簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造的應(yīng)用分析與探討★

楊艷娟

(黑龍江科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150027)

1 橋面連續(xù)的含義

簡支梁橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構(gòu)，由于外力(恒載和活載)的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，使其受力簡單明了;簡支梁橋的主梁截面形式有板形、肋形和箱形，肋形梁橋大多數(shù)是T形梁橋，簡支梁的箱梁為單箱單室式的小箱梁。施工方法有預(yù)制裝配和現(xiàn)澆兩種，這種梁橋的結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，對地基承載力的要求不高。因此，是目前在公路上應(yīng)用最廣泛的一種橋型。

為適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)在氣溫變化、活載作用、混凝土收縮與徐變等因素影響下變形的需要，并保證車輛平穩(wěn)通過橋面，在簡支梁橋縱向主梁與主梁之間以及主梁端與橋臺背墻之間，預(yù)留了伸縮縫，并設(shè)置了橋梁伸縮裝置。橋梁伸縮裝置暴露在大氣中，直接經(jīng)受車輛、人群荷載的反復(fù)摩擦、沖擊作用，稍有缺陷或不足，就會引起跳車等不良現(xiàn)象，嚴重時還會影響到橋梁結(jié)構(gòu)本身和通行者的生命安全，是橋梁中最易損壞而又較難于修繕的部位，需經(jīng)常進行養(yǎng)護，并及時更換［1］。

橋梁運營的實踐經(jīng)驗證明，橋面上的伸縮縫在使用中仍然很容易損壞(見圖1)。因此，為了提高行車的舒適性、減輕橋梁的養(yǎng)護工作和提高橋梁的使用壽命，就應(yīng)力求減少伸縮縫的數(shù)量。近些年來，在建橋?qū)嵺`中將多孔簡支的上部構(gòu)造采取橋面連續(xù)的新穎結(jié)構(gòu)措施，就是解決這一問題的辦法之一。橋面連續(xù)措施的實質(zhì)，就是將簡支上部構(gòu)造在其伸縮縫處實行鉸接。伸縮縫處的橋面部分應(yīng)當(dāng)具有適應(yīng)車輛荷載作用所需的柔性，并應(yīng)有足夠的強度來承受因溫度變化和制動作用所產(chǎn)生的縱向力［2］。這樣，橋面連續(xù)的多孔簡支梁橋，在豎直荷載作用下的變形狀態(tài)屬于簡支梁，而在縱向水平力作用下則屬于連續(xù)體系。簡支梁橋橋面連續(xù)，就是多孔簡支梁橋根據(jù)橋梁的長度、跨徑和支座的形式，將其橋面分段或全橋連接起來的構(gòu)造。即在相鄰兩跨簡支梁之間的伸縮縫處不設(shè)置專門的伸縮裝置，而是將其橋面板部分或橋面鋪裝的一部分聯(lián)為一體［3］。如:哈爾濱市呼蘭河大橋位于哈肇公路(S101)呼蘭段，中心樁號K26+176.2，左幅建于2002年，橋梁全長341.16 m。上部結(jié)構(gòu)為20 m+742 m+20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。采用了小箱梁頂板連續(xù)的構(gòu)造，形成了簡支變連續(xù)的構(gòu)造(見圖2)。

2 橋面連續(xù)的實例效果

20世紀70年代末，提出了“簡支梁橋面連續(xù)”的想法后，近年來不少國家從方便施工，減少工程造價，提高行車的時效性、安全性、舒適性出發(fā)，爭相發(fā)展了各種形式的橋面連續(xù)簡支梁橋。但是，由于橋面連續(xù)構(gòu)造位于簡支梁橋主梁變形較大的部位，加之相鄰橋孔可能出現(xiàn)的橡膠支座彈性壓縮不同步而引起的錯動變形影響，致使橋面連續(xù)構(gòu)造受力非常復(fù)雜［3］。橋面連續(xù)構(gòu)造目前尚處于試驗修建階段，而且對于這種結(jié)構(gòu)的實踐效果和經(jīng)濟性還不能說已有定論［2］。

圖1 伸縮裝置損壞圖

圖2 簡支梁橋橋面連續(xù)圖

根據(jù)調(diào)查分析，公路簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造在投入使用后不久，橋面連續(xù)部分就出現(xiàn)了鋪裝層的橫向開裂。隨著使用時間的增長，橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)早期損壞部位的混凝土?xí)饾u發(fā)展成碎裂、坑洞等病害，加大了行車對橋梁的沖擊，周而復(fù)始，病害擴大，嚴重的影響了橋梁的使用性能。如呼蘭河大橋運營不到3年，其橋面連續(xù)構(gòu)造就已形成了橋橫向的通縫，極大的影響了行車效果，同時，雨水直接滲入伸縮縫，腐蝕主梁及支座，對橋梁的使用壽命產(chǎn)生了不利的影響。圖3a)為呼蘭河大橋橋面連續(xù)破損圖。哈爾濱市陽明灘大橋疏解工程設(shè)計之初全部采用的是簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造，但運營不到半年，橋面連續(xù)構(gòu)造就發(fā)生不可修復(fù)的破壞，圖3b)為陽明灘大橋疏解工程的橋面連續(xù)局部構(gòu)造圖。因而，在2011年11月竣工通車后，被迫在2012年3月～4月對橋面連續(xù)構(gòu)造進行了全面的改造。圖4～圖7為陽明灘大橋疏解工程橋面連續(xù)改造前后圖。

圖3 橋面連續(xù)破損圖

3 橋面連續(xù)的病害分析與對策

根據(jù)調(diào)查分析，造成橋面連續(xù)構(gòu)造破壞的原因多數(shù)與設(shè)計、施工以及使用有關(guān)。首先，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對橋面連續(xù)構(gòu)造的受力分析不夠充分，現(xiàn)行的規(guī)范和文獻中，沒有統(tǒng)一的計算模型和相關(guān)設(shè)計標準，對橋面連續(xù)部位一般都不作專門的計算分析，對其厚度及配筋的隨意性較大，這就給橋面連續(xù)的早期破壞埋下了隱患。連續(xù)縫處鋼筋沒有形成鋼筋骨架，特別是豎向鋼筋沒有固定(見圖5)，施工時鋼筋容易移位、變形，就會形成局部素混凝土，容易出現(xiàn)裂縫及碎裂等病害。在實際使用過程中，由于汽車荷載、溫度變化等荷載的共同作用是簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造的上緣長期處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)之中。又因混凝土的極限抗拉強度很低，如果橋面連續(xù)構(gòu)造處受到過大的彎曲應(yīng)力，則在這個位置將不可避免地出現(xiàn)混凝土開裂。橋面連續(xù)部分發(fā)生病害后，車輛荷載在行駛過程中，又形成了較大的豎向沖擊作用，加速了破損的程度，如不加以有效的限制，將形成惡性循環(huán)的過程，極大地影響了行車安全和橋梁的使用效果，對橋梁的使用壽命造成不良的影響。由于諸多因素的影響，造成了橋面連續(xù)構(gòu)造的早期破壞，并且這種現(xiàn)象較為普遍。

圖4 橋面連續(xù)改造圖

圖5 橋面連續(xù)部位鋪裝層去除后圖

圖6 橋面連續(xù)改造后的伸縮裝置布置圖

圖7 伸縮縫布置圖

公路簡支梁橋橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系雖然在相當(dāng)短的時間內(nèi)迅速普及，但無論從理論上還是在構(gòu)造實踐上均不盡完善，還處于一個探索和實踐階段。國內(nèi)外眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員在不斷地對橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工藝上進行改進，取得了一些有益的成果。最簡便的橋面連續(xù)構(gòu)造就是將T形主梁的行車道板或小箱梁的頂板沿高度全部或局部相連(見圖2)，內(nèi)置連接鋼筋。現(xiàn)澆的連接部分(或稱連接板)沿縱向應(yīng)有足夠的長度(在125 cm以上，見圖7)，并且在連接板與梁肋之間隔以5 mm厚的橡膠墊層或采取其他隔離措施，這樣可使梁端間的變形由連接板的全長分布承擔(dān)，既增加了梁端接縫的柔性，又顯著減小了連接板縱向的拉、壓應(yīng)變［2］。對于簡支板橋橋面而言，橋面連續(xù)是在橋面鋪裝混凝土中設(shè)置連續(xù)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)跨越相鄰兩梁板接縫一定距離，并在接縫處墊鋪塑料膜和設(shè)置假縫，將橋面混凝土鋪裝層在一定范圍內(nèi)與板端隔開，使梁端處的變形由這一整段鋪裝層來承擔(dān)，從而減少混凝土鋪裝層中的拉應(yīng)力。公路簡支梁橋橋面連續(xù)的形式，國內(nèi)外有很多工程實例，美國修建的最長的橋面連續(xù)簡支梁橋是奧溫爾橋，全長1 287 m，僅在橋臺處設(shè)置大位移量的伸縮裝置;國內(nèi)鄭州黃河公路大橋，設(shè)有5孔50 m一聯(lián)和6孔40 m一聯(lián)的橋面連續(xù)簡支梁橋［3］。哈爾濱市近幾年修建的橋梁，如松浦大橋、陽明灘大橋、松花江公路大橋拓寬工程等，除主橋外，它們的引橋及疏解工程，多采用了簡支梁橋橋面連續(xù)的構(gòu)造形式，橋面連續(xù)部位近似于一種不完全鉸的作用，由于構(gòu)造方式的不同，病害的程度略有不同。交通部JTD 060-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范規(guī)定，對于多跨簡支梁橋，橋面應(yīng)盡量做到連續(xù)，使得多孔簡支梁橋在豎直荷載作用下的變形狀態(tài)為簡支或部分連續(xù)體系，而在縱向水平力作用下則屬于連續(xù)體系。對于橋面連續(xù)病害的處治方法，首先是優(yōu)化設(shè)計，針對橋面連續(xù)建立模型，進行專門的計算，對連續(xù)處配筋、材料等進行優(yōu)化，尋求更為科學(xué)合理的設(shè)計方案。同時嚴格控制施工質(zhì)量，從鋼筋工程、混凝土的澆筑和振搗、養(yǎng)護等方面嚴格按照設(shè)計規(guī)范進行。并應(yīng)對各種原材料進行質(zhì)量鑒定，嚴格按照設(shè)計配比進行混凝土配置和加入鋼纖維、聚丙烯等。工程界對橋面連續(xù)構(gòu)造越來越重視，對簡支梁橋橋面連續(xù)的研究將會越來越深入。

4 結(jié)語

簡支梁橋在橋面連續(xù)后，減少或消除了伸縮裝置，獲得了較長的橋面連續(xù)，在水平力作用下具有一定的連續(xù)梁特征，在車輛、人群等豎向荷載作用下，各跨仍能保持簡支梁受力的基本特征，有力地維護了簡支梁橋的設(shè)計意圖。簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造較為簡單、施工方便、行車平順等等優(yōu)點，因此得到了越來越廣泛的使用。但是因設(shè)計和施工等各方面原因?qū)е潞喼Я簶驑蛎孢B續(xù)部分橋面容易開裂破損，為能使“橋面連續(xù)”發(fā)揮應(yīng)有的作用，取得更大的社會效益和經(jīng)濟效益，對簡支梁橋橋面連續(xù)的性能的改善就將成為橋梁工作者廣泛關(guān)注的問題。只有經(jīng)過不斷的實踐總結(jié)，才能避免橋面連續(xù)的病害形成，對現(xiàn)有簡支梁橋具有很大的使用價值。

［1］邵旭東.橋梁工程［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2005:32-48.

［2］姚玲森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2010:47-59.

［3］何 暢.簡支梁橋橋面連續(xù)構(gòu)造性能改善的研究［D］.重慶:重慶交通學(xué)院，2004:1-13.