熊 亮, 谢玉萌, 桂永全
(1.安徽皖通高速公路股份有限公司,安徽 合肥 230088;2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230088;3.安徽蒙达交通科技有限公司,安徽 合肥 230088)
随着高速公路的不断增长,桥梁的总量和里程不断扩大,人们对行车安全性、舒适度的要求越来越高。桥梁伸缩装置作为桥梁的重要构件,对桥梁安全运行有着重要作用。[1]
目前,高速公路常用的桥梁伸缩装置主要有模数式、梳齿板式和异型钢单缝式。[2]这些类型的伸缩缝装置皆由钢结构组成,其与桥梁混凝土在结构上为刚性连接,在行车荷载作用下易出现晃动,噪声较大。市场上应用的降噪伸缩装置有的是在伸缩装置表面设置降噪板,有的是在伸缩装置下方设置隔声装置等措施,以达到降低冲击噪声的目的。
本文研发的伸缩装置是采用高分子碳聚复合材料为表层,降低了伸缩装置表面刚度,减少了冲击振动,从而可降低行车噪声。
碳聚复合材料梳齿伸缩装置采用高分子碳聚复合材料制作,通过高分子碳聚复合材料自身的弹性变形,可以达到多向变位功能。该伸缩装置由固定梳齿板、跨缝梳齿板、内嵌钢板、导水装置、锚固螺栓等组成。
该伸缩装置为复合结构,分为两层,其中以高分子聚合物材料为表层,以钢板为内嵌层,总体由梳齿部位和跨缝部位组成,如图1所示。
1—固定梳齿板;2—跨缝梳齿板;3—内嵌钢板;4—锚固螺栓;5—导水装置;6—不锈钢滑板;7—预埋钢筋;8—梁体图1 碳聚复合材料梳齿伸缩装置结构示意图
碳聚复合材料梳齿伸缩装置,梳齿相邻的垂直侧面均设置可以榫卯连接结构,能有效解决伸缩装置的梳齿无约束限位的问题。
伸缩装置噪声的一个主要来源是伸缩装置本身与道路路面有高差,导致道路凹凸不平,车辆经过伸缩装置时,会产生较大的振动,从而产生较大的噪声,因此提高伸缩装置与路面的平整度显得尤为重要。
本文基于碳聚复合材料梳齿伸缩装置的性能特点,提出以下施工技术要求:
(1) 碳聚复合材料梳齿伸缩装置安装时,沿桥面横坡方向,每米设置一个点测量水平标高,并用水平尺或板尺定位,顶面标高应符合设计要求。应防止产生梳齿不平、扭曲及其他变形,严格控制由于伸缩方向的误差及横向伸缩等原因造成梳齿之间的间隙偏差。
(2) 槽口混凝土强度应符合设计要求,表面应平整,与路面衔接平顺;混凝土表面不应出现缺损、空鼓、孔洞等,否则应进行修补。
(3) 施工完成后,伸缩装置顶面与两侧路面保持平整。
碳聚复合材料梳齿伸缩装置采用高分子碳聚复合材料,为柔性材料,可降低伸缩装置表面刚度,减少冲击振动,起到降噪效果。该伸缩装置已在我省多座高速桥梁上应用。
公路交通噪声影响因素较多,比如行车速度、车辆类型、车辆轴重等。由于测量仪器设备、测量点位选择、时间段选定、具体实测方法等均没有相关规范进行明确规定,因此本文通过调研,提出一套适用于公路桥梁伸缩装置的噪声性能试验方法,为伸缩装置降噪研究提供一定的参考与借鉴。
3.1 试件
试件采用伸缩量型号相同,组装完成后的碳聚复合材料梳齿伸缩装置以及传统模数式、梳齿板伸缩缝,在相同条件下进行对照试验。
3.2 试验设备
3.2.1 测量仪器
测量用声级计或其他等效测量系统。
3.2.2 车辆设备
试验选择整备质量1 300～2 000 kg的包括驾驶员在内,座位数不超过9座的载客车辆,匀速通过传统伸缩缝测点和碳聚复合材料梳齿伸缩装置测点。
3.3 试验场地
试验现场选择高速公路上传统伸缩缝和碳聚复合材料梳齿伸缩装置相邻位置,要求两个伸缩装置之间距离在10～200 m。试验路面良好,不宜产生过大的轮胎噪声。
3.4 试验条件
在无大雨、无雷电且风速不超过5 m/s,环境噪声不高于60 dB(A),单个车辆通过且无突发噪声干扰的平坦路面上进行试验。
3.5 试验方法
试验方法如下:
(1) 噪声值测点设置于路面1.2 m高度处(可采用支架固定),距行驶中心线外3 m;碳聚复合材料梳齿伸缩装置噪声值测点与传统伸缩装置噪声值测点保证10～200 m距离。
(2) 选取9座以下载客车辆,匀速依次通过传统伸缩缝和碳聚复合材料梳齿伸缩装置测点,分别测量车辆通过传统伸缩缝和碳聚复合材料梳齿伸缩装置的最大噪声级。测量时长为10 s,取最大值为最大噪声级。
(3) 同一测点至少采集3组测量数据,取各次测量最大噪声级的算术平均值为该测点的最终结果。不满足试验场地和条件的测量数据为无效数据。
3.6 试验结果形式
测量结束后,分别记录每个有效测量的最大噪声级,计算各次测量最大噪声级的算术平均值,并根据下列公式计算新型伸缩装置的减噪水平LD值。计算公式为:
LD=LC-LX
式中:LC为测试车辆通过传统伸缩缝的最大噪声级LAmax的算术平均值,dB(A);LX为测试车辆通过碳聚复合材料梳齿伸缩装置最大噪声级LAmax的算术平均值,dB(A)。
为研究碳聚复合材料梳齿伸缩装置降噪性能,本文依托安装完成后的碳聚复合材料梳齿伸缩装置和其他伸缩装置进行了噪声检测对比,选取了安庆长江公路大桥引桥、怀洪新河大桥、涡河大桥、马鞍山长江公路大桥引桥、合淮阜大桥5座桥梁。这5座桥梁由于原伸缩装置产生了损坏,更换为碳聚复合材料梳齿伸缩装置,将碳聚复合材料梳齿伸缩装置和同一路段的其他伸缩装置进行噪声检测对比。
检测车辆选取小型车辆,平均车速在100 km/h。噪声检测结果见表1。
表1 伸缩缝装置噪声对比表
从表1数据可以看出,碳聚复合材料梳齿伸缩装置噪声低于同型号的模数式伸缩装置,由于环境噪声较高,因此检测出来的降噪水平并不明显,为3.1～4.8 dB。
马鞍山长江公路大桥引桥由于靠近居民区域,原模数式伸缩装置噪声较大,附近居民生活经常受到影响,更换为碳聚复合材料梳齿伸缩装置后,虽然检测出桥上噪声水平仅降低4.8 dB,但在居民区感受到的环境噪声下降在16 dB以上。因此碳聚复合材料梳齿伸缩装置具有一定的降噪水平,可以有效缓解公路桥梁和城市高架道路的噪声问题,减少沿线居民投诉,对公路桥梁建设及促进城市环保改善具有重要积极意义,从而产生了较好的社会效益。
(1) 本文研发了一种伸缩装置,以高分子碳聚复合材料为表层,降低了伸缩装置表面刚度,减少了冲击振动,从而降低行车噪声。分析了该伸缩装置的结构特点,提出了碳聚复合材料梳齿伸缩装置施工技术要求。
(2) 创新性地提出一套适用于公路桥梁伸缩装置的噪声性能试验方法,可为伸缩装置降噪研究提供一定的参考。
(3) 依托实际工程对碳聚复合材料梳齿伸缩装置和其他伸缩装置进行噪声检测对比。结果表明碳聚复合材料梳齿伸缩装置噪声低于同型号的模数式伸缩装置,具有一定的降噪水平,既可改善道路周边居民的生活环境,又能使车辆行驶平稳舒适,应用前景广阔。
(4) 现行行业标准对伸缩装置产生的噪声没有明确的规定,相关的检测方法对于降到多少分贝才可称为降噪装置也无相关规定。因此,广大技术人员需要通过实际应用进一步积累经验,同时加强降噪理论研究,采用新技术、新材料改进和完善现有伸缩装置结构性能、降噪性能,并加强施工养护,提高伸缩装置耐久性,为推动我国桥梁伸缩装置新发展贡献智慧和力量。
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