一種新型橋面連續(xù)縫的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李洞明

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 概述

目前隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和環(huán)保要求的提高，橋梁裝配法施工已經(jīng)成為趨勢。其中預(yù)制簡支梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、施工方便、安全可靠、造價低，是一種適用性很廣的橋梁結(jié)構(gòu)形式。但是由于傳統(tǒng)橋面連續(xù)縫安全性、耐久性差，常發(fā)生開裂、滲水等病害，限制了預(yù)制簡支梁結(jié)構(gòu)的使用，因此解決橋面連續(xù)縫的開裂、滲水病害將帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。通過對橋面連續(xù)縫受力狀況分析，設(shè)計(jì)了一種新型橋面連續(xù)縫，其安全可靠、造價低、構(gòu)造簡單、便于施工、適用性廣，并且經(jīng)實(shí)際工程檢驗(yàn)，使用效果好。

2 傳統(tǒng)橋面連續(xù)縫構(gòu)造

傳統(tǒng)橋面連續(xù)縫構(gòu)造常采用剛接板，其構(gòu)造為梁端縫內(nèi)塞入聚乙烯泡沫板，其上覆蓋橡膠墊片（寬度約600 mm），隔離混凝土鋪裝與主梁，并在梁端縫兩側(cè)一定范圍的鋼筋混凝土鋪裝中增設(shè)縱向加強(qiáng)鋼筋（見圖1）。傳統(tǒng)橋面連續(xù)縫設(shè)計(jì)時對其受力認(rèn)識不夠充分，對其未進(jìn)行專門的計(jì)算分析，混凝土鋪裝的配筋、厚度、隔離段長度按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，留下了安全隱患。

3 橋面連續(xù)縫受力狀況分析[1]

橋面連續(xù)縫為嵌固于主梁的固端梁，跨徑為橡膠墊片的寬度，受力模式如圖2所示。影響橋面連續(xù)縫的主要因素有梁端縫處車輪局部荷載、梁端轉(zhuǎn)角引起的梁端縫張開、主梁撓曲引起的梁體縱向位移、整體升降溫、日照溫差、汽車制動力、混凝土收縮徐變、支座不均勻壓縮和沉降。

圖1 傳統(tǒng)橋面連續(xù)縫構(gòu)造

圖2 橋面連續(xù)縫受力圖示

（1）車輪局部荷載。梁端縫處橋面連續(xù)縫受車輪反復(fù)沖擊，連續(xù)縫易損壞，且由于施工原因，端縫尺寸常常與設(shè)計(jì)尺寸偏差較大，加劇了連續(xù)縫的損壞。

（2）梁端轉(zhuǎn)角。在二期恒載、活載、溫度和收縮徐變等荷載作用下，梁端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，端縫頂部張開，并且主梁端部上角點(diǎn)向上頂起，在連續(xù)縫中產(chǎn)生較大拉力，并產(chǎn)生彎矩和局部壓應(yīng)力。

（3）主梁撓曲。在外荷載作用下，主梁產(chǎn)生撓曲，導(dǎo)致主梁梁長縮短，在連續(xù)縫中產(chǎn)生拉力。

（4）整體升降溫和制動力。在整體升降溫和制動力作用下，連續(xù)縫中產(chǎn)生拉力和壓力。

（5）支座不均勻壓縮和沉降。在支座不均勻壓縮和沉降的作用下，連續(xù)縫中產(chǎn)生彎矩和局部壓應(yīng)力。

（6）收縮徐變。在收縮徐變的作用下，連續(xù)縫受拉彎。

根據(jù)對連續(xù)縫損壞情況的調(diào)查，車路局部沖擊荷載和梁端轉(zhuǎn)角是連續(xù)縫損壞的主要因素。在梁端轉(zhuǎn)角作用下，連續(xù)縫的軸向剛度決定了連續(xù)縫中拉力大小，連續(xù)縫剛度大則拉力大，連續(xù)縫剛度小則拉力小，故應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定連續(xù)縫的長度。

4 新型橋面連續(xù)縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)橋面連續(xù)縫的受力特點(diǎn)，采取針對性的措施：梁端縫上覆蓋鋼板，鋼板與連續(xù)縫混凝土結(jié)合，形成鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，承受車輪局部沖擊，并且鋼板承受梁端上角點(diǎn)處局部壓應(yīng)力；梁端局部區(qū)域連續(xù)縫與梁體隔離，按控制裂縫寬度的原則，經(jīng)計(jì)算確定隔離范圍；連續(xù)縫與主梁之間設(shè)置軟墊層（橡膠片），以削弱甚至消除梁端上頂?shù)挠绊懀辉谶B續(xù)縫內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，以承受拉力；此外在梁端縫內(nèi)設(shè)置膨脹型止水橡膠圓條，防止?jié)B水。

新型橋面連續(xù)縫的構(gòu)造由三大部分構(gòu)成：第一部分在梁端縫內(nèi)塞入橫向通長膨脹型止水橡膠圓條，塞入距梁頂0.1 m，用雙組分聚硫密封膠把縫內(nèi)橡膠圓條以上部分剩余空隙填滿，其中要求圓條直徑要比預(yù)留縫寬，圓條內(nèi)反向插入M8六角頭螺栓，螺母朝上；第二部分在梁頂面用M10水泥砂漿找平，再用樹脂膠將2～3 mm厚橡膠片粘鋪上，其中心與縫中心對齊；在橡膠片上壓鍍鋅鋼板，橫向并列通長布滿，安裝時鋼板預(yù)留孔對應(yīng)穿入預(yù)埋螺栓，擰緊螺母固定鋼板；第三部分在連續(xù)縫混凝土鋪裝內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)鋼筋。具體構(gòu)造如圖3所示。

該新型橋面連續(xù)縫構(gòu)造通過在梁端縫處安裝鋼板及加強(qiáng)鋼筋，比傳統(tǒng)連續(xù)縫強(qiáng)度和剛度大，減少因車輪碾壓導(dǎo)致連續(xù)縫開裂，避免梁端上角點(diǎn)處連續(xù)縫局部承壓碎裂，從而減少橋面水滲入連續(xù)縫內(nèi)；通過擰緊螺栓，壓緊梁頂橡膠片、擠密密封膠，防水性比傳統(tǒng)連續(xù)縫要好，當(dāng)因密封膠老化后小部分水穿透時，橡膠圓條遇水膨脹，防止水穿過。合理控制隔離范圍，將梁端轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的水平位移均勻分布在隔離范圍的連續(xù)縫上，裂縫寬度滿足規(guī)范要求。通過以上措施，連續(xù)縫能有效防水抗裂且更耐久，構(gòu)造所需材料均為市場常見建材，無須特制，安裝簡單，施工方便。

圖3 新型橋面連續(xù)縫構(gòu)造

5 新型橋面連續(xù)縫的應(yīng)用

此新型連續(xù)縫在上海度假區(qū)高架中首先使用，經(jīng)四年多運(yùn)營，使用情況良好，未發(fā)現(xiàn)瀝青路面開裂和滲水。目前在建的上海S7公路和龍東大道高架工程中也采用此新型連續(xù)縫。

此新型連續(xù)縫設(shè)計(jì)關(guān)鍵為確定連續(xù)縫的長度，以龍東大道高架工程為例，簡述連續(xù)縫長度的計(jì)算。龍東大道高架工程標(biāo)準(zhǔn)段橋梁結(jié)構(gòu)為30 m簡支小箱梁，橋面連續(xù)，2～5跨一聯(lián)，下部結(jié)構(gòu)為平頭蓋梁。

5.1 計(jì)算模型

采用橋梁博士有限元計(jì)算程序，選取2×30 m簡支小箱梁（橋面連續(xù)）結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。小箱梁采用梁單元模擬；考慮到連續(xù)縫為鋼筋混凝土構(gòu)件，在拉力作用下開裂，故僅考慮連續(xù)縫中縱向鋼筋的作用，采用梁單元模擬，面積為縱向鋼筋面積。由于結(jié)構(gòu)縱向?qū)ΨQ，故縱橋向選取半結(jié)構(gòu)。連續(xù)縫中縱向鋼筋取1/2連續(xù)縫長度，在梁端處采用固端約束條件，在另一端采用剛性連接于小箱梁頂，通過計(jì)算得到鋼筋應(yīng)變、鋼筋應(yīng)力，從而計(jì)算出連續(xù)縫的裂縫寬度。模型如圖4、圖5所示。

圖4 有限元分析模型示意（一）

圖5 有限元分析模型示意（二）

5.2 荷載

模型計(jì)算考慮了恒載、活載、溫度梯度和沉降等荷載作用。整體升降溫、制動力在連續(xù)縫中的效應(yīng)經(jīng)單獨(dú)計(jì)算后，與有限元模型計(jì)算結(jié)果組合。

5.3 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)試算，連續(xù)縫長度取2 m，縱向鋼筋直徑為18 mm、間距為100 mm時，在荷載最不利頻遇組合作用下，鋼筋應(yīng)力為166 MPa。

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018），裂縫寬度為 0.151 mm，滿足規(guī)范要求[2]。

6 結(jié)語

對橋面連續(xù)縫受力狀況進(jìn)行了詳細(xì)分析后，針對其受力特點(diǎn)和病害，設(shè)計(jì)了新型防水抗裂連續(xù)縫。經(jīng)實(shí)際工程檢驗(yàn)，使用狀況良好，能有效防水抗裂且更耐久，所需材料均為市場常見建材，無須特制，安裝簡單，施工方便。