CN106381806B - 一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置及施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置及施工工艺，属于桥梁和建筑工程技术领域。包括安装在两相邻梁体上的留槽内的边梁；两个所述边梁相对，两边梁之间留有预留缝；所述预留缝内安装有多个并排布置记忆合金梁体；在所述梁体的两侧各固定有一条外伸支撑横梁；在两所述外伸支撑横梁中的一条上，开有与所述预留缝相对的滑道；所述记忆合金梁体一端安装在一条外伸支撑横梁上的滑道上，另一端搭在另一条外伸支撑横梁上。与现有技术相比，本发明的优点是安全可靠；施工工艺简单、操作方便；整体结构耐久性高；适用范围广；大大减小了车轮荷载的反复冲击作用，提高了伸缩装置和桥梁的使用寿命，降低了桥梁的维护成本。

Description

一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置及施工工艺

技术领域

本发明涉及桥梁和建筑工程技术领域，具体是一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置及施工工艺。

背景技术

桥梁伸缩装置是为车辆和人平稳通过桥面，而在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等材料组成的一种装置，是桥梁构造的重要组成部分之一，其质量高低直接影响着桥梁的服务质量和行车舒适程度，以及桥梁的使用寿命。由于桥梁伸缩装置在应用中直接承受车轮荷载的反复冲击作用，且长期暴露在大气中，使其极易破坏而又较难以修补，因此，在桥梁工程中选用优良的伸缩装置，就显得尤为重要。同时随着我国交通运输事业的迅猛发展，以及道路网络化的发展，桥梁的数量急剧增多、规模迅速的扩大，最终导致桥梁的伸缩装置用量也越来越大，重要性越来越突出。

作为伸缩装置的重要参数，其所预留伸缩缝宽、伸缩体(如中梁、钢板或密胶带等)及浇筑砼等关键指标一直是工程技术领域中的三个难点，若伸缩缝宽太小，伸缩装置因超限挤压凸起而产生跳车，甚至使伸缩装置遭到破坏而失去应有的功能，另外，如果伸缩缝宽过大，在车辆荷载冲击和震动下，边梁、伸缩体和浇筑砼等也极易损坏，产生了另一类跳车，因此，采用过大或过小的伸缩间距，都会导致伸缩装置破损；若伸缩体不能正常移动或伸缩，伸缩装置则会失去应有的功能，造成伸缩间距过大或过小；浇筑砼，在车辆反复瞬时振动冲击荷载作用下，极易引起伸缩装置和锚固系统产生变形并与砼剥离，最终导致伸缩装置破坏，尤其是当伸缩体和伸缩体间的间距较大时，这种破坏作用更为突出。

传统的伸缩装置有四类：模数式伸缩装置、梳齿板式伸缩装置、橡胶式伸缩装置、异型钢单缝式伸缩装置，这些装置在应用中均存在着一些缺陷或不足，即，一方面，由于预留伸缩缝宽，在夏季升温时会挤紧变窄，而到了冬季温度降低时却会拉开增大，因此在应用中造成了装置的伸缩缝宽或大或小地不断变化，特别地，温度越低伸缩缝越宽，极易引起跳车，造成伸缩缝装置起不到应有的功能；另一方面，施工时，要考虑温度影响，比如伸缩装置的设计安装宽度，设计者应按选择合适的安装温度计算确定，若伸缩装置实际安装温度与设计安装温度不同，设计者应按实际安装温度计算实际的安装宽度。其中，已授权的传统伸缩装置，如，在2014年，由秦皇岛路桥建设开发有限公司发明的‘一种桥梁伸缩装置’(专利号CN103911947B)以及由沈阳建筑大学发明的‘齿条式桥梁伸缩装置’(专利号CN103850179B)、2013年由衡水宝力工程橡胶有限公司发明的‘一种模数式梳齿板伸缩装置’(专利号CN103669203B)以及2012年由吴树超发明的‘链式无缝桥梁伸缩装置’(专利号CN102966036B)等装置均存在不足，应用中均不可避免的存在一定的伸缩缝宽度。因此，对于传统的伸缩装置所采用的伸缩机理、施工工艺和结构材料等来说，都难以实现无缝伸缩。

所以，为了提高建筑结构和桥梁工程伸缩装置的伸缩效果以及减少或避免由传统材料制作的伸缩装置在应用中的局限性，解决的方法之一就是寻找新材料，即为了缩小传统的伸缩装置在应用中的局限性，必须采用其它的材料或结构形式对其进行改进。

发明内容

针对上述现有装置存在的问题，本发明提供一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置及施工工艺，能够提高伸缩装置的伸缩效果、耐久性和适用范围，达到对桥梁结构保护的目的，且其施工工艺简单、操作方便、效果安全可靠。

本发明通过以下技术方案实现：一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置，包括安装在两相邻梁体上的留槽内的边梁；两个所述边梁相对，两边梁之间留有预留缝；所述预留缝内安装有多个并排布置记忆合金梁体；在所述梁体的两侧各固定有一条外伸支撑横梁；在两所述外伸支撑横梁中的一条上，开有与所述预留缝相对的滑道；所述记忆合金梁体一端安装在一条外伸支撑横梁上的滑道上，另一端搭在另一条外伸支撑横梁上。

其进一步是：所述记忆合金梁体呈长方体形状，多个记忆合金梁体并排填充在两边梁之间的预留缝内。

所述梁体端部的留槽内设有多个预埋钢筋孔，梁体的预埋钢筋孔内安装有预埋钢筋；多个所述预埋钢筋之间连接有横向筋；在由预埋钢筋和横向筋组成的支架上连接有锚筋；所述锚筋外侧固定所述边梁；在所述梁体端部的留槽内浇筑有与边梁平齐的混凝土层。

在两所述边梁之间连接有胶条，胶条位于所述记忆合金梁体的下方；所述记忆合金梁体与两边梁齐平。

所述梁体上设有与混凝土层齐平的铺装层；在两混凝土层之间的缝隙内填充有泡沫塑料。

一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，包括如下步骤，

①对两个相邻的梁体留槽进行清理；

②在梁体留槽内安装预埋钢筋、横向筋和锚筋；

③将边梁放入梁体留槽内并与锚筋焊接；相邻的两个边梁之间留有预留缝；

④将泡沫塑料放入边梁下方、两梁体留槽之间的构造缝内；

⑤安装模板，浇筑混凝土层；

⑥在两边梁之间安装胶条；

⑦将多个记忆合金梁体作为中梁并排依次安放到两个边梁之间的预留缝内，直至将缝完全填充。

其进一步是：记忆合金梁体的加工方法如下：

①对形状记忆合金在母相状态下采用机械加工工序；

将形状记忆合金坯料加工成等截面矩形的初始记忆合金构件，其宽度尺寸不小于40mm，高度尺寸不小于50mm，长度尺寸不小于相邻外伸支撑横梁的支撑跨度；

②对初始记忆合金构件进行形状记忆处理；

在一定的温度环境下对处于马氏体状态的初始记忆合金构件进行热机械循环训练；使初始记忆合金构件长度伸长2％～8％，宽度尺寸缩小2％～8％，高度尺寸保持不变；宽度缩小后初始记忆合金构件的宽度不小于40mm；

③经过上述步骤得到记忆合金梁体。

为保证在等于或者小于5℃的环境温度变化下，多个所述记忆合金梁体总的热缩量或冷胀量等于边梁之间的预留缝的变化量，采用如下方法：

①将预施工的实地环境温度变化范围划分为多等份，每一等份对应有一根记忆合金梁体；

②记忆合金梁体在对应的一等份温度范围内具有双程形状记忆效应；记忆合金梁体截面宽度尺寸方向具有热缩和冷胀物理特性，长度方向具有热胀和冷缩特性，高度尺寸始终不变。

当相邻的两个边梁之间的预留缝宽度大于320mm时，多个所述记忆合金梁体上表面防滑处理。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、安全可靠：本发明伸缩装置为无缝结构，大大减小了车轮荷载的反复冲击作用，提高了伸缩装置和桥梁的使用寿命，降低了桥梁的维护成本。

2、施工工艺简单、操作方便：只需通过对形状记忆合金构件进行处理，就可以得到热缩和冷胀的记忆合金梁体，以弥补桥台热胀和冷缩的变形，如要求的桥台热胀和冷缩的变形大，则设计的记忆合金梁体尺寸变形也较大。

3、整体结构耐久性高：由于记忆合金梁体具有较大的回复变形、良好的耐腐蚀性、较好的塑性、较高的强度以及疲劳寿命长和环境因素影响小等优点，使得伸缩装置的耐久性较高。

4、适用范围广：将普通金属材料的中梁用记忆合金梁体来代替，显著地扩大了伸缩装置的应用范围，使得此类伸缩装置不仅适用于温差小的地区，而且也适用于温差较大的地区，不仅适用单缝，而且也适用于多缝伸缩装置。

附图说明

图1为本发明的施工过程流程图；

图2为本发明的平面示意图；

图3为图2中记忆合金梁体最短状态的示意图；

图4为图2中记忆合金梁体最长状态的示意图；

图5为图2中有外伸支撑横梁的梁体的主视图；

图6为图2中有外伸支撑横梁的梁体的俯视图；

图7为图2中无外伸支撑横梁的梁体的主视图；

图8为图2中无外伸支撑横梁的梁体的俯视图。

图中：1、梁体，2、预埋钢筋，3、外伸支撑横梁，4、滑道，5、泡沫塑料，6、铺装层，7、浇注砼，8、边梁，9、记忆合金梁体，10、胶条，11、锚筋，12、横向筋。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。

如图2至图8所示，一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置，伸缩装置安装在两相邻梁体1上的留槽内；梁体1端部的留槽内设有多个预埋钢筋孔，梁体1的预埋钢筋孔内安装竖向的预埋钢筋2；多个预埋钢筋2之间连接有横向筋12，在梁体1留槽内形成一个由预埋钢筋2和横向筋12组成的支架；在这个支架上焊接有U型的锚筋11，锚筋11勾住支架，在锚筋11外侧焊接边梁8；在梁体1端部的留槽内浇筑与边梁8平齐的混凝土层7，梁体1上设有与混凝土层7齐平的铺装层6；；在两混凝土层7之间的缝隙内填充泡沫塑料5；两个边梁8相对，两边梁8之间留有预留缝。如图5至图8所示，两个梁体1中，有一个梁体1的两侧固定有外伸支撑横梁3；在其中一条外伸支撑横梁3的上表面，开有与预留缝相对的滑道4。如图3、图4所示，记忆合金梁体9呈长方体形状，多个设计好的记忆合金梁体9作为中梁并排填充在两边梁8之间的预留缝内，直至将缝完全填充，记忆合金梁体9上表面与边梁上表面保持顺高程；记忆合金梁体9一端安装在一条外伸支撑横梁3上的滑道4上，另一端搭在另一条外伸支撑横梁3上；两边梁8之间连接有胶条10，胶条10位于记忆合金梁体9的下方。

记忆合金梁体9是预先设计好的，每根记忆合金梁体9的一端固定在一外伸支撑横梁3的滑道4上，另一端自由放在另一外伸支撑横梁3上；这样，能保证记忆合金梁体9在边梁8之间往返移动，随后依靠记忆合金梁体9热缩和冷胀的特性来弥补桥台热胀和冷缩的变形，进而达到无缝的目的，这种伸缩装置大大减小了车轮荷载的反复冲击作用，提高了伸缩装置和桥梁的使用寿命，降低了桥梁的维护成本。

如图1至图8所示，一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，采用上述的一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置，其具体步骤如下：

一加工出记忆合金梁体9，方法如下：

①设计记忆合金梁体9的双程形状记忆；

为保证在等于或者小于5℃的环境温度变化下，多个记忆合金梁体9总的热缩量或冷胀量等于边梁8之间的预留缝的变化量；将预施工的实地环境温度变化范围划分为多等份，每一等份对应有一根记忆合金梁体9；保证记忆合金梁体9在对应的一等份温度范围内具有双程形状记忆效应；记忆合金梁体9截面宽度尺寸方向具有热缩和冷胀物理特性，长度方向具有热胀和冷缩特性，高度尺寸始终不变；

例如：假设实地环境温度变化范围为-10℃～40℃，设定5℃的环境温度变化，可将实地环境温度变化范围-10℃～40℃划分为10等份，各等分依次为-10℃～-5℃，-5℃～0℃…,30℃～35℃,35℃～40℃。共需要10根梁体，每一等份对应有一根记忆合金梁体，采用的记忆合金梁体在对应的一等份温度范围内具有双程形状记忆效应(比如，在30℃～35℃等份温度内，那么当环境温度超过35℃时，这根梁体宽度尺寸就会自动减小一设计的恒定量，这一恒定量和两桥台间构造缝宽的变化量相等，否则低于30℃的话，梁体的宽度尺寸就会自动增大同一值)

②对形状记忆合金在母相状态下采用机械加工工序；

将形状记忆合金坯料加工成等截面矩形的初始记忆合金构件，其宽度尺寸不小于40mm，高度尺寸不小于50mm，长度尺寸不小于相邻外伸支撑横梁的支撑跨度；

③根据步骤①设计对初始记忆合金构件进行形状记忆处理；

在一定温度环境下(对应的是步骤①中的设计温度变化范围)对处于马氏体状态的初始记忆合金构件进行热机械循环训练；使初始记忆合金构件长度伸长2％～8％，宽度尺寸缩小2％～8％，高度尺寸保持不变；宽度缩小后初始记忆合金构件的宽度不小于40mm；

④经过上述步骤得到双程形状记忆效应的记忆合金梁体9。

当相邻的两个边梁8之间的预留缝宽度大于320mm时，记忆合金梁体9上表面防滑处理。

二施工安装，方法如下：

①对两个相邻的梁体1留槽进行清理；

②在梁体1留槽内安装预埋钢筋2、横向筋12和锚筋11；

③将边梁8放入梁体1留槽内并与锚筋11焊接；相邻的两个边梁8之间留有预留缝；预留缝的宽度是根据实地环境温度、记忆合金梁体9、梁体1的物理特性(如跨长、热胀冷缩和蠕变等)和两梁体1间构造缝宽进行设计；预留缝宽和构造缝宽可以不等；

④将泡沫塑料5放入边梁8下方、两梁体1留槽之间的构造缝内；

⑤安装模板，浇筑混凝土层7；

⑥在两边梁8之间安装胶条10；

⑦将多个记忆合金梁体9作为中梁并排依次安放到两个边梁8之间的预留缝内，直至将缝完全填充。

本领域设计技术人员应当理解本发明的主体思路，虽然本发明是对一个矩形截面的记忆合金梁体进行描述的，但是本发明适用范围并非仅仅局限于此。举例来说，本领域技术人员完全可以将图2中记忆合金梁体9设计为工字形等其它形式，又可将其扩展为梳齿板式伸缩装置，还可以将其设计成为单缝式伸缩装置结构等等，以图2进行具体的描述仅仅是为了清楚说明本发明的思路，本领域设计技术人员应当理解其精髓，只要利用形状记忆合金进行伸缩装置设计的思想均为本发明的保护范围。

本发明的伸缩工作机理是：当两梁体1(桥台)间的构造缝和预留缝宽因温度变化而变大或变小时，记忆合金梁体9宽度就同时发生变小或变大，但两者的变化量相等，即其一的膨胀量等于另一的伸缩量，于是通过记忆合金梁体9热缩和冷胀的特性弥补了普通材料因热胀和冷缩带来的缺陷，保证了预留缝处一直保持无缝伸缩。因此，相对传统的伸缩装置，本发明具有缝隙小，甚至无缝隙，施工方便，造价成本低等优点，归根结底是因为此类伸缩装置的伸缩体具有热缩和冷胀的特性。综上所述，采用新材料记忆合金进行结构重新设计，则可以很容易地使伸缩装置的性能、适用性等得到很大的改善和提高。

由上述结构可见，本发明伸缩装置通过在传统的伸缩装置的基础上，吸取了新型形状记忆合金材料的优点，把原来由普通材料的伸缩体组成的伸缩装置改为形状记忆合金构件来代替，借助于形状记忆合金(如镍钛合金)本身具有的优点，即，较大的回复力和变形、较高的耐腐蚀性、较高的强度、较好的塑性等特性，此外还具有疲劳寿命长和环境因素影响小等优点，进而大大降低了伸缩装置在应用中的局限性，所以伸缩装置的伸缩体就不必依靠中梁来提供充当，而是简单地通过形状记忆合金构件来达到目的。同时，伸缩装置的伸缩控制就转化为对记忆合金构件的记忆效应处理，而记忆效应的处理只需根据工程的需要对记忆合金构件进行一定的热-机械加工工序即可，这样对现场施工来说，其施工工艺和设备简单、操作方便、效果安全可靠。由此可见，无缝形状记忆合金伸缩装置不仅提高了结构的安全性、耐久性和适用范围，而且还表现在其施工工艺简单、可靠、投资和造价费用低等优点。

Claims (4)

1.一种自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，

所述自动无缝形状记忆合金伸缩装置包括安装在两相邻梁体(1)上的留槽内的边梁(8)；两个所述边梁(8)相对，两边梁(8)之间留有预留缝；所述预留缝内安装有多个并排布置记忆合金梁体(9)；在所述梁体(1)的两侧各固定有一条外伸支撑横梁(3)；在两所述外伸支撑横梁(3)中的一条上，开有与所述预留缝相对的滑道(4)；所述记忆合金梁体(9)一端安装在一条外伸支撑横梁(3)上的滑道(4)上，另一端搭在另一条外伸支撑横梁(3)上；所述记忆合金梁体(9)呈长方体形状，多个记忆合金梁体(9)并排填充在两边梁(8)之间的预留缝内；

所述梁体(1)端部的留槽内设有多个预埋钢筋孔，梁体(1)的预埋钢筋孔内安装有预埋钢筋(2)；多个所述预埋钢筋(2)之间连接有横向筋(12)；在由预埋钢筋(2)和横向筋(12)组成的支架上连接有锚筋(11)；所述锚筋(11)外侧固定所述边梁(8)；在所述梁体(1)端部的留槽内浇筑有与边梁(8)平齐的混凝土层(7)；

在两所述边梁(8)之间连接有胶条(10)，胶条(10)位于所述记忆合金梁体(9)的下方；所述记忆合金梁体(9)与两边梁(8)齐平；

所述梁体(1)上设有与混凝土层(7)齐平的铺装层(6)；在两混凝土层(7)之间的缝隙内填充有泡沫塑料(5)；

其特征在于：

所述施工工艺包括如下步骤，

①对两个相邻的梁体(1)留槽进行清理；

②在梁体(1)留槽内安装预埋钢筋(2)、横向筋(12)和锚筋(11)；

③将边梁(8)放入梁体(1)留槽内并与锚筋(11)焊接；相邻的两个边梁(8)之间留有预留缝；

④将泡沫塑料(5)放入边梁(8)下方、两梁体(1)留槽之间的构造缝内；

⑤安装模板，浇筑混凝土层(7)；

⑥在两边梁(8)之间安装胶条(10)；

⑦将多个记忆合金梁体(9)作为中梁并排依次安放到两个边梁(8)之间的预留缝内，直至将缝完全填充。

2.根据权利要求1所述的自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，其特征在于：记忆合金梁体(9)的加工方法如下：

①对形状记忆合金在母相状态下采用机械加工工序；

将形状记忆合金坯料加工成等截面矩形的初始记忆合金构件，其宽度尺寸不小于40mm，高度尺寸不小于50mm，长度尺寸不小于相邻外伸支撑横梁的支撑跨度；

②对初始记忆合金构件进行形状记忆处理；

在一定的温度环境下对处于马氏体状态的初始记忆合金构件进行热机械循环训练；使初始记忆合金构件长度伸长2％～8％，宽度尺寸缩小2％～8％，高度尺寸保持不变；宽度缩小后初始记忆合金构件的宽度不小于40mm；

③经过上述步骤得到记忆合金梁体(9)。

3.根据权利要求1所述的自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，其特征在于：为保证在等于或者小于5℃的环境温度变化下，多个所述记忆合金梁体(9)总的热缩量或冷胀量等于边梁(8)之间的预留缝的变化量，采用如下方法：

①将预施工的实地环境温度变化范围划分为多等份，每一等份对应有一根记忆合金梁体(9)；

②记忆合金梁体(9)在对应的一等份温度范围内具有双程形状记忆效应；记忆合金梁体(9)截面宽度尺寸方向具有热缩和冷胀物理特性，长度方向具有热胀和冷缩特性，高度尺寸始终不变。

4.根据权利要求1所述的自动无缝形状记忆合金伸缩装置的施工工艺，其特征在于：当相邻的两个边梁(8)之间的预留缝宽度大于320mm时，多个所述记忆合金梁体(9)上表面防滑处理。