裝配式混凝土空心板鉸縫病害分析

王少雷

摘要：文章淺要從鉸縫的實際受力機理著手，來分析在高速公路設計、施工等過程中會對裝配式混凝土空心板的病害造成原因。

關鍵詞：裝配式；混凝土；空心板；鉸縫病害

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的高速公路事業(yè)取得了突破性的進展，但在對已建成的高速公路中進行橋梁吊車結果卻不盡人意。我國高速公路建設過程中廣泛使用的結構性能良好、便于施工的裝配式混凝土空心板，在調(diào)查過程中顯示出在這種空心板的鉸縫會出現(xiàn)縱向開裂的病害，嚴重威脅到橋梁的使用功能，甚至出現(xiàn)了“單板受力”，危及整個橋梁的結構安全。由此可見，裝配式混凝土空心板鉸縫的質(zhì)量好壞對于高速公路的橋梁結構功能都有較大的影響，研究混領土空心板鉸縫病害分析對高速公路建設事業(yè)有著重要的作用。本文淺要從鉸縫的實際受力機理著手，來分析在高速公路設計、施工等過程中會對裝配式混凝土空心板的病害造成原因。

1鉸縫的受力機理

鉸縫的受力機理并不如我們理想狀態(tài)中的只傳遞剪力，而沒有承受彎矩，這是傳統(tǒng)的鉸接板理論的核心內(nèi)容，也是現(xiàn)今許多高速公路設計計算中利用到的核心理論依據(jù)。而實際上這種計算是有些失真的，因為鉸縫的混凝土并沒有如理想狀態(tài)下那樣不承受彎矩，實際上它還受到縱向剪力、橫向彎矩以及法向力的影響，并且因為鉸縫中的混凝土會與空心板的混凝土產(chǎn)生一定的粘接性，導致鉸縫的抗彎剛度增強。根據(jù)實驗研究，在受到負載的情況下，鉸縫會受到橫向彎矩的作用（有可能是負彎矩），研究還表面，鉸縫橫向應力會隨著橋梁的寬度變寬而越來越大，逐步對橋梁產(chǎn)生影響，造成橋面以及底板沿鉸縫而縱向開裂。

實驗研究是以某裝配式空心板橋為主要研究對象，通過利用ANSYS實體單元進行準確的企口鉸縫模擬，并且建立了準確的數(shù)據(jù)模型，通過分析控制界面的實際應力值，得到了造成鉸縫產(chǎn)生病害的主要原因為橫向拉應力超標。這種病因可以從抗彎和抗剪兩個方面來解釋其對鉸縫的危害。

1.1抗彎原理。當鉸縫收到橫向彎矩作用時，此時橋梁空心板會受到幾個不同方向的剪力、內(nèi)力，此時的橋梁的鉸縫主要是在橫向彎矩與剪力以及應力之間的合理作用，通過數(shù)據(jù)模型的處理，進一步分析可以得到鉸縫的主拉應力的軌跡，軌跡圖形成圓弧狀，在空心板受力界面產(chǎn)生縱向變形。而當負載卸去，變形會因為慣性原因有一定的恢復作用，此時會對鉸縫產(chǎn)生一定的負向彎矩作用，鉸縫處再次受到彎矩的作用，在這樣如此反復之中，鉸縫便會容易發(fā)生開裂。

1.2抗剪機理。對于裝配式混凝土空心板鉸縫處來說，計算抗剪強度一般是結合面抗剪公式，這是因為它屬于新老混凝土結合面的研究范疇。它的主要計算公式v =Φc（C+μσ），式中v表示為混凝土結合面的抗剪強度，Φc比奧斯為混凝土的折減系數(shù)，C值代表的是新老混凝土之間的粘接力，μ指表示的是二者之間的摩擦系數(shù)。而對于C和μ的取值，一般按照混凝土澆筑會寧圖表面是否有意鑿毛，如若有，則C值取0.50MPA，如若沒有，C值取0.25MPA.而μ值會因為混凝土的質(zhì)地不同而不同，一般來說，普通混凝土的系數(shù)為為1.0，全輕質(zhì)混凝土取0.75，砂質(zhì)輕質(zhì)混凝土取0.85。有意鑿毛的情況下，μ值系數(shù)為0.5，如若沒有，則為0.6。μ值為混凝土系數(shù)與自身系數(shù)的乘積。從公式上來分析可知，影響鉸縫抗剪強度的主要因素為混凝土之間的法相壓力以及粘接力，以摩擦力的形式對鉸縫起到抗剪作用。

2鉸縫病害原因分析

2.1設計過程中的鉸縫病害產(chǎn)生原因。根據(jù)調(diào)查方向，鉸縫的形成一般分為三種，早期的裝配式混凝土空心板由于不配置抗剪剛勁，因而產(chǎn)生鉸縫較淺，尺寸也比較小，這是因為鉸縫處的抗剪強度主要由兩種混凝土之間產(chǎn)生的粘接力提供，鉸縫的結構尺寸也較小，我們稱之為淺鉸縫，正是因為鉸縫較小，在受到應力的作用下，會更容易產(chǎn)生病害。在后期的設計過程中考慮到這些原因，加深了鉸縫的尺寸，逐步由淺鉸縫、中鉸縫向深鉸縫過度，使縫內(nèi)的混凝土能夠產(chǎn)生振搗，并且配置了抗剪鋼筋，提高了鉸縫的抗剪能力。從設計角度出發(fā)，對于鉸縫的病害分析主要來自以下幾個方面：鉸縫設計時采用淺鉸縫的形式；鉸縫內(nèi)沒有配置抗剪鋼筋，或者配置的抗剪鋼筋無法滿足鉸縫的抗剪強度；沒有考慮到預應力對后板的影響，因而沒有對橋面進行鋪裝層厚度增加；忽略了橫向預應力能夠降低鉸縫的剪力與彎矩對鉸縫的影響，沒有采取一些防護措施。

2.2施工方面。在施工過程中，因為某些施工單位對鉸縫的危害并不是十分重視，往往對鉸縫的施工有些避重就輕，常常會出現(xiàn)一些技術上的疏忽，例如鉸縫內(nèi)配置的抗剪鋼筋的綁扎不符合技術要求、預制空心板正面鑿毛，但是側面沒有鑿毛、鉸縫澆筑過程中沒有進行密實的振搗。這些技術上的疏忽都會給鉸縫病害帶來潛在的威脅。例如鉸縫內(nèi)的抗剪鋼筋如果沒有進行合理的綁扎，那么就會很大程度上降低鉸縫的抗剪強度。如果預制板的側面不進行鑿毛，那么就會減少新舊混凝土之間的摩擦力，進而降低鉸縫的抗剪強度，而在振搗過程中，如果沒達到密實程度，則會對鉸縫造成很大影響，嚴重程度會出現(xiàn)局部鉸縫被壓碎的現(xiàn)象。

在施工中還有一個容易被施工單位忽略，那就是裝配式混凝土空心板的支座支撐問題，目前在公路工程中，多采用的支座為板式橡膠支座，1片空心板配置4個支座，然而，因為施工中的高程控制不嚴，會使得個別支座脫空，出現(xiàn)“三條腿”、“兩條腿”的情況，造成混凝土空心板產(chǎn)生橫向扭矩，進而提高鉸縫處收到的應力大小，進而容易對鉸縫處產(chǎn)生病害。

2.3公路維護管理運營方面。鉸縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的另一原因就是橋梁的維護問題，再堅實的橋梁也需要一定的橋梁養(yǎng)護和檢查，而鉸縫處往往會被養(yǎng)護人員所忽略，在出現(xiàn)裂縫征兆時沒有進行良好的處理，導致裂縫不斷擴大，進而形成病害。

橋梁運營過程中，對鉸縫處的影響主要來自于負載量過大以及天氣變化兩個原因。隨著我國的汽車擁有者數(shù)量不斷增加，我國許多的公路橋梁都處于超負荷的運載情況下。在超載的情況下，混凝土空心板在應力的反復作用下，會使得鉸縫處提前破壞。天氣變化則是運營管理中無法避免的偶然因素，橋梁在使用一段時間后，如果橋面防水性不高，那么雨水天氣下就會有水分滲入鉸縫混凝土中，進而降低混凝土與抗剪鋼筋之間的性能，加速鉸縫混凝土的脫落。

3預防方法

根據(jù)以上分析，我們不難看出對裝配式混凝土空心板的鉸縫病的防治方法。首先，需要嚴格控制在公路橋梁設計階段過程中，對鉸縫的結構尺寸、抗剪鋼筋的配置、以及合理利用橫向結構聯(lián)接性能等等來改善空心板的整體性能，可以增加有效高度、改善界面尺寸，提高承重構件的剛度。其次，在施工過程中，要將鉸縫處的施工工藝質(zhì)量嚴格把關，要將相關增強鉸縫處的抗剪強度的相關措施落到實處，不要流于形式。最后，要進行良好的公路橋梁的養(yǎng)護維修工作，嚴格控制公路的負載流量，避免超載情況，這樣才能更加有效的提高鉸縫的安全性。

參考文獻

[1] 吳臻旺,鄭凱鋒,茍超,劉鵬.公路鋼箱梁正交異性板橋面國內(nèi)外規(guī)范荷載作用局部應力計算與比較[J].四川建筑科學研究,2011年01期.

[2] 王榮霞.節(jié)段接縫剪切變形及其在樁—土—橋梁體系中的影響效應研究[D].天津大學,2009年.

[3] 趙卓,蔣曉東,霍達.基于破壞荷載試驗的預應力混凝土空心板單板受力分析[J].北京工業(yè)大學學報,2007年05期.