某橋梁先張法梁板底縱向裂縫成因及影響分析

秦 霞

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，隨著交通壓力的不斷增大，我國部分公路橋梁出現了不同形式的質量病害，嚴重影響橋梁承載性能，威脅行車安全[1]。而空心板梁橋作為普遍采用的橋梁結構形式，其板底縱向裂縫最為常見，且危害嚴重[2]。該文利用支座壓縮檢測、剪切變形測試、靜載荷試驗等一系列方法，分析空心板底面的裂縫成因，并提出了有效的處治建議，以期為后續類似工程施工提供理論依據。

1 工程概況

某公路橋梁工程，上部結構為空心板梁，設計跨度15 m，經綜合檢測，發現板底中間存在大量縱向裂縫，縫寬為0.10~1.25 mm，且部分裂縫已呈貫通狀態，遠遠超出標準要求。因此，需對空心板梁進行受力狀態分析，以確定裂縫空心板工作性能，進而采取科學有效的處治措施。

2 梁板底縱向裂縫工作狀態評估方法

空心板梁底板未出現裂縫時為封閉狀態，具有較強的抗變形能力。一旦底板出現裂縫，其封閉狀態被打破，結構喪失整體性，抗變形能力嚴重降低[3]。因此，采用下列試驗，對梁底裂縫成因進行分析，以采用科學有效的處治措施：

（1）利用橫向荷載變化情況得出空心板梁荷載橫向分布系數，通過與理論值對比，分析其與縱向裂縫之間的關系。

（2）對梁端施加荷載作用，檢測支座受力狀態，分析縱向裂縫與支座性能關系。

（3）對裂縫兩邊板底變形量進行檢測，分析裂縫產生后底板有無剪切變形產生。

（4）對空心板進行靜載試驗，分析裂縫對其承載力的效應。

3 試驗結果與分析

3.1 荷載橫向分布系數測試

3.1.1 理論計算

試驗檢測階段，采用空心板的設計截面慣性矩，并根據底板裂縫截面慣性矩的大小，分別對每一空心板的荷載橫向分布作用線進行分析[4]。通過式（1）求出剛度參數γ，并結合《道路橋梁工程設計標準：梁橋》（第二版）中γ值對應的各空心板荷載橫向分布影響線。具體結果如圖1、圖2所示。

圖1 空心板梁未開裂時橫向分布影響線理論計算結果

式中，γ——剛度參數；I——抗彎慣性矩；IT——抗扭慣性矩；b——梁寬；l——梁跨度。

3.1.2 荷載橫向分布系數測試

選擇空心板梁跨中位置進行荷載橫向分布系數測試，并對各梁體橫向連接狀況實施分析[5-6]。具體加載情況如圖3所示。按照空心板梁實際測得的撓度值，計算出檢測截面荷載橫向分布影響線豎標值，并分別繪制各梁實際與理論狀態下的橫向分布影響線。

圖3 荷載橫向分布系數測試圖

通過實測和理論狀態下橫向分布影響線對比，能夠看出空心板梁實際荷載橫向分布狀況與未開裂空心板理論值相近，由此判定梁體荷載的橫向分布受空心板梁底縱向裂紋的影響很小。

3.2 支座壓縮測試

進行橋梁支座壓縮試驗，并根據空心板裂縫分布及支座受力情況，科學分析空心板縱向裂縫與支座性能之間的關系[7-8]。其測點布設及加載情況如圖4所示；得出的各加載輪以下梁體的位移狀態如圖5；各梁體支座的壓縮及加載空間位置關系如圖6所示。線

圖4 支座壓縮試驗測點布置及加載示意圖

圖5 各加載輪位下梁體位移

圖6 各梁支座變形與荷載作用位置關系曲

支座壓縮測試前，對支座工作狀態進行全面檢查，發現部分支座處于脫空狀態。通過圖5、圖6可知：各梁體支座變形與荷載影響處的曲線基本為平順狀態，未產生突變現象，表明所有空心板之間的鉸縫連接完好。因鉸縫具有傳遞梁體剪力的作用，因此僅憑梁體位移無法確定支座是否存在脫空現象。

3.3 縱向裂縫剪切變形測試

在空心板梁縱向裂縫左右兩邊依次布設檢測點，對各種狀況下應變差異進行檢測；并跨縱縫設置橫向檢測點，對裂縫發展進行全面檢測；看縱縫兩側空心板梁底部有無變位現象，若存在變位，則表明空心板梁抗變形能力顯著下降[9]。其中應變測點集中布設于8#梁、15#梁底部，而變位測點布設于15#梁底部。具體檢測結論如表1所示。

通過表1能夠看出：①分布于縱縫兩側且與之平行的檢測點，各工況下的應變值基本相同。而跨縱縫測點，各工況下的應變值均不超過20 με；②縱向裂縫對空心板梁抗變形能力基本無影響；③加載狀況下，縱向裂縫基本無變化；④縱向裂縫主要由前期多方因素造成，與行車荷載無關，但行車荷載會加劇其發展。

表1 縱向裂縫剪切變形試驗實測應變結論 /με

3.4 空心板梁靜載試驗

對空心板實施靜載試驗。選取L0#~-L4#墩范圍內橋跨進行試驗，其試驗截面為邊跨0.4L截面與中跨跨中截面。通過試驗檢測，得出如下結論：

（1）未加載狀態下，空心板應變及撓度殘余均符合設計標準。

（2）校驗系數評定：最大荷載作用下，A斷面1#~3#梁撓度校驗系數為0.733 0、0.764 0、0.793 0，B斷面1#~3#梁撓度校驗系數為0.711 0、0.723 0、0.783 0，均符合標準中0.70~1.0的范圍規定。

（3）抗裂性能：檢測點截面應變、荷載效應之間呈正相關關系，充分表明加載工況下斷面底部測點區域未產生裂縫，截面抗裂性能符合標準要求[10]。據此判定，空心板梁底部縱向裂縫不影響其承載性能和路用性能。

4 結語

該文通過荷載橫向分布系數、支座壓縮檢測、剪切變形測試、靜載荷試驗等方法，進一步證明空心板梁底部縱向裂縫不影響其承載性能和路用性能，梁體整體承載性能符合設計標準。縱向裂縫非行車荷載所致，但會在一定程度上加劇裂縫發展。

對空心板縱向裂縫進行補強處理時，應從提高結構耐久性方面入手，針對非貫通裂縫采取灌縫處理；而對于貫通性裂縫則通過設置纖維貼進行封閉處理。此外，應加強橋梁維護工作，定期進行檢修和維護，針對支座脫空現象，應及時采取補救措施，必要時對支座進行更換，確保支座受力正常，避免產生衍生病害。