預制空心板橋單板鉸縫病害分析與防治

李樹艷+胥海寧

摘要： 預制空心板橋作為中小跨徑橋梁最為普遍的結構形式，在我國交通行業發展中具有舉足輕重的作用。在其眾多的病害成因中，單板受力現象對橋梁結構的受力形式最不利，造成構件迅速破壞，危及結構安全。本文從空心板橋的橫向連接方式出發，給出了鉸縫病害成因分析，最后給出了相應加固預防措施供橋梁養護工作者參考借鑒。

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.

關鍵詞： 預制空心板橋；鉸縫病害；單板受力；預防措施

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

中圖分類號：U445.7+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0122-03

0 引言

隨著我國經濟快速發展的需要，橋梁養護工作逐漸成為橋梁工程領域的重點。橋梁常見的預制結構形式主要有空心板、小箱梁、T梁三種類型。而在公路建設中，預制空心板橋作為最普遍應用的結構形式，具有結構受力簡單，加工制作方便，施工速度快等優點。其應用時間最早，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。中小橋在公路運輸中的作用不可忽視，截止2015年底，全國公路橋梁總數已達77.92萬座，其中特大橋3894座，中小跨徑橋梁占到其總數的90%左右。但因材料老化及荷載長期作用、疲勞效應與荷載組合不利效應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結構損傷與抗力衰減，其病害成因與預防控制措施成為橋梁公路養護者的重點關注問題。其中對于空心板橋而言，單板受力現象成為影響結構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。而在實際施工過程中，為了橋梁盡早通車而通常會縮短集料混凝土養護時間，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造，成為空心板橋特有的結構形式，承擔著各個主梁協同受力的作用。鉸縫的病害是預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重的一種病害。預制空心板梁橋主要靠現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，實現多板協同工作。然而一旦鉸縫發生破壞，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”的現象，造成承重構件的迅速損壞，危及結構安全。

造成鉸縫破壞形成單板受力有如下幾個原因：

①設計原因：理論鉸與實際鉸傳力分配不相適應，如圖3所示。荷載作用下主梁的變位包括豎向撓曲、橫向撓曲以及扭轉效應。當荷載作用于空心板簡支梁橋中的某一片主梁時，會通過橫向聯系將荷載傳遞給相鄰的主梁。豎向撓曲會使鉸縫產生豎向剪力、縱向剪力及縱向彎矩；橫向撓曲會使鉸縫產生橫向彎矩；鉸縫多采用多邊形的幾何形狀起到鑲嵌作用，而與理論鉸的構造模式有很大差別，從而約束了空心板板沿縱軸方向的轉動，導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。而設計時通常只考慮鉸縫的豎向剪應力而忽略了偏心荷載作用下板梁撓曲和轉動對鉸縫的拉壓作用，因此造成設計上的缺陷。

②施工原因：混凝土施工過程中物理、化學變化影響。澆筑鉸縫前未對新老混凝土澆注面進行鑿毛，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，澆筑時振搗不實造成構造強度的降低。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構，造成鉸縫滲水和配筋銹蝕，承載力減弱。

③運營角度：超載現象嚴重，大型貨車占用行車道的開裂頻率遠超過超車道，造成主梁交界處產生縱向裂縫。長期反復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

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

3.1 加設橋面鋪裝鋼筋

采用經質檢合格的鋼筋保證焊接的質量，鋼筋接頭應錯開布置。鋼筋網片與鉸縫預留鋼筋綁扎在鋼筋網片上，必要時輔以焊接保證整體工作性。將新鋪設的鋼筋網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，適當延長拌合時間。鋪筑鉸縫前首先在鉸縫底部填滿M12.5水泥砂漿，待強度達到50%時再灌注細石混凝土并加強振搗。鋪設防水混凝土鋪裝層前，用高壓氣泵對表面混凝土渣進行清理。

3.2 錨固連接

對損壞的鉸縫確定需要鑿除的位置，鑿除橋面鋪裝層后應增設鉸縫橫向連接鋼筋或者錨固連接鋼板加強。橫向連接鋼筋對于跨徑小于5m的橋涵較為適合，但是跨徑較大時可采用如圖4、5所示的錨固連接鋼板，鋼板間距為500mm。對于拆除部分的橋面鋪裝層需要保證其防水性，因此修布時采用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 結論與建議

本文從設計、施工和運營幾方面分析了導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。除需要通過設計和施工保證鉸縫的受力性能和施工質量，還需要后期合理的橋涵養護和加固維修措施予以保證。對預制空心板橋單板鉸縫病害現象進行分析后，通過合理的養護和預防控制，若在病害早期及時發現并進行處置，可以保證橋梁的承載力和荷載橫向分配不受影響。統計資料顯示單板受力橋涵數量呈現急劇增加趨勢，需要養護工作者們及早發現并進行合理的處置。

參考文獻：

[1]李海冬.預制空心板體系橋梁受力性能試驗研究[D].哈爾濱工業大學，2014年6月.

[2]葉見曙.裝配式混凝土鉸接板橋鉸縫剪力計算[J].深圳大學學報：理工版，2011，28（01）：60-64.

[3]王硯桐.高等級公路中“單板受力”現象及原因分析[J].公路交通技術，2004（04）：29-32.