摘要：針對預制裝配施工空心板出現單板受力的不利現象，通過分析空心板鉸縫的破壞原因及發展情況，對鉸縫的破壞機理進行了研究，再由實橋建模模擬分析了鉸縫破壞對空心板橋受力性能的影響，進而提出了空心板鉸縫破壞的一些防治措施。
　　關鍵詞：鉸縫，破壞機理，空心板橋，單板受力，防治措施
　　1引言
　　空心板因其自重輕、結構性能好、施工方便、可大批量工廠化集中預制等諸多有利因素而被廣泛使用。隨著交通運輸業的迅猛發展，由于公路交通量急劇增加，車輛的行駛速度和車輛軸重的增長，同時因自然環境的影響、某些局部設計不合理、施工工藝條件限制等原因，致使預制空心板橋梁的鉸縫處有著不同程度的損壞，出現縱向裂縫,有的還較嚴重，形成了“單板受力”的狀況。“單板受力”現象嚴重削弱了橋梁上部結構的整體作用,大大降低了橋涵的整體承載能力，使得上部主要承重構件處于非常不利的受力狀態，極端情況下還發生過斷板事件，降低了上部結構的耐久性，同時給行車安全留下了很多隱患。針對這種情況，結合西南某公路改建工程中空心板橋加固方案研究，本文將研究鉸縫破壞機理及其破壞對空心板橋受力性能的影響，并提出防治鉸縫破壞的一些措施。
　　2鉸縫工作原理
　　各板橫向之間通過現澆的企口混凝土鉸接和焊接鋼板聯結，借此將各板梁橫向連成整體，使作用于行車道板上的局部荷載分配給各板梁來共同參與承受，這樣就能顯著的減小單根板梁受力，達到防止局部受力過大的目的。裝配式簡支板橋板梁間橫向聯結常用的方法有企口混凝土鉸聯結和鋼板焊接聯接二種方式。由于鋼板焊接聯接施工復雜，且焊接點在車輛動載作用下，質量難以保證，故很少采用。而常用的企口式混凝土鉸其型式有圓形、棱形、漏斗形等三種，見圖1。
　　
　　圖1鉸縫形式
　　3鉸縫產生破壞的原因分析
　　從目前發生的狀況看，鉸縫產生破壞的原因是多方面的，也不乏綜合因素的影響。根據其破壞的特點及導致破壞的可能因素做以下概略分析。
　　3.1公路自身特點因素
　　高等級公路特別是高速公路行車道的劃分，使行駛車輛行駛軌跡具有規律性，因此行車道上的板梁承受重復荷載的幾率大大增加，在車輛荷載反復作用下導致某些預制板鉸縫疲勞破壞。
　　3.2運輸方面因素
　　正常使用下橋梁的承載能力是由其設計荷載標準確定的。隨著時間的推移和社會的發展，車輛總重和軸重日趨增大，軸數也日漸增多，特別是近年來大型集裝箱運輸的發展，公路運輸對橋梁的要求也越來越高。從現實的交通結構情況看，實際行駛的車輛中，一些重車、大型車輛的載重往往超過橋梁承載能力，雖然近年來加大了超限運輸的治理力度，超重車輛上路仍時有發生，導致構造物破壞。
　　3.3設計方面因素
　　⑴構造物上部的梁板設計中，采用的鉸縫結構尺寸，斷面變化較小，板間橫向聯結薄弱，較難使鉸縫與預制板牢固結合，在橫向不能形成較強的聯結。
　　⑵橋面鋪裝因素。在設計中，有時存在由于設置橋面超高或預制板設置預拱度不合適等原因造成某些局部鋪裝厚度不夠；另一方面，鋪裝鋼筋直徑較小、間距設置較大等情況，降低了鋪裝層的整體化作用、與梁體的協同作用減小、整體剛度降低。
　　⑶結構計算中，結構受力假設與實際不符，結構安全系數不夠；結構設計階段，對施工中出現的可能性考慮不周密。
　　3.4施工方面因素
　　⑴材料不符合要求。設計鉸縫混凝土應不低于C30。但從某些現場破壞情況看，鉸縫混凝土呈粉碎狀，經檢測混凝土標號未達到設計要求，振搗不密實。另外，鋼筋綁扎不合要求，施工時對板梁的橫向聯結沒有引起足夠重視。
　　⑵施工時對混凝土鋪裝層內的鋼筋網位置控制不準、預制板鉸縫及頂面鑿毛不到位。施工完成后，部分鋼筋網位于鋪裝層與板梁間，形成一道夾層，鋼筋網未達到使用效果，混凝土鋪裝層及鉸縫與預制行車道板粘結不牢固情況嚴重，導致鉸縫損壞。
　　3.5自然災害與突發事件的影響
　　由于地震、爆炸、山體滑坡、車船撞擊等致使下部基礎產生不均勻沉降，使上部結構中產生附加應力，超出結構的承載能力，導致橫向聯接或板件破壞。
　　4鉸縫破壞對結構受力性能的影響
　　鉸縫破壞后，對于橋梁的橫向連接將產生直接的影響。橫向聯結一旦開始失效之后，活載對結構的影響將越來越大，最后將演變成為完全的單板受力。單板受力狀況出現后，預制板的承載能力將大大降低。而其中最直觀的變化就是撓度的變化。
　　位于西南某省的一座橋，其上部結構為空心板，下部結構為雙柱式墩臺，設計荷載汽車-20級，掛-100級，橋跨組合2-16.0米，橋梁全長38米，橋面凈寬10.5米。該橋存在比較嚴重的鉸縫脫落現象，部分空心板受損，現通過對該橋建模進行模擬分析：板的形式及全橋理論模型如圖2、圖3所示：
　　
　　圖2中板及邊板形式
　　
　　圖3理論模型圖
　　由于絞縫破壞的位置不同對各塊板的影響效果也不相同，通過建模分析在不同位置的鉸縫破壞后，對其它板的影響，選取跨中截面撓度、彎矩數值見表1、表2及圖4和圖5：
　　
　　表1鉸縫破壞位置及各板最大撓度

　　圖4鉸縫完好與完全破壞時撓度跨中橫向撓度對比

　　
　　
　　圖5鉸縫完好與完全破壞時撓度跨中橫向彎矩對比
　　從以上的圖表數據可以看出：當鉸縫完全破壞后撓度將顯著增大，而這對于橋梁的安全性會產生巨大的影響。
　　另外，鉸縫的破壞過程是一種漸變過程，往往先是某兩塊板之間的鉸縫先遭到破壞，然后由于活載的作用而影響到其他板，直到最后演變為完全的單板受力。我們也可以通過建模分析其中的撓度變化值而觀察其中的變化過程。見圖6：
　　
　　圖6鉸縫破壞發展撓度最大值變化
　　同樣，我們也可以從彎矩變化圖中很明顯的觀察其中的變化，見圖7：
　　
　　圖7：鉸縫破壞發展彎矩最大值變化
　　從圖中可以看出，鉸縫從完好直至完全破壞的過程中，各板所承受的最大彎矩發生了顯著的變化，而且，很明顯的可以看出，當鉸縫完全破壞之后，單板所需承受的最大彎矩將大大增加。通過計算分析，結合該橋鉸縫破壞的實際情況，對鉸縫破壞嚴重繼而導致空心板受損部分，采用拆除重建方案處理。
　　5鉸縫破壞的防治措施
　　為保證結構物的質量和延長其使用壽命，從設計到施工、運營及養護管理等方面均應采取必要措施，預防鉸縫損壞的發生。可采取以下措施。
　　⑴為適應急劇增加的交通量的需求和行駛車速的提高及車軸重的增大，公路橋梁的設計規范在不斷地進行修訂，設計采用的汽車荷載計算模式也在相應調整，從而使橋梁在承載能力方面更能滿足交通量的需求。在進行橋梁設計計算時，考慮到超載等各種現實情況，適當提高安全儲備。
　　⑵結構受力假設應盡可能與實際受力情況相符。在設計計算橋梁行車道板時，考慮部分混凝土鋪裝參與行車道板的共同受力，從理論上是合理的，但從施工后的情況來看，混凝土鋪裝層與行車道板的粘結很難達到理想的程度，實際上混凝土鋪裝層有時無法與行車道板聯結成整體共同受力，因此，在設計計算橋梁行車道板時，可不考慮混凝土鋪裝參與行車道板的受力或在預制空心板時預埋足夠數量的鋼筋伸入混凝土鋪裝層，與鋪裝層鋼筋網連成一體共同受力。
　　⑶采取措施增加鉸縫的抗剪能力。加大鉸縫深度，盡量將鉸縫外形設計圓順以避免應力集中現象的出現。鉸縫混凝土可采用微膨脹混凝土，以補償其收縮，鉸縫內混凝土等級要達到設計要求，且鉸縫混凝土須達到設計強度時方能通車使用。同時行車道板的側面應為毛面，行車道板內的鋼筋伸入鉸縫內，另可適當增加鉸縫鋼筋。
　　⑷保證橋面混凝土鋪裝層有足夠的厚度。考慮行車道板的撓度及其它因素的影響，在施工完成后橋面防水混凝土的最小厚度必須保證不小于8cm，保證其有足夠的剛度和強度，提高抗變形能力。
　　⑸鋪裝鋼筋。鋪裝層內設滿幅鋼筋網，鋼筋網直徑不宜小于12mm，間距宜設為8～10cm，梁體頂面預埋伸出的抗剪錨筋并與鋼筋網綁扎或焊接，以增加鋼筋網的抗拉性能和橋面鋪裝的抗剪能力。
　　⑹在混凝土鋪裝層中摻加適量鋼纖維。鋼纖維在混凝土中形成亂向分布的三維網狀結構，能抑制混凝土的干縮，且其抗折疲勞能力大幅提高，防止疲勞裂縫產生，從而為主體結構的穩定提供了保障。
　　⑺采取有效措施，如板頂拉毛、清除頂面浮漿，來加強混凝土鋪裝層與行車道板的粘結，使其成為整體共同受力。
　　6結論
　　⑴從鉸縫處受力狀態分析得出，鉸縫破壞以橋面部位鉸縫混凝土壓碎、底部混凝土拉裂為主，剪切、拉、壓復合作用破壞為輔的破壞狀態，空心板鉸縫橫向彎曲性明顯；
　　⑵空心板小鉸縫結構在荷載的橫向傳遞方面效果較差，相對來講大鉸縫結構荷載橫向傳遞優于小鉸縫結構；
　　⑶鉸縫內布置鋼筋可彌補鉸縫與板間混凝土粘結能力差的不足，鉸縫混凝土可采用微膨脹混凝土，鉸縫頂面布置門筋，橋面布置鋼筋網也會起到一定的橫向聯系作用，加強鉸縫及橋面鋪裝的施工控制；
　　⑷鉸縫內布置交叉或斜門筋，均能夠對鉸縫起到提高荷載橫向分布的作用。其中交叉筋布置近似的滿足沿著主拉應力方向布置，可大大加強結構的橫向聯系，另外交叉筋還可對縫內混凝土起到一種近似的環箍作用，提高鉸縫的抗剪及抗裂性能。
　　
　　參考文獻
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