淺述白銀地區(qū)空心板梁橋鉸縫損壞成因及處治對(duì)策

呂彥平

摘 要：本文以白銀地區(qū)常見的空心板梁鉸縫損壞情況為例，總結(jié)了空心板梁橋鉸縫破壞的一般特征，從設(shè)計(jì)、施工和材料自身特性等方面詳細(xì)分析了鉸縫破壞的成因；然后探討了鉸縫破壞對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性的影響。文章最后對(duì)鉸縫破壞的若干維修加固方法進(jìn)行了分析和比較，在此基礎(chǔ)上提出了鉸縫破壞的處治對(duì)策。

關(guān)鍵詞：空心板梁橋；鉸縫破壞；成因分析；處治對(duì)策

中圖分類號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0148-02

白銀地區(qū)國省干線公路目前在役橋梁279座，其中裝配式混凝土板梁橋118座，占所有橋梁總數(shù)的42.3%，對(duì)于裝配式空心板梁橋，其鉸縫是關(guān)鍵部位，橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震性、整體穩(wěn)定性，主要取決于鉸縫連接的好壞。同時(shí)，鉸縫是裝配式板梁橋的薄弱部位，從近幾年養(yǎng)護(hù)單位的管養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)幾乎所有的裝配式板梁橋縱縫都出現(xiàn)了不同程度的破壞。

1 鉸縫損壞的一般特征

空心板梁橋鉸縫破壞的一般特征主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）鉸縫破壞病害多發(fā)生于小跨徑空心板梁橋，且跨徑越小其出現(xiàn)的機(jī)率越高。其原因有四：其一，跨度越小的板梁橋活載所占比例越大；其二，跨度越小的板梁橋沖擊系數(shù)越大；其三，小跨徑板梁橋的固有頻率與車輛振動(dòng)頻率較接近，容易引起車橋共振；其四，跨徑小的板梁橋，板梁梁高也小，相應(yīng)地鉸縫受剪面積也小。因此，鉸縫混凝土的剪切效應(yīng)更為顯著，在車輛荷載作用下鉸縫受力更加不利。通過對(duì)不同跨徑空心板梁橋荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算來更好地驗(yàn)證這一結(jié)論?？梢钥闯?，荷載橫向分布系數(shù)不僅與荷載的作用位置有關(guān)，還與橋梁的跨度有關(guān)，跨度越小，荷載橫向分布系數(shù)的不均勻性越明顯，也就是說“單板受力”現(xiàn)象出現(xiàn)在小橋、通道橋、涵洞等結(jié)構(gòu)物上的概率較大。（2）鉸縫破壞一般出現(xiàn)在行車道附近，尤其集中分布在重車行駛車道周圍。（3）由于汽車車輪載荷的影響疲勞，鉸鏈的上部被破壞。整個(gè)混凝土層裂開了。橋面鋪面層的鋪面一般表現(xiàn)為有裂縫和縱裂，嚴(yán)重時(shí)形成斷帶。雨水和雪水滲進(jìn)了鉸鏈接合處，通過破裂的破橋平臺(tái)，在鉸鏈接合處留下明顯的滲漏和增白痕跡。（4）鉸接節(jié)點(diǎn)的倒塌很容易導(dǎo)致空心梁橋的整體結(jié)構(gòu)下降。通常表現(xiàn)為當(dāng)車輛通過板梁橋的一部分板梁下?lián)?，影響輪兩邊的板和板上下運(yùn)動(dòng)，隨著時(shí)間的推移，發(fā)生兩邊的板梁的損傷的鉸鏈關(guān)節(jié)鉸鏈板梁形成永久的步驟。

2 原因分析

2.1 鉸縫設(shè)計(jì)先天不足

20世紀(jì)80年代及以前，空心板梁橋大多采用“小鉸縫”構(gòu)造形式，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)尺寸小、斷面窄、縫內(nèi)無拉筋，板與板之間橫向聯(lián)系薄弱。由于“小鉸縫”上口預(yù)留尺寸小，鉸縫混凝土只能插搗，無法振搗，嚴(yán)重影響了鉸縫混凝土的質(zhì)量，因此“小鉸縫”缺陷大、壽命短，破壞廣泛且嚴(yán)重，20世紀(jì)90年代以后，“小鉸縫”逐漸以“大鉸縫”來代替（如圖1所示），但在設(shè)計(jì)或施工時(shí)不配置鋼筋或配置少量的鋼筋用作抗剪，其安全系數(shù)不夠，同樣會(huì)致使板梁頂板連接處鉸縫抗力不足。此外，鉸縫設(shè)計(jì)時(shí)未考慮鉸縫混凝土的收縮徐變作用，也沒有重視新老混凝土問粘結(jié)力的弱化。

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的原因

空心板梁由于受建筑高度的限制，與箱形、T形等梁式結(jié)構(gòu)相比，其自身強(qiáng)度與剛度相對(duì)偏小，空心板梁橋采用鉸縫來保證上部結(jié)構(gòu)的整體作用，橫向聯(lián)系較弱，不利于板梁橋的整體受力。

2.3 橋面鋪裝層薄弱

由于設(shè)置橋面超高或預(yù)制板梁設(shè)置預(yù)拱度等原因造成板梁橋某些局部位置鋪裝層及整體化混凝土層厚度不夠，也會(huì)造成鉸縫破壞。

2.4 施工原因

2.4.1 原材料不合要求

一般情況下鉸縫混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25-C40，但是從實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)破壞的鉸縫混凝土呈粉碎狀，混凝土標(biāo)號(hào)未達(dá)設(shè)計(jì)要求。

2.4.2 對(duì)鉸鏈接頭的不正確處理

實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)數(shù)量的板在施工過程中，鉸鏈關(guān)節(jié)鉸鏈橋沒有采取預(yù)制板一側(cè)剪頭發(fā)，灑水預(yù)濕和清潔過程，導(dǎo)致新老混凝土之間的粘結(jié)性能，減少新老混凝土之間的凝聚力和剪切能力，破壞的鉸鏈關(guān)節(jié)鉸鏈增加了風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.3 的鉸鏈連接質(zhì)量差

為了保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵部分經(jīng)常不能達(dá)到指定的位置，混凝土的鉸接接頭、粗骨料和水泥砂漿的不合理，一些混凝土不是鉸接接頭的填充，也不是振動(dòng)密實(shí)的，缺乏必要的維護(hù)；有些人甚至使用建筑廢料（如木材、海綿、棉花等）來填滿鉸鏈連接。以上的鉸鏈連接結(jié)構(gòu)有各種質(zhì)量問題。很容易造成鉸鏈關(guān)節(jié)和平板的關(guān)節(jié)損壞。一旦鉸鏈壞了。梁間沒有受力，這將嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力。

2.5 車道規(guī)律性分布

公路行車道的劃分使車輛行駛軌跡具有規(guī)律性，中型貨車和重型貨車一般行駛在行車道上，位于行車道板梁所承受的重復(fù)重交通筒載機(jī)率大大增加，在車輛荷載沖擊和疲勞作用下極易導(dǎo)致鉸縫發(fā)生剪切疲勞破壞。

3 維修加固方法

3.1 錨固鋼板加固方法

錨固鋼筋的方法是使用一個(gè)膠粘劑粘貼鋼錨和錨在混凝土結(jié)構(gòu)的拉面，或其他薄弱部位，并采用鉸鏈關(guān)節(jié)鉸鏈穿鋼板錨固，使鋼板與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不可分割的目的為了達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。該方法具有不改變?cè)Y(jié)構(gòu)尺寸、對(duì)交通流量小、可靠技術(shù)、短期強(qiáng)化和成熟技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。但由于鋼過程中機(jī)械應(yīng)力滯后，因?yàn)闃蜾摻钔ǔ]有卸貨，進(jìn)行原始結(jié)構(gòu)存在一定的壓力，只和錨固鋼生產(chǎn)后才加載壓力，所以當(dāng)鋼板鋼筋屈服的原始結(jié)構(gòu)往往不屈服，當(dāng)鋼產(chǎn)量的梁的撓度和裂縫發(fā)展迅速。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法克服了采用其它方法（如粘貼鋼板加固法）加固時(shí)普遍存在的應(yīng)力滯后的缺點(diǎn)，保證了新舊材料與結(jié)構(gòu)整體協(xié)同工作。采用該法對(duì)鉸縫進(jìn)行維修加固，同樣存在一定缺陷，如采用體外預(yù)應(yīng)力法加固改變了裝配式空心板梁橋結(jié)構(gòu)的受力體系-鉸接變剛接，橫向彎矩將大大增加，橫向彎矩的增加將導(dǎo)致板梁原有底板縱向裂縫的加劇和新縱向裂縫的出現(xiàn)。

3.3 強(qiáng)化橋梁加固和鉸接接頭的加固方法

橋梁橋面加固的加固方法主要適用于板梁橋與鉸鏈節(jié)點(diǎn)的失效，甚至是“單板受力”的失效。橋面加固方法需要先切割鋪面層。清理鉸鏈節(jié)點(diǎn)，重新排列鋼網(wǎng)，然后在空心板梁上安裝鋼筋，最后一次澆混凝土和橋混凝土。該方法可提高鉸鏈接頭的實(shí)際性能。對(duì)板梁橋荷載的橫向分布進(jìn)行了改進(jìn)，加強(qiáng)了板梁橋的整體受力，但工期長，對(duì)交通有很大的影響。

4 結(jié)語

板梁間的鉸縫是直接影響橋面系的整體受力性能的重要結(jié)合部，鉸縫承擔(dān)著板梁間傳遞內(nèi)力并約束位移的關(guān)鍵作用，也就是說，一旦鉸縫的聯(lián)系作用被削弱，將使實(shí)際受力情況脫離原來假設(shè)的板梁整體受力體系，使板梁問受力分配更不均勻，反過來進(jìn)一步加大了鉸縫的內(nèi)力，加速了鉸縫的進(jìn)一步破壞，而鉸縫破壞病害在裝配式空心板梁橋中十分普遍且典型。因此，在鉸縫設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到鉸縫承受的彎、拉、剪復(fù)合力的作用；施工時(shí)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，注重新老混凝土的粘結(jié)；在養(yǎng)護(hù)過程中要針對(duì)具體破壞形式進(jìn)行維修加固，使空心板梁橋鉸縫真正具有較強(qiáng)的抗拉、抗剪和抗變形能力，確保橋梁安全。

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