢板为垫层，垫层为中间层，在垫层的底部具有以高分子聚合物为材质的底面层。本发明可以很好地解决伸缩缝多向变形位移所导致伸缩缝损坏问题和耐久性问题。

1.  一种公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述复合结构为两层复合结构或为三层复合结构；
所述两层复合结构是以高分子聚合物为表层(1)，以钢板为垫层(2)，所述垫层(2)位于表层的底部作为底层；
所述三层复合结构是以高分子聚合物为表层(1)，以钢板为垫层(2)，所述垫层(2)为中间层，在所述垫层(2)的底部具有以高分子聚合物为材质的底面层(3)。

2.  根据权利要求1所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述复合结构伸缩装置是以左半部(4a)和右半部(4b)以梳齿形边相互嵌插，在与所述梳齿形边相对的另一边设置有固定用螺栓孔。

3.  根据权利要求2所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述复合结构伸缩装置中的垫层(2)在所述表层(1)的底部为全面覆盖表层(1)或局部覆盖表层(1)，所述局部覆盖表层(1)是指覆盖不包括螺栓孔所在位置和/或覆盖不包括梳齿所在位置。

4.  根据权利要求1所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述表层(1)、垫层(2)和底面层(3)为分体预制成的构件，所述各分体预制成的构件按设定的结构进行组装构成复合结构伸缩装置。

5.  根据权利要求1所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述作为垫层(2)的钢板为平板钢板或为格栅钢板。

6.  根据权利要求1所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述表层(1)是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG或合成橡胶为材质；或是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG和合成橡胶中的一种或多种任意组合的组合物为材质。

7.  根据权利要求5所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述底面层(3)与表层(1)的材质相同，或是以聚脲、或是以聚氨酯、或是以环氧树脂为材质。

8.  根据权利要求1所述的公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，其特征是：所述垫层(2)的厚度为10～90mm；所述表面的厚度为10～50mm，所述底面层的厚度为2～10mm。

一种公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置
技术领域
本发明涉及一种交通公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，确切地说是一种公路桥梁的伸缩缝聚合物复合结构体系，可以采用工厂模块化预制，工地现场安装在路面的伸缩缝位置上。
背景技术
公路桥梁伸缩装置，是在公路桥梁结构物连接端之间设置的能自由变形的跨缝装置，其功能是使桥梁结构物在气温变化及混凝土或钢材收缩、蠕变位移，以及动荷载等因素的作用下，能够保持自由多维方向的伸缩，以适应公路桥梁结构的各种变形，为一个保障公路桥梁正常运行中必不可少的结构性装置。
公路桥梁伸缩装置除了必须具备使汽车行驶舒适、平顺、无噪音、防水防杂物渗入功能之外，还必须经久耐用，安装施工简便易行，维修方便。其材料性能和装置结构设计会直接影响到公路桥梁的运营服务质量及使用年限，特别是对于高架公路、长大跨径和连续式长桥，公路桥梁伸缩缝尤其重要，一旦发生病害将改变桥梁正常的受力状态，甚至会威胁到公路桥梁的结构安全、行车安全和桥梁的使用寿命。
随着交通量和重型车的迅速增加，特别是近年来超载现象严重，使公路桥梁伸缩装置的破坏情况越来越严重，公路桥梁的伸缩装置使用中长期暴露在野外大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难以修补的部位。现有伸缩装置完全采用单纯钢材制造，尽管采用不同机械结构连接设计，但并没有完全解决伸缩装置存在的问题。伸缩装置刚性和柔性难以达到平衡兼顾，增加伸缩装置的柔性，则不能保证伸缩缝的行车安全和保护公路桥梁构件的端部；增加伸缩装置的刚性，则常常无法适应伸缩缝部位的多向变位，导致伸缩装置安装锚固件等部件的断裂损坏。公路桥梁伸缩装置过早的破坏是目前桥梁工程中经常碰到的一个问题，也是当今桥梁施工和维护中的难题之一。有些公路桥梁通车一年时间左右，就出现了损坏现象，并伴随时间的推移，损坏程度逐渐加剧。同时，伸缩装置的更换也给业主带来多种多样的困难，如更换施工时间长，直接影响到日常交通运行，野外作业受到自然天气而影响到施工质量等。
传统的伸缩装置修补方法是将伸缩装置整体凿出，安装新的伸缩装置后，浇筑混凝土养护，养护周期在20天左右。因此，公路桥梁伸缩装置成为制约大跨径钢桥建设和发展的一项关键技术。
发明内容
本发明是为避免上述现有伸缩装置技术所存在的不足之处，提供一种公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置，利用不同材料特性和结构组成使伸缩装置不但保证结构刚性，而且具有较好的柔性，以期能够很好地解决伸缩缝多向变形位移所导致伸缩缝损坏问题和耐久性的问题。特别是具有适用范围广、安装方便和造价低的特点，以利于解决已建的或正在建设的或即将建设的钢桥的公路桥梁伸缩缝问题。采用常温快速铺装简化施工方法，提高施工效率；在充分满足公路桥梁伸缩装置的技术条件下，实现模块化铺装，提高铺装质量，提高桥梁的耐久性和延长使用寿命。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点是：所述复合结构为两层复合结构或为三层复合结构。
所述两层复合结构是以高分子聚合物为表层，以钢板为垫层，所述垫层位于表层的底部作为底层。
所述三层复合结构是以高分子聚合物为表层，以钢板为垫层，所述垫层为中间层，在所述垫层的底部具有以高分子聚合物为材质的底面层。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述复合结构伸缩装置是以左半部和右半部以梳齿形边相互嵌插，在与所述梳齿形边相对的另一边设置有固定用螺栓孔。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述复合结构伸缩装置中的垫层在所述表层的底部为全面覆盖表层或局部覆盖表层，所述局部覆盖表层是指覆盖不包括螺栓孔所在位置和/或覆盖不包括梳齿所在位置。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述表层、垫层和底面层为分体预制成的构件，所述各分体预制成的构件按设定的结构进行组装构成复合结构伸缩装置。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述作为垫层的钢板为平板钢板或为格栅钢板。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述表层是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG或合成橡胶为材质；或是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG和合成橡胶中的一种或多种任意组合的组合物为材质。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述底面层与表层的材质相同，或是以聚脲、或是以聚氨酯、或是以环氧树脂为材质。
本发明公路桥梁自适应多向变位复合结构伸缩装置的结构特点也在于：所述垫层的厚度为10～90mm；所述表面的厚度为10～50mm，所述底面层的厚度为2～10mm。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明构造简单，用钢量少，具有很好的多方位变形协调性、抗疲劳性能、高温稳定性和低温抗裂性、防水防渗性。其在公路桥梁中实施，行车舒适、施工简便易行、快速安装、不跳车、环保低噪声。能适应宽桥、曲线桥、斜桥等伸缩缝结构在多方位的变形，当各种车辆过桥梁时，能均匀分布水平力，吸收部分振动，从而延长桥梁寿命。
2、本发明在常温下进行快速铺装施工，实现模块化铺装，安装和更换方便，大大简化了施工方法和技术要求，提高施工效率。能在短时间内达到通车使用条件，因此能够快速开放交通，对日常交通设施运行的影响减到最小程度。适合大跨度钢桥的伸缩装置，也适合城市高架桥梁、高等级公路、高速公路伸缩装置的快速安装和维修工程。
附图说明
图1为本发明采用两层复合结构断面示意图；
图2为本发明采用三层复合结构断面示意图；
图3为本发明俯视结构示意图；
图4a和图4b为本发明采用两层复合结构不同实施方式断面示意图；
图5为本发明采用三层复合结构具体实施断面示意图；
图6为本发明安装结构示意图；
图中标号：1表层，2垫层，3底面层，4a左半部，4b右半部，6伸缩缝，7锚固螺栓，8混凝土层。
具体实施方式
本实施例中公路桥梁复合结构伸缩装置的结构形式是：
图1所示复合结构为两层复合结构，两层复合结构是以高分子聚合物为表层1，以钢板为垫层2，所述垫层2位于表层的底部作为底层；
图2所示复合结构为三层复合结构，三层复合结构是以高分子聚合物为表层1，以钢板为垫层2，所述垫层2为中间层，在所述垫层2的底部具有以高分子聚合物为材质的底面层3；垫层2的厚度为10～90mm；所述表面的厚度为10～50mm，所述底面层的厚度为2～10mm。
图3所示，本实施例中复合结构伸缩装置是以左半部4a和右半部4b以梳齿形边相互嵌插，在与梳齿形边相对的另一边设置有固定用螺栓孔。相互啮合的支承式构造其结构刚度大，同时具有柔性，可承受较大的多维方向变位。
具体实施中，复合结构伸缩装置中的垫层2在所述表层1的底部可以为如图4b所示的全面覆盖表层1；也可以为如图4a和图5所示的局部覆盖表层1，局部覆盖表层1是指覆盖不包括螺栓孔所在位置和/或覆盖不包括梳齿所在位置。
图5所示为三层复合结构，其同样是以左半部4a和右半部4b以梳齿形边相互嵌插。
具体实施中，表层1、垫层2和底面层3为分体预制成的构件，各分体预制成的构件按设定的结构进行组装构成复合结构伸缩装置，各构件之间采用弹性聚合物胶粘剂和/或热熔聚乙烯锚栓、和/或金属锚栓紧固件进行复合。作为垫层2的钢板为平板钢板或为格栅钢板。
表层1是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG或合成橡胶为材质；或是以超高分子量聚乙烯UHMWPE、高密度聚乙烯HDPE、聚乙二醇PEG和合成橡胶中的一种或多种任意组合的组合物为材质；
底面层3与表层1的材质相同，或是以聚脲、或是以聚氨酯、或是以环氧树脂为材质。
图6所示是以复合结构伸缩装置中右半部4b跨越公路桥梁的伸缩缝6，两端以锚固螺栓7锚固在预埋件中，预埋件是预埋在混凝土层8中。
关于复合结构的加工：
实施例1：
按重量份取原料：
超高分子量聚乙烯UHMWPE为95份、
炭黑2.5份、碳纤维1份、和云母粉1.5份；
所有原料充分搅拌混合均匀热压成型分别作为表层的底面层，用弹性聚合物胶粘剂和金属锚栓紧固件与钢板垫层按层状叠加组装成型。
实施例2：
按重量份取原料：
超高分子量聚乙烯UHMWPE为90份、
高密度聚乙烯HDPE为3份、
聚乙二醇PEG为2份、
炭黑2份、玻璃纤维3份；
所有原料充分搅拌混合均匀热压成型作为表层；底面层采用浇铸型的聚脲产品；
首先使用弹性聚合物胶粘剂和金属锚栓紧固件，将表层与钢板垫层按层状叠加形成复合体，再将底面层材质原料与复合体浇铸复合成型。
实施例3：
按重量份取原料：
超高分子量聚乙烯UHMWPE为90份、
高密度聚乙烯HDPE为4份、
聚丙烯PP为2份、炭黑1份、玻璃纤维2份和石英粉1份；
所有原料充分搅拌混合均匀热压成型作为表层，底面层采用浇铸型聚氨酯产品；
首先用弹性聚合物胶粘剂和金属锚栓紧固件，将表层与钢板垫层按层状叠加形成复合体，再将底面层材料原料与复合体进行浇铸复合成型。
本发明借助高分子聚合物的材料特性，适应于多方位的变形以及高耐候和高耐磨性。除具有普通伸缩缝的竖向刚度与压缩变形，且能承受垂直荷载及适应梁端转动外，还可利用高分子聚合物本身的柔性，及其与梁底不锈钢板间的低摩擦系数，可使公路桥梁构件的多向位移较容易，特别是伸缩装置构件的复合结构还可有效吸收行车所产生的冲击荷载，大大降低车辆通过伸缩装置的行车噪声，尤其适用于模块化公路桥梁构件，大跨度桥梁、简支梁连续板桥和多跨连续梁桥等公路桥梁的安装使用。