空心板鉸縫病害分析

徐雅娟

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院,浙江杭州310006)

空心板鉸縫病害分析

徐雅娟

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院,浙江杭州310006)

針對空心板鉸縫病害普遍存在的現(xiàn)狀,以某高速公路中的空心板梁板鉸縫病害為背景,研究其鉸縫病害產(chǎn)生機理,并提出了相應(yīng)的防治措施。

空心板；鉸縫；病害

0 引言

空心板在小跨徑橋梁中具有獨特的優(yōu)勢,以其截面高度小、經(jīng)濟適用等特點,廣泛應(yīng)用于高速公路。對營運5年以上的浙江省內(nèi)高速公路中小橋梁的病害調(diào)查顯示,空心板橋梁鉸縫引起的病害占比達24%,如圖1所示。本文以省內(nèi)某高速公路中的空心板梁板鉸縫病害為背景,研究其鉸縫產(chǎn)生機理,并提出了相應(yīng)的防治措施。

圖1 中小橋梁典型病害占比

1 工程概況及鉸縫病害介紹

該橋橋面寬度為12 m,跨徑16 m,為簡支預(yù)應(yīng)力空心板,空心板梁板寬為1 m,梁板高0.8 m,梁板間采用淺鉸縫形式連接,橫斷面為11塊空心板,混凝土鋪裝層和瀝青鋪裝均按10 cm考慮。標(biāo)準(zhǔn)荷載采用55 t重車,超載車輛124.5 t重車。該空心板橋梁在鉸縫處出現(xiàn)破碎,導(dǎo)致其單板受力,造成橋面鋪裝屢修屢壞(見圖2),嚴(yán)重時,甚至?xí)l(fā)生鉸縫混凝土整體脫落、鉸縫透空的情況。該病害嚴(yán)重削弱了空心板的橫向連接整體受力性能,并且往往會導(dǎo)致其它次生病害的發(fā)生。

圖2 鉸縫病害圖示

2 模型的建立

對空心板采用實體模型進行研究分析,梁板單元采用solid65單元,預(yù)應(yīng)力鋼束采用link10單元,單跨全橋模型的單元總數(shù)393 932,節(jié)點總數(shù)523 504,模型總自由度達1 570 512。邊界條件為簡支,在每塊板的板底4個支座處施加簡支約束,局部單梁模型見圖3,其單元參數(shù)見表1,預(yù)應(yīng)力的施加采用降溫法模擬。模型中假定鉸縫施工可靠,即將鉸縫部位的混凝土與空心板混凝土充分結(jié)合為一體,共同參與受力?？招陌逄幱诮沏q接板的受力狀況,在公路-I級車輛荷載和超載車輛荷載作用下,車輪分別加載于空心板正中與鉸縫的位置,其具體組合工況(1～4)如下：

工況1：自重+預(yù)應(yīng)力+并排3輛規(guī)范車輛荷載；

工況2：自重+預(yù)應(yīng)力+1輛超載車輛荷載；

工況3：自重+預(yù)應(yīng)力+并排3輛規(guī)范車輛荷載(某車輪位于6#鉸縫處)；

工況4：自重+預(yù)應(yīng)力+1輛超載車輛荷載(某車輪位于6#鉸縫處)。

圖3 鉸縫病害圖示

表1 單元參數(shù)

本文主要對超載荷載作用下的鉸縫應(yīng)力狀況與標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的應(yīng)力狀況進行對比,分析空心板鉸縫位置處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化,研究其鉸縫病害產(chǎn)生機理。

3 鉸縫應(yīng)力分析及病害產(chǎn)生機理剖析［1]

為考察幾種工況下各條鉸縫的應(yīng)力沿橋長方向(即Z坐標(biāo))的分布和變化,選取各條鉸縫的底緣節(jié)點(即圖4中的A點)作為考察位置,研究該點的應(yīng)力沿橋長方向的分布和變化。各個跨中橫斷面的鉸縫第1主應(yīng)力、X向正應(yīng)力、Y向正應(yīng)力對比圖見圖5～圖8。

圖4 鉸縫應(yīng)力的考察位置

由圖可知,在124 t超載車輛的作用下,鉸縫的受力出現(xiàn)非常大的形態(tài)變化和幅值變化。各條鉸縫的應(yīng)力不再均衡,而是出現(xiàn)顯著的兩極分化,車輪直接作用位置附近的3號縫至6號縫的應(yīng)力大幅提高,第1主應(yīng)力、X向正應(yīng)力、Y向正應(yīng)力提高了10～20倍。

圖6 工況四鉸縫第1主應(yīng)力沿橋長變化

圖7 工況二鉸縫X向正應(yīng)力沿橋長變化

圖5 跨中橫截面上3～6號鉸縫的第1主應(yīng)力沿標(biāo)高方向分布

圖8 工況四鉸縫Y向正應(yīng)力沿橋長變化

除端部的應(yīng)力突變處以外,各條鉸縫的第1主應(yīng)力(主拉應(yīng)力)的方向沿X向(即橫橋向),5號縫在車輪作用點附近的值最大,達3.2 MPa左右,其次為4、6號縫,達2.2 MPa左右,3號縫達1.2 MPa左右,其它各縫的變化則相對較小。各條鉸縫的第3主應(yīng)力(主壓應(yīng)力)的方向沿Z向(即順橋向),分布規(guī)律發(fā)生很大變化,但最大值卻與規(guī)范車輛作用下相差無幾。此外,3～6號縫的Y向正應(yīng)力分別增大至0.5～1.3 MPa(拉),較規(guī)范車輛荷載時提高了20倍。除了上文中對鉸縫在超載作用下,車輪荷載對鉸縫處局部應(yīng)力較大影響外,還有鉸縫設(shè)計以及施工中的一些其它因素,具體如下：

(1)鉸縫尺寸偏小,致使鉸縫內(nèi)的鋼筋連接不好；

(2)鉸縫混凝土的配合比控制不嚴(yán),振搗不到位,養(yǎng)護不到位等；

(3)鉸縫混凝土與空心板側(cè)面的粘結(jié)不佳,空心板側(cè)面的鑿毛不充分,鉸縫混凝土凝固收縮、養(yǎng)護不到位等；

(4)鉸縫間橫向連接筋稀缺、搭接不到位、連接鋼筋銹蝕等。

4 防治措施

根據(jù)鉸縫的受力情況,鉸縫在超載影響下,其鉸縫位置應(yīng)力較大,因此在設(shè)計中應(yīng)增大空心板的板寬,加大鉸槽的深度并采用大鉸縫,使得鉸縫的上口寬度能夠滿足施工時使用插入式震搗器的需要。此外,本文假設(shè)鉸縫之間的連接可靠,而實際施工中,施工單位對鉸縫的重要性未認識到位,造成施工質(zhì)量低劣。設(shè)計中應(yīng)加強對鉸縫內(nèi)連接鋼筋布置的重視程度,甚至可以將鉸縫鋼筋和橋面鋪裝鋼筋作一定的連接。通過加強上部結(jié)構(gòu)的整體性,將鉸縫受損的可能性降到最低。施工中應(yīng)加強鉸縫預(yù)埋鋼筋定位的準(zhǔn)確性,預(yù)埋鋼筋的搭接確保連接牢固,空心板側(cè)面的鑿毛應(yīng)充分,養(yǎng)護要到位。

5 結(jié)語

通過對空心板鉸縫的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析,研究其鉸縫病害產(chǎn)生機理,并提出了相應(yīng)的防治措施,可供新建橋梁在空心板設(shè)計以及施工中參考。

［1］ 浙江省交通運輸廳.中小跨徑橋梁典型病害防治手冊［M］.北京：人民交通出版社,2010.

U445.7+1

B

1009-7716(2015)09-0110-03

2015-04-14

徐雅娟(1965-),女,浙江杭州人,高級工程師,從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。