开车经过某些桥梁时,你可能会看到一块黄底黑字的菱形警示牌,上面写着“开缝”。有时候,标志上还会配一张自行车或摩托车的简笔画。这块牌子想表达的意思很直白:前方路面有缝隙,骑两轮车的人如果毫无防备冲上去,车轮可能卡进缝里导致摔车。美国国家公路交通安全管理局的数据早就告诉我们,摩托车本身就是高风险交通工具,提前给骑手一个明确警告,能实实在在地减少事故。
桥梁虽然建得极为坚固,但它在物理上依然是“活”的,必须跟温度变化打交道。天气冷热交替,构成桥梁的材料会随之膨胀或收缩。工程师在桥体分段之间设置的伸缩装置,就是为了给这种热胀冷缩留出活动空间。如果没有这层柔性设计,混凝土桥面硬扛着巨大的内应力,最终会开裂,结构的整体安全就会出问题。
“开缝”只是伸缩装置中的一种,它的结构特点是有利于桥面排水。除此之外,还有梳齿状的手指型接缝、滑动钢板接缝和填充式接缝等多种形式。关于热胀冷缩的量级,bridgematerials.com 给过一个直观的数字:一段328英尺(100米)长的混凝土桥面,在炎热的夏日,其热变形幅度可以超过2英寸(55毫米)。桥身越长,这种伸缩量还会进一步累加。
不过,用传统伸缩缝来管理热变形,代价并不低。这类装置的养护成本能占到桥梁总养护费用的20%,需要养护团队持续关注。像开缝这类设计,桥面的水会顺着缝隙大量往下灌,导致桥下土壤过度饱水,有可能削弱地基的稳定性。对于建在水上的桥梁来说,稳固的地基本来就是头号难题。
既然传统伸缩缝这么费钱又费事,有没有别的招?有,部分桥梁用其他方式来提供结构所需的柔性。半整体式桥梁就是其中一种思路:它的墩柱保持刚性,而上方的桥面板可以小幅度地前后滑移,直接省去了传统的伸缩装置。这么做还有一个附带的好处,就是防止桥面排水直接冲刷支座,恰好躲开了开缝设计的一个硬伤。但它的适用有边界,目前只推荐用于跨度低于197英尺(60米)的桥梁。
在奥地利高速公路的某一段上,另一种取代传统伸缩缝的方案已经落地。它在桥梁两端设置了比常规伸缩缝宽得多的过渡段,让结构有足够的移动余地。这个过渡段由大量独立的分块按序排列组成,块与块之间用一种带弹性的特制玻璃纤维缆索串联在一起。当混凝土受热膨胀时,这些离散的分块就会被缆索的弹性拉伸均匀吸收,桥面始终能保持平整,不会挤出一堆恼人的鼓包或裂缝。
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