隨著(zhù)我國鐵路運輸的高速化及城市輕軌交通的發(fā)展，對橋梁附屬設施的設計選型和應用顯得尤為重要。高速鐵路運營(yíng)模式要求線(xiàn)路結構與之適應，軌道結構將有顯著(zhù)變化，基礎剛性化、鋼軌重型化、少維修、高質(zhì)量是其必然，在保證軌道穩定性前提下，減小基礎因氣候產(chǎn)生的熱脹冷縮現象，延長(cháng)基礎設施使用壽命是當前的研究課題。由于中國特點(diǎn)，鐵路橋梁伸縮裝置的設計與應用正處在試驗和推廣階段。眾所周知，鐵路、輕軌等橋梁面板會(huì )由于溫度、地形等客觀(guān)條件的變化而產(chǎn)生膨脹或收縮的現象，因此，每?jì)蓚€(gè)預定梁長(cháng)的各相鄰橋面板之間要設置一個(gè)梁縫，以適應橋梁面板的收縮，并且在梁縫處設置一伸縮裝置，達到降低噪音、提高行車(chē)速度、防止各種雜物或雨水落下等效果。因此橋梁伸縮裝置是橋梁梁端之間的重要連接部件，對橋梁端部伸縮及防水性能起重要作用，其質(zhì)量和性能將直接影響整座橋梁的耐久性。因此伸縮裝置的設計和應用有著(zhù)重要的意義。主要設計原則：構造上滿(mǎn)足鐵路線(xiàn)路正常運營(yíng)需要；為提高結構耐久性提供保證措施；;從美學(xué)角度出發(fā)，考慮景觀(guān)設計；;在滿(mǎn)足使用功能條件下，******限度地降低成本；以人為本，簡(jiǎn)化施工工藝、方便養護維修。幾種新型產(chǎn)品結構形式、材料選擇及加工方法產(chǎn)品結構形式鋁合金型材典型結構形式有兩種（見(jiàn)圖1）

、

橡膠密封帶典型結構形式有三種（見(jiàn)圖2）

（a）適用于小型伸縮量伸縮裝置
（b）適用于中型伸縮量伸縮裝置
（c）適用于大型伸縮量伸縮裝置和曲線(xiàn)梁
      另外，根據特殊橋梁伸縮縫伸縮量大小要求的不同，可以改變鋁合金型材和橡膠密封帶截面形狀（但密封帶基本裝配形狀不變），以適應伸縮量的要求，圖1和圖2所示為常見(jiàn)的幾種鋁合金型材和橡膠密封帶截面形狀。
      2.1.3  鋁合金伸縮裝置分類(lèi)
      根據常用跨度梁需要，按照軌道梁的結構的不同，伸縮裝置類(lèi)型包括有碴軌道及無(wú)碴軌道梁伸縮裝置兩大類(lèi)，包括伸縮量±15㎜、±30㎜、±50㎜、±80㎜四種型號。以TSSF-X表示，其中TSSF表示鐵路橋梁伸縮縫，X表示總伸縮量。安裝時(shí)應根據現場(chǎng)環(huán)境溫度等實(shí)際情況設置初始伸縮量。
（1）無(wú)碴軌道梁伸縮裝置
      無(wú)碴軌道梁伸縮裝置直接通過(guò)錨固鋼筋與橋面保護層鋼筋連接，梁端保護層內橫向鋼筋應與防撞墻及豎墻鋼筋連接。在橋面保護層施工后進(jìn)行伸縮裝置的安裝，為避免伸縮縫處積水沿伸縮縫流出道橋下，在電纜槽內伸縮裝置設置2％橫向坡，梁端200～300㎜范圍內，伸縮裝置與跨中方向橋面保護層進(jìn)行順接。無(wú)碴軌道梁伸縮裝置由鋁合金型材、橡膠密封帶、連接螺栓和錨筋組成，圖3為無(wú)碴軌道梁伸縮裝置的結構示意圖。

（2）有碴軌道梁伸縮裝置
      由于有碴軌道梁橋面保護層為C40纖維混凝土，制梁時(shí)應注意在每孔梁端頂面預埋伸縮裝置錨固鋼板或角鋼，通過(guò)在鋼板上焊接鋼筋的方式與伸縮裝置連接鋼筋固定。梁端防水層應在錨固鋼筋與預埋鋼板焊接后進(jìn)行局部封邊處理。保護層內增設縱橫向錨固鋼筋，錨固鋼筋應與擋碴墻及豎墻伸出鋼筋綁扎固定。在伸縮裝置安裝完畢后進(jìn)行保護層的鋪設。伸縮縫加蓋鋼板后，在擋碴墻內側高度應與橋面保護層高度一致，以利于大型養護機械的作業(yè)；在電纜槽內伸縮裝置坡度應與保護層坡度一致。有碴軌道梁伸縮裝置主要由鋁合金型材、橡膠密封帶、連接螺栓、金屬蓋板、錨筋和梁體預埋件等組成，圖4為有碴軌道梁伸縮裝置的結構示意圖。

（3）伸縮裝置在曲線(xiàn)梁上的應用
      根據不同鐵路/輕軌線(xiàn)路橋梁直線(xiàn)到曲線(xiàn)的過(guò)渡，經(jīng)常采用在梁縫連接處過(guò)渡的方法，因此伸縮裝置為適應此項要求，中間橡膠密封帶宜采用波浪式或風(fēng)琴式結構，如圖5所示即為波浪式密封帶裝配圖。

2.1.4  嵌入式鋁合金伸縮裝置優(yōu)點(diǎn)
      現有公路橋梁用伸縮裝置中用于固定于伸縮縫兩側的部分采用截面為“F”形及與“F”水平對稱(chēng)形的兩根異型鋼材，或者采用截面為“C”形及與“C”水平對稱(chēng)形的兩根異型鋼材，或者采用截面為“E”及與“E”水平對稱(chēng)形的兩根異型鋼材，并有一“V”形止水帶的兩邊緊貼“F”的凹槽及與“F”水平對稱(chēng)的凹槽或“C”的凹槽及與“C”水平對稱(chēng)的凹槽。
      但上述裝置存在的問(wèn)題是，鐵路、輕軌橋梁伸縮裝置由于道軌的保護，并不需要承擔太大的載荷，采用異型鋼材不利于節約成本。另外施工時(shí)首先須要將型鋼上焊接的錨固筋焊接在預埋鋼筋固定型鋼，然后安裝止水帶，但是由于現有型鋼的凹槽在兩根型鋼之間的兩側，安裝時(shí)，需要將止水帶兩端分別塞入型鋼凹槽內，安裝難度很大。不僅如此，“V”止水帶在雨雪天氣還會(huì )存在嚴重的存水、存雪現象，冬季以后若存水、存雪結冰，會(huì )直接影響橡膠密封帶的伸縮和伸縮裝置的使用壽命。
      針對現有技術(shù)的不足，設計一種橋梁用鋁合金伸縮裝置，以降低現有伸縮裝置成本，提高伸縮裝置耐腐蝕能力，鋁合金型材具有表面美觀(guān)、橡膠密封帶安裝方便的特點(diǎn)，通過(guò)改變橡膠密封帶結構解決現有技術(shù)中密封帶存水、存雪存冰問(wèn)題，增加密封帶伸縮量，并方便安裝和維護，提高使用壽命。目前山東龍祥橡塑制品有限公司與中鐵咨詢(xún)橋梁工程設計研究院共同研發(fā)，結合山東龍祥橡塑制品有限公司多年汽車(chē)密封條產(chǎn)品設計研發(fā)的經(jīng)驗，在鋁合金型材與橡膠密封帶裝配口結構設計時(shí)，采納汽車(chē)門(mén)窗密封條防水原理，大大提高了密封防水效果。
2.2  主要材料選擇及加工方法
      2.2.1  鋁合金型材
      伸縮裝置中使用的鋁合金型材采用熱擠壓型材，強度不低于6005牌號合金，具體指標應滿(mǎn)足GB/T6892-2000《工業(yè)用鋁及鋁合金熱擠壓型材》標準的要求，其化學(xué)成分應符合GB/T3190的規定，鋁型材的室溫縱向力學(xué)性能應符合表1要求，具體指標見(jiàn)表1：
表1 

2.2.2  橡膠
鋁合金伸縮裝置中使用的密封帶材料為三元乙丙橡膠或氯丁橡膠，采用擠出或模壓工藝成型，橡膠的物理性能應滿(mǎn)足表2要求：
表2

2.2.2  橡膠
      鋁合金伸縮裝置中使用的密封帶材料為三元乙丙橡膠或氯丁橡膠，采用擠出或模壓工藝成型，橡膠的物理性能應滿(mǎn)足表2要求：
表2

兩種橡膠材料特點(diǎn)分析
      （1） 氯丁橡膠：氯丁橡膠（Chloroprene rubber）是由2—氯—1，3—丁二烯聚合而成的一種高分子彈性體，代號CR。氯丁橡膠是合成橡膠的主要品種之一，作為一種通用型特種橡膠，除具有一般橡膠的良好物性外，還具有耐候、耐燃、耐油、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性，使之在合成橡膠中占有特殊的地位。氯丁橡膠分子結構式為：
特性：
      氯丁橡膠由于極性及較高的結晶性，使它具有良好的綜合性能和極性橡膠的特點(diǎn)。
      （a）較高的力學(xué)性能。拉伸強度較大與天然膠相當；長(cháng)期使用中耐磨性往往優(yōu)于天然橡膠，其撕裂強度比天然橡膠略差。
      （b）優(yōu)良的耐老化（耐候，耐臭氧、耐熱）性能。氯丁橡膠的耐候、耐臭氧性能在通用橡膠中僅次于乙丙橡膠和丁基橡膠，遠優(yōu)于天然橡膠。耐熱性?xún)?yōu)于天然橡膠和丁苯橡膠，能在150℃下短期使用，在90～110℃下使用4個(gè)月。使用溫度每提高10℃，使用壽命相應降低50％。
      （c）優(yōu)異的阻燃性。氯丁橡膠的阻燃性是通用膠中******的，它具有不自燃的特點(diǎn)，接觸火焰可以燃燒，但隔斷火焰即自行熄滅。
      （d）優(yōu)良的耐油、耐溶劑性能。
      （e）良好的黏合性。因而氯丁橡膠被廣泛用作黏合劑。
      （f）電絕緣性不好，只能用于電壓低于600V的場(chǎng)合，常被用作低壓電纜的保護層及低壓電線(xiàn)的絕緣層。
      （g）較差的低溫性能，低溫使橡膠失去彈性，甚至發(fā)生斷裂。******使用溫度為—30℃。
      （h）貯存穩定性較差。氯丁橡膠經(jīng)常期貯存后，會(huì )出現塑性下降、硬度增大、焦燒時(shí)間縮短、硫化速度加快的現象，嚴重時(shí)導致膠料報廢。穩定性因品種不同而差別很大，在貯存時(shí)應注意安全貯存期。
      （2） 三元乙丙橡膠：乙丙橡膠（ethylene propylene rubber）是以乙烯、丙烯為基礎單體合成的共聚物。橡膠分子鏈中依單體單元組成不同有二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠之分。前者為乙烯和丙烯的共聚物，代號為EPM；后者為乙烯、丙烯及少量非共軛二烯烴第三單體的共聚物，代號EPDM，統稱(chēng)為乙丙橡膠（EPR）。所用第三單體非共軛二烯烴有：1，4—己二烯（HD）、雙環(huán)戊二烯（DCPD）和亞乙基降冰片烯（ENB），由這些第三單體制得的聚合物分別稱(chēng)為1，4—己二烯型三元乙丙橡膠（HD-EPDM）、雙環(huán)戊二烯型三元乙丙橡膠（DCPD-EPDM）和亞乙基降冰片烯型三元乙丙橡膠（ENB-EPDM）。溶液聚合是目前乙丙橡膠生產(chǎn)中主要采用的方法。
      乙丙橡膠是一種介于通用橡膠和特種橡膠之間的合成橡膠。三元乙丙橡膠不僅保持了二元乙丙橡膠的優(yōu)異特性，且可以用硫黃硫化，因為它引進(jìn)了不飽和雙鍵。目前各國多以生產(chǎn)三元乙丙橡膠為主。年生產(chǎn)能力僅次于丁苯橡膠、順丁橡膠和異戊橡膠，居第四位。
      雙環(huán)戊二烯三元乙丙橡膠的分子結構式示為：
      亞乙基降冰片烯三元乙丙橡膠的分子結構式為：
      1，4—己二烯三元乙丙橡膠的分子結構式可表示為：
特性：
      （a）耐老化性能優(yōu)異。在現有通用型橡膠中是******的。乙丙橡膠的耐臭氧性能特別好，被譽(yù)為“無(wú)龜裂”橡膠。在耐臭氧方面，以DCPD—EPDM******，HD—EPDM較差。
      乙丙橡膠耐天候性能也非常好，能長(cháng)期在陽(yáng)光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用。在耐候性方面EPM優(yōu)于DCPD—DPDM，更優(yōu)于ENB—EPDM。
      乙丙橡膠的耐熱老化性能優(yōu)異。在130℃下，一般可長(cháng)期使用，間歇使用可耐200℃高溫。在耐熱性方面二元乙丙橡膠優(yōu)于三元乙丙橡膠，HD—EPDM優(yōu)于ENB—EPDM和DCPD—EPDM。
      （b）******的耐化學(xué)藥品性能。乙丙橡膠對各種極性化學(xué)藥品和酸堿（濃強酸除外）的抗耐性好，長(cháng)時(shí)間接觸后性能變化不大。
      （c）卓越的耐水、耐過(guò)熱水及耐水蒸氣性。乙丙橡膠具有疏水性，所以具有杰出的耐水、耐過(guò)熱水、耐水蒸氣性能。
      在橡膠材料中，不同橡膠耐水蒸氣性能對比如下：

EPDM            IIR         SBR        NR         CR
***優(yōu)              優(yōu)           良           良           差
不同橡膠耐過(guò)熱水性能對比如下：
EPDM            IIR         NBR              MVQ
***優(yōu)              優(yōu)           良         差

      （d）優(yōu)異的電絕緣性能。乙丙橡膠的絕緣性能和耐電暈性能超過(guò)丁基橡膠。又因吸水性小，所以浸水后的抗電性能也很好。
      （e）低密度和高填充特性。乙丙橡膠的密度是所有橡膠中******的，加之易容納補強劑、軟化劑，可進(jìn)行高填充配合，可降低制品成本。
      （f）乙丙橡膠具有良好的彈性和抗壓縮變形性。低溫狀態(tài)下的彈性保持性好，—57℃才變硬，到—77℃變脆。
      （g）不耐油。
      （h）硫化速度慢，比一般合成橡膠約慢3～4倍，二元乙丙橡膠和低飽和度的雙環(huán)戊二烯三元乙丙橡膠硫化速度***慢。與不飽和度高的橡膠不易摻和（共混），共硫化性能差，因而限制了它的用途。
      （i）自黏性和互黏性都很差，給加工工藝帶來(lái)困難［1］。
通過(guò)以上分析，考慮產(chǎn)品耐老化等性能，鋁合金伸縮裝置中密封帶材料選擇三元乙丙橡膠優(yōu)于氯丁橡膠。
產(chǎn)品技術(shù)指標
      鋁合金伸縮裝置暫無(wú)國家標準，參考鐵道部科學(xué)技術(shù)司發(fā)布的《客運專(zhuān)線(xiàn)橋梁伸縮裝置暫行技術(shù)條件》（科技基【2005】101號文件）標準，結合生產(chǎn)廠(chǎng)家企業(yè)標準，鋁合金伸縮裝置性能符合如下要求：
      伸縮裝置的構造應能滿(mǎn)足其兩側梁體必要的順橋向、橫橋向和豎向位移以及轉動(dòng)的需要。
      橋梁伸縮裝置的鋁合金型材與橡膠密封帶之間的連接應具有一定的夾持性能，保證在拉伸1.5倍伸縮量條件下，持荷15分鐘，夾持部位不脫離。
      整體性能要求：伸縮裝置整體性能參照中華人民共和國交通行業(yè)標準《公路橋梁伸縮裝置》（JT/T327-2004）的標準中相關(guān)規定而制定，見(jiàn)表3。
表3

伸縮裝置在鐵路的應用及發(fā)展趨勢
隨著(zhù)鐵路提速及人口密集的大城市高架鐵路車(chē)站和高架橋的增多，在梁縫處設置一伸縮裝置，能達到降低噪音、提高行車(chē)速度、防止各種雜物或雨水落下等效果，并且提高了橋梁的耐久性和美觀(guān)程度。
在社會(huì )經(jīng)濟迅猛發(fā)展的時(shí)代，地鐵和高速鐵路越來(lái)越多，目前新建鐵路北京至天津城際軌道交通工程橋梁上正在應用CXF-120和CXF-200型鋁合金伸縮縫，雖然產(chǎn)品結構不同，但應用目的一樣?，F在通橋（2006）8388客運專(zhuān)線(xiàn)鋁合金伸縮縫產(chǎn)品（也就是本文涉及的產(chǎn)品）已被設計并將應用到合寧線(xiàn)、合武線(xiàn)、武廣客運專(zhuān)線(xiàn)、鄭西客運專(zhuān)線(xiàn)、甬臺溫客運專(zhuān)線(xiàn)、溫?？瓦\專(zhuān)線(xiàn)、蘭渝鐵路、玉蒙鐵路、襄渝鐵路、臨策鐵路、兩伊鐵路、包神鐵路等多條線(xiàn)路的橋梁上。相信新型伸縮裝置擁有較好的應用前景和重要的意義。
鏈接：
目前國內生產(chǎn)鋁合金型材規模比較大的幾個(gè)廠(chǎng)家有西南鋁業(yè)集團、東北輕合金有限責任公司（原東北輕合金加工廠(chǎng)）和山東龍口南山鋁業(yè)集團。其實(shí)力在國內鋁業(yè)加工廠(chǎng)中位于前列。下面是三個(gè)廠(chǎng)家的簡(jiǎn)單介紹：
西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司：2000年12月18日，由三家公司共同出資，將西南鋁加工廠(chǎng)改制成西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，隸屬于中國鋁業(yè)公司。經(jīng)過(guò)40年的建設和發(fā)展，西南鋁已成為中國生產(chǎn)規模******、技術(shù)裝備***先進(jìn)、品種規格***齊全的綜合性特大型鋁業(yè)加工企業(yè)，中國航空航天鋁材保障基地、中國高精鋁板帶箔生產(chǎn)基地、中國鋁材出口加工基地。西南鋁薈萃了中國鋁加工業(yè)***先進(jìn)的技術(shù)裝備，擁有亞洲******的3萬(wàn)噸模鍛水壓機、1.25萬(wàn)噸臥式擠壓機，中國******軋制寬度的雙機架2800毫米熱軋機和2800毫米冷軋機，具有國際先進(jìn)水平的1850毫米高速冷軋機、1700毫米鋁箔軋機、8000噸臥式擠壓機、1600毫米彩色涂層機組，目前國內噸位******、技術(shù)***先進(jìn)的6000噸拉伸矯直機，國內******條具有世界先進(jìn)水平的“1+4”熱連軋生產(chǎn)線(xiàn)及建筑型材、表面氧化處理生產(chǎn)線(xiàn)等設備。西南鋁以其獨特的品牌戰略，有計劃的市場(chǎng)推廣，建立起高效的營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )，并將產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)和資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)兩者結合，“統籌經(jīng)營(yíng)”，產(chǎn)銷(xiāo)量及出口創(chuàng )匯連續多年居全國同行業(yè)******，截止2004年底，西南鋁已為各行業(yè)提供各類(lèi)鋁材200多萬(wàn)噸，2004年出口鋁材2.7萬(wàn)噸。
東北輕合金有限責任公司：東北輕合金有限責任公司（原東北輕合金加工廠(chǎng)）簡(jiǎn)稱(chēng)東輕公司，是作為"一五"期間原蘇聯(lián)援建的156項重點(diǎn)工程中的兩項建設發(fā)展起來(lái)的新中國******個(gè)鋁鎂合金加工企業(yè)。1952籌備建廠(chǎng)，1956年11月開(kāi)工生產(chǎn)。于1998年6月改制組建為國有獨資公司。擁有各類(lèi)設備6291臺（套），其中部分設備如預拉伸機、熱軋機等為亞洲地區和國內少有的大型鋁加工設備。東輕廠(chǎng)自開(kāi)工生產(chǎn)以來(lái)，為我國國防工業(yè)和國民經(jīng)濟各部門(mén)的發(fā)展，為我國鋁加工行業(yè)的崛起和發(fā)展做出過(guò)重大貢獻。國產(chǎn)******架飛機、******座原子能反應堆、******枚導彈、******顆人造衛星、原子彈、氫彈、******艘遠洋巨輪、核潛艇以及運載火箭上所使用的全部輕金屬材料，"神舟"號載人飛船上的重要輕金屬部件等等都是由東輕公司提供的。截止2002年底，東輕公司累計向國民經(jīng)濟各部門(mén)提供了164.6萬(wàn)噸鋁、鎂加工材，上繳利稅18億元。到目前為止，公司始終承擔著(zhù)60％以上的國家重點(diǎn)國防軍工鋁鎂材料研制任務(wù)，在國民經(jīng)濟建設和同行業(yè)中戰略地位及作用不可替代。1992年?yáng)|輕公司被認定為國有特大型企業(yè)，1995年被國務(wù)院發(fā)展研究中心認定為"中國******的鋁鎂合金加工基地"，被盛譽(yù)為"祖國的銀色支柱"。
南山鋁材總廠(chǎng)：南山鋁材總廠(chǎng)建于1992年，現擁有先進(jìn)擠壓機生產(chǎn)線(xiàn)42條，年產(chǎn)100多個(gè)系列，6000多個(gè)規格的建筑型材及工業(yè)型材，年產(chǎn)能11萬(wàn)噸，是我國***具規模競爭力的鋁型材生產(chǎn)加工基地，是國家建設部鋁合金建筑型材定點(diǎn)生產(chǎn)廠(chǎng)家。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了造船、電力、城軌地鐵、汽車(chē)用材、貨車(chē)車(chē)體、機械電子、電器制造、集裝箱、泵體電機、冷凍板材、燈管燈殼等40多個(gè)領(lǐng)域1760多個(gè)品種、型號的產(chǎn)品以及地鐵料、鐵路貨車(chē)車(chē)體料、城市特快列車(chē)車(chē)廂料、法國龐巴迪高速列車(chē)料、奧迪A6車(chē)體料等品種開(kāi)發(fā)和研究。民用建筑鋁材包括******世界潮流的澆注隔熱型材、穿條隔熱型材以及各種規格、多種顏色的陽(yáng)極氧化型材、電泳型材、粉末噴涂型材、氟碳噴涂型材和木紋轉印型材。
參考文獻
［1］徐幫學(xué). ***新橡塑與橡塑制品新工藝、新技術(shù)及質(zhì)量檢驗新標準實(shí)用手冊.北京：銀聲音像出版社，2004.5