預(yù)制空心板橋單板鉸縫病害分析與防治

李樹艷+胥海寧

摘要： 預(yù)制空心板橋作為中小跨徑橋梁最為普遍的結(jié)構(gòu)形式，在我國(guó)交通行業(yè)發(fā)展中具有舉足輕重的作用。在其眾多的病害成因中，單板受力現(xiàn)象對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力形式最不利，造成構(gòu)件迅速破壞，危及結(jié)構(gòu)安全。本文從空心板橋的橫向連接方式出發(fā)，給出了鉸縫病害成因分析，最后給出了相應(yīng)加固預(yù)防措施供橋梁養(yǎng)護(hù)工作者參考借鑒。

Abstract： Precast hollow slab bridges as the most common form， plays an important role in the development of transportation industry in china. In many of the causes of the disease， the stress of single plate is the most unfavorable to the stress form of the bridge structure， which causes the rapid destruction of the component and endangers the safety of the structure. This paper from the transverse connection of hollow slab bridge， gives the hinge cracks cause analysis， finally gives the corresponding preventive measures for reinforcement of bridge maintenance workers reference.

關(guān)鍵詞： 預(yù)制空心板橋；鉸縫病害；單板受力；預(yù)防措施

Key words： precast hollow slab bridge；hinge joint disease；veneer stress；preventive measure

中圖分類號(hào)：U445.7+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）17-0122-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，橋梁養(yǎng)護(hù)工作逐漸成為橋梁工程領(lǐng)域的重點(diǎn)。橋梁常見的預(yù)制結(jié)構(gòu)形式主要有空心板、小箱梁、T梁三種類型。而在公路建設(shè)中，預(yù)制空心板橋作為最普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單，加工制作方便，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用時(shí)間最早，常用于單跨跨徑小于13m的中小跨徑橋梁，因而成為公路中橋梁的首選形式。中小橋在公路運(yùn)輸中的作用不可忽視，截止2015年底，全國(guó)公路橋梁總數(shù)已達(dá)77.92萬座，其中特大橋3894座，中小跨徑橋梁占到其總數(shù)的90%左右。但因材料老化及荷載長(zhǎng)期作用、疲勞效應(yīng)與荷載組合不利效應(yīng)等不利因素的耦合作用下，橋梁在使用過程中不可避免地出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷與抗力衰減，其病害成因與預(yù)防控制措施成為橋梁公路養(yǎng)護(hù)者的重點(diǎn)關(guān)注問題。其中對(duì)于空心板橋而言，單板受力現(xiàn)象成為影響結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的最突出因素。

1 截面與橫向連接形式

裝配式空心板橋作為主梁需要板與板之間采用橫向連接構(gòu)造形成整體，以保證板塊共同受力。常用橫向連接方式有企口混凝土鉸連接和鋼板連接。企口混凝土鉸有圓形、菱形、漏斗形三種。其中漏斗形應(yīng)用最多，可制作成淺鉸縫、中鉸縫和深鉸縫。深鉸縫在一定程度上會(huì)改善鉸縫抗剪能力，但并未能從根本上解決鉸縫破壞病因。而在實(shí)際施工過程中，為了橋梁盡早通車而通常會(huì)縮短集料混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，因此板與板之間常常選用橫向連接剛度較大的鋼板連接，如圖1、圖2所示，用N1蓋板與預(yù)埋鋼板N2焊接連接。

2 鉸縫病害成因分析與特征

空心板鉸縫作為橋梁橫向連接的構(gòu)造，成為空心板橋特有的結(jié)構(gòu)形式，承擔(dān)著各個(gè)主梁協(xié)同受力的作用。鉸縫的病害是預(yù)制空心板梁橋特有的病害，也是目前空心板梁橋中存在最為嚴(yán)重的一種病害。預(yù)制空心板梁橋主要靠現(xiàn)澆混凝土鉸縫連接各主梁，通過橫向鉸縫，作用在橋梁上的局部車輛荷載便可以傳遞給各片主梁，實(shí)現(xiàn)多板協(xié)同工作。然而一旦鉸縫發(fā)生破壞，就造成了荷載不能有效傳遞給各片主梁，形成一種叫做“單板受力”的現(xiàn)象，造成承重構(gòu)件的迅速損壞，危及結(jié)構(gòu)安全。

造成鉸縫破壞形成單板受力有如下幾個(gè)原因：

①設(shè)計(jì)原因：理論鉸與實(shí)際鉸傳力分配不相適應(yīng)，如圖3所示。荷載作用下主梁的變位包括豎向撓曲、橫向撓曲以及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)荷載作用于空心板簡(jiǎn)支梁橋中的某一片主梁時(shí)，會(huì)通過橫向聯(lián)系將荷載傳遞給相鄰的主梁。豎向撓曲會(huì)使鉸縫產(chǎn)生豎向剪力、縱向剪力及縱向彎矩；橫向撓曲會(huì)使鉸縫產(chǎn)生橫向彎矩；鉸縫多采用多邊形的幾何形狀起到鑲嵌作用，而與理論鉸的構(gòu)造模式有很大差別，從而約束了空心板板沿縱軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致鉸縫不僅承受剪力和彎矩，還要承受偏心荷載作用下的扭矩。而設(shè)計(jì)時(shí)通常只考慮鉸縫的豎向剪應(yīng)力而忽略了偏心荷載作用下板梁撓曲和轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)鉸縫的拉壓作用，因此造成設(shè)計(jì)上的缺陷。

②施工原因：混凝土施工過程中物理、化學(xué)變化影響。澆筑鉸縫前未對(duì)新老混凝土澆注面進(jìn)行鑿毛，使得接縫處受力性能差，減弱了剪力的傳遞。此外由于鉸縫處澆筑尺寸較小，澆筑時(shí)振搗不實(shí)造成構(gòu)造強(qiáng)度的降低。橋梁排水不暢通、鋪裝層的破壞和老化開裂使得路面積水滲入主梁和下部結(jié)構(gòu)，造成鉸縫滲水和配筋銹蝕，承載力減弱。

③運(yùn)營(yíng)角度：超載現(xiàn)象嚴(yán)重，大型貨車占用行車道的開裂頻率遠(yuǎn)超過超車道，造成主梁交界處產(chǎn)生縱向裂縫。長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用下板間橫向連接失效，活載不能有效地橫向分配。

3 防治措施

結(jié)合近幾年來已有的治理單板受力的工程實(shí)例，從改善橋面系、加強(qiáng)連接、鉸縫錨固連接形成整體幾方面解決單板受力問題。

3.1 加設(shè)橋面鋪裝鋼筋

采用經(jīng)質(zhì)檢合格的鋼筋保證焊接的質(zhì)量，鋼筋接頭應(yīng)錯(cuò)開布置。鋼筋網(wǎng)片與鉸縫預(yù)留鋼筋綁扎在鋼筋網(wǎng)片上，必要時(shí)輔以焊接保證整體工作性。將新鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)片與橋面植筋上部彎鉤部分縱向焊接成整體。橋面鋪裝采用聚丙纖維防水混凝土，適當(dāng)延長(zhǎng)拌合時(shí)間。鋪筑鉸縫前首先在鉸縫底部填滿M12.5水泥砂漿，待強(qiáng)度達(dá)到50%時(shí)再灌注細(xì)石混凝土并加強(qiáng)振搗。鋪設(shè)防水混凝土鋪裝層前，用高壓氣泵對(duì)表面混凝土渣進(jìn)行清理。

3.2 錨固連接

對(duì)損壞的鉸縫確定需要鑿除的位置，鑿除橋面鋪裝層后應(yīng)增設(shè)鉸縫橫向連接鋼筋或者錨固連接鋼板加強(qiáng)。橫向連接鋼筋對(duì)于跨徑小于5m的橋涵較為適合，但是跨徑較大時(shí)可采用如圖4、5所示的錨固連接鋼板，鋼板間距為500mm。對(duì)于拆除部分的橋面鋪裝層需要保證其防水性，因此修布時(shí)采用C40防水混凝土，并配置縱筋和橫向分布鋼筋保證其承載能力和防水要求。

4 結(jié)論與建議

本文從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)幾方面分析了導(dǎo)致單板鉸縫病害的主要因素，并給出了適合于鉸接板式橋梁鉸縫破損處置措施。除需要通過設(shè)計(jì)和施工保證鉸縫的受力性能和施工質(zhì)量，還需要后期合理的橋涵養(yǎng)護(hù)和加固維修措施予以保證。對(duì)預(yù)制空心板橋單板鉸縫病害現(xiàn)象進(jìn)行分析后，通過合理的養(yǎng)護(hù)和預(yù)防控制，若在病害早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處置，可以保證橋梁的承載力和荷載橫向分配不受影響。統(tǒng)計(jì)資料顯示單板受力橋涵數(shù)量呈現(xiàn)急劇增加趨勢(shì)，需要養(yǎng)護(hù)工作者們及早發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行合理的處置。

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