談簡支梁橋的橋面連續構造

張秀林，卞怡，王志成，李佐宇

（河海大學土木與交通學院，南京 210098）

1 引言

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

橋面無縫化技術主要為主梁連續、橋面板連續、橫梁連續和橋面連續。20 世紀70 年代末期，英國首先提出了“帶橋面連續構造的簡支梁橋”。橋面連續的技術原理是，把橋面板或橋面鋪裝澆筑在一起，進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，并不改變其簡支梁的受力特性。得益于這種特點，工程中的多跨簡支梁無縫化技術常常采用橋面連續的措施【1】。

2 傳統構造形式

橋面連續構造的主要工序為：架設主梁→鋪設縱橫向鋼筋網→澆筑混凝土→鋪設防水卷材→澆筑瀝青混凝土鋪裝層。歸納起來，根據受力方式和具體施工工藝不同，橋面連續構造一般有3 種形式：剛接式、拉桿式和鉸接式橋面連續構造。

2.1 剛接式

剛接式橋面連續構造類似于鉗固于主梁的固端梁，主梁承受荷載時處于簡支受彎狀態，剛接板內在主梁兩端的轉動下產生彎矩。除了彎矩以外，剛接橋面連續板還要承擔汽車制動力以及溫度變化等因素引起的縱向水平力。這種橋面連續構造不需設置施工縫，具有施工難度小等優點。

2.2 拉桿式

所謂的“拉桿”就是把連接鋼筋與混凝土隔離，依靠無黏結構造形式的鋼筋承受連續區域的縱向拉應力，從而分擔了混凝土的拉應力。此外，兩端的軟木條或者鋸縫允許橋面連續構造在此處轉動，通過削弱截面剛度降低橋面連續構造與梁體的整體性，從而減小了板內彎矩。

2.3 鉸接式

鉸接式橋面連續構造在連續板的中間設置了斷縫，用橡膠套管包裹橋面連續構造處的鋼筋，連接鋼筋在受力后可發生上下的微小轉動，同時承擔兩端的軸向力。這一舉措使得荷載引起主梁支座處發生轉動時鉸接連續板處不會產生彎矩，在一定程度上緩解了連接板的開裂。但這種構造由于斷縫的存在，結構內鋼筋很容易由于雨水的滲入產生銹蝕，再加上構造復雜、施工不便的缺點，目前國內已經很少采用鉸接式構造。

3 橋面連續構造的破壞

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，主梁兩端將發生轉角和縱向、豎向位移。而橋面連續構造處于主梁接縫位置，將伴隨主梁產生彎曲變形，同時承受拉應力和負彎矩，實際上成了橋梁的薄弱部位。歸納起來，橋面連續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，橋面連續板受到來自主梁的拉力而在內部產生軸拉，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動，橋面連續板受到擠壓產生負彎矩；

3）主梁梁端在同樣的原因下向上轉動，橋面連續板由于協同變形產生負彎矩，如圖1b 所示；

圖1 橋面連續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生錯動，橋面連續板受到豎直剪切作用；

5）車輪的局部沖擊使得橋面連續板受到局部擠壓作用。

3.2 破壞形式與危害

由于橋面連續構造的變形能力不足，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，進而引發雨水下滲。雨水不僅造成橋面連續構造的鋼筋銹蝕，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 研究進展

4.1 ECC 混凝土

普通混凝土橋面連續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（高延性纖維增強水泥基復合材料）是近20a 發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、自愈合的優點，還具有很好的耐久性，可以有效提高結構的承載力。試驗表明【4】，ECC 混凝土具有應變硬化特性，同時，拉應力超過極限抗拉強度后可產生密集的細裂縫，適應更大的變形。使用ECC 混凝土澆筑橋面連接板，能夠依靠其高延性的優勢避免橋面連續板因為軸拉、負彎矩等作用開裂破壞。

4.2 植入式橋面連續裝置

潘志炎【5】等提出植入式橋面連續裝置（ESC 橋面連續裝置），中間是橡膠體，兩側均嵌入鋼筋，背面設有排水槽。該裝置的高彈性橡膠體可以分散混凝土變形，通過減小轉角來減小混凝土的應力和裂縫寬度，從而增強了橋面連續處的結構強度，還能夠延緩甚至阻止瀝青混凝土層反射裂縫的出現。此外，裝置背面的排水管道還能將滲入的雨水從橋梁兩側排出， 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。基于上述優點，植入式橋面連續裝置現已成為橋梁新建與舊橋改造工程中的常見選擇。

4.3 其他改進裝置

考慮到簡支梁橋橋面連續的設計復雜性，橋面連續構造的設計和研究得到越來越多學者的關注。李洞明【6】通過對橋面連續縫受力狀況分析，設計了一種新型防水抗裂連續縫：在梁端縫處安裝鋼板及加強鋼筋防止開裂，在梁端縫內設置膨脹型止水橡膠圓條防止滲水。經實際工程檢驗能有效防水抗裂且更耐久，經過近5a 的運營，目前使用情況良好。趙成棟【7】設計了一種新型PBL 橋面連續構造，該構造通過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縫，現已應用于工程當中。王崗【8】等設計了一種新型的拱型橋面連續裝置，可以利用拱型結構拱腳受拉使拱頂產生正彎矩的受力特點改變橋面連續混凝土的受拉局面。

5 結語

橋面連續構造是橋面連續簡支梁橋的關鍵部位和薄弱環節。無論是應用新材料還是改善混凝土受力狀態，可以看出，橋面連續構造仍然存在著改進的潛力，有關于此的設計與研究正得到越來越多學者的關注。