談簡支梁橋的橋面連續(xù)構(gòu)造

張秀林，卞怡，王志成，李佐宇

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，南京 210098）

1 引言

過去幾十年以來，中國橋梁建設(shè)取得了長足發(fā)展，橋梁的形式也日益增多。簡支梁橋由于結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、施工簡便等特性，在中小跨徑橋梁的建設(shè)中得以普遍應(yīng)用。但簡支梁橋伸縮縫裝置的受力十分復(fù)雜，容易發(fā)生損壞，公路管理部門每年不得不花費(fèi)大量人力、物力用于病害橋梁的加固維修，成了運(yùn)營者面臨的難題。

橋面無縫化技術(shù)主要為主梁連續(xù)、橋面板連續(xù)、橫梁連續(xù)和橋面連續(xù)。20 世紀(jì)70 年代末期，英國首先提出了“帶橋面連續(xù)構(gòu)造的簡支梁橋”。橋面連續(xù)的技術(shù)原理是，把橋面板或橋面鋪裝澆筑在一起，進(jìn)而將橋面分段連接或把全橋連接起來，橋梁在避免伸縮縫引起車輛顛簸的同時(shí)，并不改變其簡支梁的受力特性。得益于這種特點(diǎn)，工程中的多跨簡支梁無縫化技術(shù)常常采用橋面連續(xù)的措施【1】。

2 傳統(tǒng)構(gòu)造形式

橋面連續(xù)構(gòu)造的主要工序?yàn)椋杭茉O(shè)主梁→鋪設(shè)縱橫向鋼筋網(wǎng)→澆筑混凝土→鋪設(shè)防水卷材→澆筑瀝青混凝土鋪裝層。歸納起來，根據(jù)受力方式和具體施工工藝不同，橋面連續(xù)構(gòu)造一般有3 種形式：剛接式、拉桿式和鉸接式橋面連續(xù)構(gòu)造。

2.1 剛接式

剛接式橋面連續(xù)構(gòu)造類似于鉗固于主梁的固端梁，主梁承受荷載時(shí)處于簡支受彎狀態(tài)，剛接板內(nèi)在主梁兩端的轉(zhuǎn)動下產(chǎn)生彎矩。除了彎矩以外，剛接橋面連續(xù)板還要承擔(dān)汽車制動力以及溫度變化等因素引起的縱向水平力。這種橋面連續(xù)構(gòu)造不需設(shè)置施工縫，具有施工難度小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 拉桿式

所謂的“拉桿”就是把連接鋼筋與混凝土隔離，依靠無黏結(jié)構(gòu)造形式的鋼筋承受連續(xù)區(qū)域的縱向拉應(yīng)力，從而分擔(dān)了混凝土的拉應(yīng)力。此外，兩端的軟木條或者鋸縫允許橋面連續(xù)構(gòu)造在此處轉(zhuǎn)動，通過削弱截面剛度降低橋面連續(xù)構(gòu)造與梁體的整體性，從而減小了板內(nèi)彎矩。

2.3 鉸接式

鉸接式橋面連續(xù)構(gòu)造在連續(xù)板的中間設(shè)置了斷縫，用橡膠套管包裹橋面連續(xù)構(gòu)造處的鋼筋，連接鋼筋在受力后可發(fā)生上下的微小轉(zhuǎn)動，同時(shí)承擔(dān)兩端的軸向力。這一舉措使得荷載引起主梁支座處發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)鉸接連續(xù)板處不會產(chǎn)生彎矩，在一定程度上緩解了連接板的開裂。但這種構(gòu)造由于斷縫的存在，結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋很容易由于雨水的滲入產(chǎn)生銹蝕，再加上構(gòu)造復(fù)雜、施工不便的缺點(diǎn)，目前國內(nèi)已經(jīng)很少采用鉸接式構(gòu)造。

3 橋面連續(xù)構(gòu)造的破壞

3.1 破壞因素

簡支梁橋在車輛荷載、溫度荷載和二期鋪裝荷載作用下，主梁兩端將發(fā)生轉(zhuǎn)角和縱向、豎向位移。而橋面連續(xù)構(gòu)造處于主梁接縫位置，將伴隨主梁產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)承受拉應(yīng)力和負(fù)彎矩，實(shí)際上成了橋梁的薄弱部位。歸納起來，橋面連續(xù)受到的外部荷載作用一般可分5 種【2】。

1）兩端主梁由于降溫縱向變形，橋面連續(xù)板受到來自主梁的拉力而在內(nèi)部產(chǎn)生軸拉，如圖1a 所示；

2）主梁梁端在車輛荷載或溫度梯度的作用下向上轉(zhuǎn)動，橋面連續(xù)板受到擠壓產(chǎn)生負(fù)彎矩；

3）主梁梁端在同樣的原因下向上轉(zhuǎn)動，橋面連續(xù)板由于協(xié)同變形產(chǎn)生負(fù)彎矩，如圖1b 所示；

圖1 橋面連續(xù)受到的外部荷載作用舉例

4）兩端主梁由于橋梁支座或橋墩的不均勻沉降發(fā)生錯動，橋面連續(xù)板受到豎直剪切作用；

5）車輪的局部沖擊使得橋面連續(xù)板受到局部擠壓作用。

3.2 破壞形式與危害

由于橋面連續(xù)構(gòu)造的變形能力不足，再加上上述破壞因素的影響，它的主要破壞形式是混凝土和鋪裝層產(chǎn)生較大裂縫，且正中間的裂縫相對較寬。這些病害不僅影響橋梁的行車平順和正常使用，還破壞了橋面的完整性，進(jìn)而引發(fā)雨水下滲。雨水不僅造成橋面連續(xù)構(gòu)造的鋼筋銹蝕，其下滲后還將落至橋面下方引起的蓋梁腐蝕，對橋梁的使用壽命造成影響。

4 研究進(jìn)展

4.1 ECC 混凝土

普通混凝土橋面連續(xù)段的破壞因素和破壞形式說明，使用新型材料來抵抗這些不利因素是一種合理可行的解決辦法。ECC（高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料）是近20a 發(fā)展起來的一種高延性材料，2005 年，美國密歇根州公路管理局采用ECC 混凝土改造了Ann Arbor 市的一座橋梁的伸縮縫，成功改善了原橋橋面的受力情況【3】。摻入PVA 纖維后的ECC 混凝土具有抗裂好、延性高、自愈合的優(yōu)點(diǎn)，還具有很好的耐久性，可以有效提高結(jié)構(gòu)的承載力。試驗(yàn)表明【4】，ECC 混凝土具有應(yīng)變硬化特性，同時(shí)，拉應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度后可產(chǎn)生密集的細(xì)裂縫，適應(yīng)更大的變形。使用ECC 混凝土澆筑橋面連接板，能夠依靠其高延性的優(yōu)勢避免橋面連續(xù)板因?yàn)檩S拉、負(fù)彎矩等作用開裂破壞。

4.2 植入式橋面連續(xù)裝置

潘志炎【5】等提出植入式橋面連續(xù)裝置（ESC 橋面連續(xù)裝置），中間是橡膠體，兩側(cè)均嵌入鋼筋，背面設(shè)有排水槽。該裝置的高彈性橡膠體可以分散混凝土變形，通過減小轉(zhuǎn)角來減小混凝土的應(yīng)力和裂縫寬度，從而增強(qiáng)了橋面連續(xù)處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還能夠延緩甚至阻止瀝青混凝土層反射裂縫的出現(xiàn)。此外，裝置背面的排水管道還能將滲入的雨水從橋梁兩側(cè)排出， 解決了下部橋墩、蓋梁的水侵害問題，提高了橋梁安全性和耐久性?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，植入式橋面連續(xù)裝置現(xiàn)已成為橋梁新建與舊橋改造工程中的常見選擇。

4.3 其他改進(jìn)裝置

考慮到簡支梁橋橋面連續(xù)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，橋面連續(xù)構(gòu)造的設(shè)計(jì)和研究得到越來越多學(xué)者的關(guān)注。李洞明【6】通過對橋面連續(xù)縫受力狀況分析，設(shè)計(jì)了一種新型防水抗裂連續(xù)縫：在梁端縫處安裝鋼板及加強(qiáng)鋼筋防止開裂，在梁端縫內(nèi)設(shè)置膨脹型止水橡膠圓條防止?jié)B水。經(jīng)實(shí)際工程檢驗(yàn)?zāi)苡行Х浪沽亚腋途茫?jīng)過近5a 的運(yùn)營，目前使用情況良好。趙成棟【7】設(shè)計(jì)了一種新型PBL 橋面連續(xù)構(gòu)造，該構(gòu)造通過PBL 剪力鍵疊合鋼板與混凝土形成組合板，組合板的兩端錨固在主梁梁端形成連續(xù)縫，現(xiàn)已應(yīng)用于工程當(dāng)中。王崗【8】等設(shè)計(jì)了一種新型的拱型橋面連續(xù)裝置，可以利用拱型結(jié)構(gòu)拱腳受拉使拱頂產(chǎn)生正彎矩的受力特點(diǎn)改變橋面連續(xù)混凝土的受拉局面。

5 結(jié)語

橋面連續(xù)構(gòu)造是橋面連續(xù)簡支梁橋的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。無論是應(yīng)用新材料還是改善混凝土受力狀態(tài)，可以看出，橋面連續(xù)構(gòu)造仍然存在著改進(jìn)的潛力，有關(guān)于此的設(shè)計(jì)與研究正得到越來越多學(xué)者的關(guān)注。