基于實體模型的空心板梁橫向連接構(gòu)造形式優(yōu)化研究綜述

楊忠 李微 秦立新 郭闊

摘要：中國的橋梁發(fā)展具有十分歷史的悠久，隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式的不斷創(chuàng)新，預(yù)制空心板橋是我國目前中小跨徑橋梁中最為常見的結(jié)構(gòu)形式，其在我國橋梁工程中具有十分重要的作用。然而空心板梁橋的絞縫連接構(gòu)造問題是當(dāng)前面臨的一項難題，合理優(yōu)化空心板梁橫向連接構(gòu)造形式能夠有效緩解橋面鋪裝破壞和鋼筋銹蝕等問題，避免空心板承載力不足損壞。本文對我國空心板梁橋的發(fā)展過程進(jìn)行了總結(jié)分析，對國內(nèi)外空心板梁橫向連接構(gòu)造形式的研究成果進(jìn)行了概述，以期在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，為空心板梁橫向連接構(gòu)造形式優(yōu)化提供參考。

【關(guān)鍵詞】空心板梁;橫向連接;構(gòu)造形式優(yōu)化

1.我國空心板梁橋的發(fā)展過程

空心板在我國起步較發(fā)達(dá)國家晚一些，從起步到現(xiàn)在經(jīng)歷了較長時間，從上世紀(jì)60、70年代開始，進(jìn)入起步階段，進(jìn)入到上世紀(jì)80，90年代的總結(jié)、成長階段，到后來開始發(fā)現(xiàn)問題，改善問題，發(fā)展到現(xiàn)在多種工藝并存在情況。

1.1起步階段

空心板從上世紀(jì)60年代開始在我國起步，由于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展有限，其施工工藝在很大程度上受到限制，那個階段的梁板大多是實心結(jié)構(gòu)，直到后來，木制芯模和抽芯工藝開始發(fā)展成熟，空也板才開始逐漸被廣泛應(yīng)用。

到了20世紀(jì)70年代，由交通部組織，第二公路勘察設(shè)計院編制了裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁標(biāo)準(zhǔn)圖JT/GQB-025-75，至此，空心板開始走向標(biāo)準(zhǔn)化道路。

1.2發(fā)展階段

進(jìn)入80年代，我國預(yù)應(yīng)力技術(shù)逐漸成熟，該技術(shù)的應(yīng)用很好的降低了梁板結(jié)構(gòu)高度，減輕結(jié)構(gòu)自重。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)與空心板很好的融合的基礎(chǔ)上，交通部于1993年頒布施行空心板梁標(biāo)準(zhǔn)圖。

上世紀(jì)90年代，我國在結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工以及材料方面取得了一定的進(jìn)步，部分空心板實現(xiàn)了跨徑的突破，比如25m、30m跨徑的使用。在適合使用T梁跨徑的橋梁中，如果項目地址在城鎮(zhèn)邊緣，對被交河道和道路的凈空有較高的要求，則會選擇空心板形式。這時候，在確定橋型的時候，在滿足通航凈空與泄洪量的基礎(chǔ)上，為了提高項目與城市建設(shè)的協(xié)調(diào)性，應(yīng)該適當(dāng)降低橋面標(biāo)高，減少引道坡長，這時就要降低量的高度，那么空心板的使用將剛好滿足這些要求，顯現(xiàn)出優(yōu)勢。

1.3完善階段

隨著空心板的使用，在1993年頒布施行的標(biāo)準(zhǔn)圖中的一些缺陷慢慢顯現(xiàn)出來，尤其是一些梁板裂縫，已經(jīng)影響到結(jié)構(gòu)的安全與正常的使用。因此，項目的各個參建方對其十分重視，都開始從各自的角度對這些缺陷進(jìn)行分析，提出設(shè)計優(yōu)化方案。

為了適應(yīng)現(xiàn)代社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時結(jié)合鉸接空心板梁橋梁的發(fā)展經(jīng)驗，交通部頒布施行了新的寬幅空心板標(biāo)準(zhǔn)圖，在標(biāo)準(zhǔn)圖中，要求梁板板寬為1.25m～1.5m，這個尺寸能夠提高經(jīng)濟(jì)性，同時也能夠大大降低上部梁板材料的使用量，如此一來就可以減少下部結(jié)構(gòu)的荷載，降低工程成本。另一方面，在尺寸調(diào)整之后，板寬變大，板塊的數(shù)量就相應(yīng)減少，提高運(yùn)輸及安裝效率，進(jìn)一步降低成本。最后，由于空心板橋常常存在單板受力現(xiàn)象，所以寬幅空心板的使用增加了板橋的橫向整體性，優(yōu)化了鉸縫尺寸。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀

受到空心板本身缺陷因素的影響，裝配式空心板梁橋鉸接縫經(jīng)常發(fā)生病害，我國有一部分的學(xué)者開始關(guān)注這個現(xiàn)象，并逐漸著手研究，其中，一些研究人員基于設(shè)計理論，對空心板鉸接縫做了如下假設(shè)：空心板鉸接縫只承受豎向剪力作用，不承受彎矩作用。在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，將理論推導(dǎo)進(jìn)行簡化，同時將其與對比試驗進(jìn)行結(jié)合，最終得出有利于空心板鉸接縫剪力的計算、強(qiáng)度驗算及施工等的結(jié)論;還有一部分的研究人員重點研究相關(guān)試驗，探尋橫向鉸接縫病害的原因，并通過反復(fù)的試驗，得出預(yù)防方法，從而形成有效的試驗研究方法，對空心板橫向鉸接縫設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，繼而對相關(guān)病害進(jìn)行防治。在我國，從上世紀(jì)80年代開始，部分學(xué)者開始對受荷狀態(tài)下的鉸接板橫向受力分布情況進(jìn)行研究，但是由于當(dāng)時的技術(shù)水平有限，智能在簡化理論的基礎(chǔ)上，對橋梁進(jìn)行設(shè)計計算，并且當(dāng)時信息技術(shù)有限，研究人員智能通過手算完成，對理論狀態(tài)下的裝配式空心板受力性能做出分析，旨在簡化分析方法。進(jìn)入21世紀(jì)，裝配式空心板梁橋開始在我國廣泛應(yīng)用，隨之出現(xiàn)的是更加常見的鉸接縫病害，成為這類橋梁的主要問題之一，所以，很多研究人員將重點轉(zhuǎn)移至因分析鉸縫的病害問題上來。

2004年王東科針對某段高速公路裝配式空心板橋上部結(jié)構(gòu)以橋面鋪裝損害為主要形式的早期病害，發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝縱縫一般發(fā)生在行車道汽車輪跡線附近2～3塊空心板間企口縫上方的橋面附近，分析了其產(chǎn)生的設(shè)計、施工及養(yǎng)護(hù)管理等原因，提出了將空心板上表面做鑿毛處理，并清洗干凈和加大橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)等提高橫向連接的能力。

2017年，吳慶雄等提出了在鉸縫和空心板結(jié)合面底部增加橫向鋼板的構(gòu)造措施，改變了鉸縫的開展路徑，延緩空心板與鉸縫結(jié)合面的開裂，并且進(jìn)行了8m跨徑的鉸接空心板足尺模型試驗來驗證。以此改善空心板橋的橫向連接。在試驗和非線性有限元分析的基礎(chǔ)上，與結(jié)合面底部帶鋼筋的鉸接空心板試驗進(jìn)行了對比。

2.2國外研究現(xiàn)狀

在國外，裝配式空心板梁橋在中小型橋梁中廣泛使用，通過長期的實踐發(fā)現(xiàn)，同樣存在空心板橋梁鉸縫的問題。1985年Gandhidasan P對預(yù)制空心板梁橋的3種橫向連接方式進(jìn)行了總結(jié)。在空心板梁設(shè)計中，最突出的問題，就是采取什么樣的措施提高空心板的整體性能，并且優(yōu)化荷載傳遞。2011年Fu等基于剪切理論的概念，對加橫向預(yù)應(yīng)力但不加橫隔板的裝配式空心板橋的橫向連接進(jìn)行了分析，對其剪力鍵進(jìn)行了優(yōu)化分析。然后對采用這樣的連接方式的一座新橋進(jìn)行了荷載試驗，并與有限元模型做對比。最終得到了一些對設(shè)計和施工有用的建議，特別是剪力鍵的構(gòu)造和布置。

3.結(jié)束語

目前，在我國公路建設(shè)中，中小跨徑裝配式空心板梁橋普遍采用混凝土企口縫進(jìn)行鉸接連接，我國交通流量日益增加，重型車輛頻繁出現(xiàn)，同時還存在違法超載等現(xiàn)象，并且企口施工困難，受到以上荷載的長期往復(fù)作用，橋梁一般會沿空心板間企口縫出現(xiàn)縱向裂縫，若不加以及時處理，甚至?xí)l(fā)展成貫穿裂縫，導(dǎo)致板間橫向聯(lián)系失效，最終出現(xiàn)單板受力和橋梁損壞等現(xiàn)象。所以，新結(jié)構(gòu)設(shè)計形式的提出非常重要，通過理論分析，結(jié)合試驗，對橋梁的實際使用效果進(jìn)行驗證，不僅可以提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，還可以降低工程造價。

【參考文獻(xiàn)】

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資助課題：預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橫向連接構(gòu)造優(yōu)化研究