一条平整的桥面上,忽然横着几排钢齿。两边像梳子一样交错,齿间还留着黑色的空隙。车轮压过去,可能传来短促的一声响。

明明能把路铺平,为什么偏要留下这道口子?因为桥面需要供车辆通过,桥体本身也需要活动。

桥面两端的钢齿交错排列,齿间留出活动间隙,下方可见分开的桥面构件。
梳齿形伸缩缝的结构场景示意,不是具体桥梁的施工图;间隙与构件尺寸不按真实比例。

大桥也会随温度改变长度

钢材、混凝土等材料在通常的温度范围内会热胀冷缩。单独一小块材料的变化不显眼,沿着很长的梁累积起来,就可能成为需要专门处理的位移。

想象桥梁的一段梁体:温度升高,梁端向外伸出;温度降低,又往回退。如果把本来要相对移动的两个端头完全顶死,变形受到约束,就会产生额外的内力。路面、接缝附近的混凝土及其他构件,都可能因此承受不利作用。

伸缩缝给这些相对位移预留空间。 对一种常见的活动安排来说,梁体变长时接缝收窄,变短时接缝张开。实际变化还取决于固定点、支座以及相邻梁段怎样移动,不能只看气温就替任何一座桥判断缝应有多宽。[1]

留出空隙,也要让车轮过得去

直接挖一道大口子,虽然给了移动空间,却会妨碍车辆通行。伸缩装置要同时处理两个要求:允许构件移动,又在接缝处提供合适的通行表面。

梳齿形装置很容易看懂。两侧钢齿相互插入,但并不焊成一整块。间隙改变时,钢齿之间保有相对移动的余量;交错的形状则让车轮经过接缝时,不必跨过一道同样宽、毫无遮拦的直口。

还有采用橡胶密封条、多个缝隙及其他构造的装置。允许移动的范围、车辆荷载、防水排水、耐久性和后期更换,都会影响选型。看起来只有一条线,下面其实有一组需要协同工作的零件。

活动余量与减震器,有什么区别

温度变化之外,混凝土收缩、徐变,以及车辆作用下梁端的变形与转动,也可能进入接缝和支座的设计考虑。伸缩缝的作用,是在允许的方向和范围内容纳这些相对运动。[1]

因此,把它理解成“给大桥留一点活动余量”很合适;把它当作能消除所有震动的万能缓冲带,就会误解它的职责。桥梁的承重、变形控制和振动响应,要由梁、桥墩、支座等整体结构共同处理。一道伸缩缝也无法保证桥面永不开裂、构件永不受损。

车辆经过时的冲击与反复受力,还会成为伸缩装置自身需要承受的工作条件。

能活动的缝,也需要维护

如果间隙被砂石等杂物塞满,设计留出的活动余量就可能受影响;密封或排水失效,水也可能进入接缝下方。检查时要看开口、松动、磨损、渗漏和相邻构件,而不只是问“这条缝还在不在”。

同一条缝在不同温度下宽度可能不同,所以检查规程要求把测得的开口与当时温度一起记录。[2]

也并非所有桥梁都要每隔固定距离切一道缝。连续结构、整体式桥台等安排,可以在适当条件下减少接缝,把位移交给其他结构环节处理。[3]

再经过那几排钢齿时,可以留意它们怎样交错、缝口怎样连接桥面。看似打断道路的一道间隙,正是在替一座会伸长、会缩短、会受力变形的大桥安排活动空间。