简支梁桥桥面连续构造的应用分析与探讨★

杨艳娟

(黑龙江科技学院建筑工程学院，黑龙江哈尔滨 150027)

1 桥面连续的含义

简支梁桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力(恒载和活载)的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，使其受力简单明了;简支梁桥的主梁截面形式有板形、肋形和箱形，肋形梁桥大多数是T形梁桥，简支梁的箱梁为单箱单室式的小箱梁。施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁桥的结构简单、施工方便，对地基承载力的要求不高。因此，是目前在公路上应用最广泛的一种桥型。

为适应桥梁上部结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变等因素影响下变形的需要，并保证车辆平稳通过桥面，在简支梁桥纵向主梁与主梁之间以及主梁端与桥台背墙之间，预留了伸缩缝，并设置了桥梁伸缩装置。桥梁伸缩装置暴露在大气中，直接经受车辆、人群荷载的反复摩擦、冲击作用，稍有缺陷或不足，就会引起跳车等不良现象，严重时还会影响到桥梁结构本身和通行者的生命安全，是桥梁中最易损坏而又较难于修缮的部位，需经常进行养护，并及时更换［1］。

桥梁运营的实践经验证明，桥面上的伸缩缝在使用中仍然很容易损坏(见图1)。因此，为了提高行车的舒适性、减轻桥梁的养护工作和提高桥梁的使用寿命，就应力求减少伸缩缝的数量。近些年来，在建桥实践中将多孔简支的上部构造采取桥面连续的新颖结构措施，就是解决这一问题的办法之一。桥面连续措施的实质，就是将简支上部构造在其伸缩缝处实行铰接。伸缩缝处的桥面部分应当具有适应车辆荷载作用所需的柔性，并应有足够的强度来承受因温度变化和制动作用所产生的纵向力［2］。这样，桥面连续的多孔简支梁桥，在竖直荷载作用下的变形状态属于简支梁，而在纵向水平力作用下则属于连续体系。简支梁桥桥面连续，就是多孔简支梁桥根据桥梁的长度、跨径和支座的形式，将其桥面分段或全桥连接起来的构造。即在相邻两跨简支梁之间的伸缩缝处不设置专门的伸缩装置，而是将其桥面板部分或桥面铺装的一部分联为一体［3］。如:哈尔滨市呼兰河大桥位于哈肇公路(S101)呼兰段，中心桩号K26+176.2，左幅建于2002年，桥梁全长341.16 m。上部结构为20 m+742 m+20 m预应力混凝土简支箱梁。采用了小箱梁顶板连续的构造，形成了简支变连续的构造(见图2)。

2 桥面连续的实例效果

20世纪70年代末，提出了“简支梁桥面连续”的想法后，近年来不少国家从方便施工，减少工程造价，提高行车的时效性、安全性、舒适性出发，争相发展了各种形式的桥面连续简支梁桥。但是，由于桥面连续构造位于简支梁桥主梁变形较大的部位，加之相邻桥孔可能出现的橡胶支座弹性压缩不同步而引起的错动变形影响，致使桥面连续构造受力非常复杂［3］。桥面连续构造目前尚处于试验修建阶段，而且对于这种结构的实践效果和经济性还不能说已有定论［2］。

图1 伸缩装置损坏图

图2 简支梁桥桥面连续图

根据调查分析，公路简支梁桥桥面连续构造在投入使用后不久，桥面连续部分就出现了铺装层的横向开裂。随着使用时间的增长，桥面连续结构早期损坏部位的混凝土会逐渐发展成碎裂、坑洞等病害，加大了行车对桥梁的冲击，周而复始，病害扩大，严重的影响了桥梁的使用性能。如呼兰河大桥运营不到3年，其桥面连续构造就已形成了桥横向的通缝，极大的影响了行车效果，同时，雨水直接渗入伸缩缝，腐蚀主梁及支座，对桥梁的使用寿命产生了不利的影响。图3a)为呼兰河大桥桥面连续破损图。哈尔滨市阳明滩大桥疏解工程设计之初全部采用的是简支梁桥桥面连续构造，但运营不到半年，桥面连续构造就发生不可修复的破坏，图3b)为阳明滩大桥疏解工程的桥面连续局部构造图。因而，在2011年11月竣工通车后，被迫在2012年3月～4月对桥面连续构造进行了全面的改造。图4～图7为阳明滩大桥疏解工程桥面连续改造前后图。

图3 桥面连续破损图

3 桥面连续的病害分析与对策

根据调查分析，造成桥面连续构造破坏的原因多数与设计、施工以及使用有关。首先，在桥梁结构设计时，对桥面连续构造的受力分析不够充分，现行的规范和文献中，没有统一的计算模型和相关设计标准，对桥面连续部位一般都不作专门的计算分析，对其厚度及配筋的随意性较大，这就给桥面连续的早期破坏埋下了隐患。连续缝处钢筋没有形成钢筋骨架，特别是竖向钢筋没有固定(见图5)，施工时钢筋容易移位、变形，就会形成局部素混凝土，容易出现裂缝及碎裂等病害。在实际使用过程中，由于汽车荷载、温度变化等荷载的共同作用是简支梁桥桥面连续构造的上缘长期处于复杂的应力状态之中。又因混凝土的极限抗拉强度很低，如果桥面连续构造处受到过大的弯曲应力，则在这个位置将不可避免地出现混凝土开裂。桥面连续部分发生病害后，车辆荷载在行驶过程中，又形成了较大的竖向冲击作用，加速了破损的程度，如不加以有效的限制，将形成恶性循环的过程，极大地影响了行车安全和桥梁的使用效果，对桥梁的使用寿命造成不良的影响。由于诸多因素的影响，造成了桥面连续构造的早期破坏，并且这种现象较为普遍。

图4 桥面连续改造图

图5 桥面连续部位铺装层去除后图

图6 桥面连续改造后的伸缩装置布置图

图7 伸缩缝布置图

公路简支梁桥桥面连续的结构体系虽然在相当短的时间内迅速普及，但无论从理论上还是在构造实践上均不尽完善，还处于一个探索和实践阶段。国内外众多学者和工程技术人员在不断地对桥面连续的结构构造、施工工艺上进行改进，取得了一些有益的成果。最简便的桥面连续构造就是将T形主梁的行车道板或小箱梁的顶板沿高度全部或局部相连(见图2)，内置连接钢筋。现浇的连接部分(或称连接板)沿纵向应有足够的长度(在125 cm以上，见图7)，并且在连接板与梁肋之间隔以5 mm厚的橡胶垫层或采取其他隔离措施，这样可使梁端间的变形由连接板的全长分布承担，既增加了梁端接缝的柔性，又显著减小了连接板纵向的拉、压应变［2］。对于简支板桥桥面而言，桥面连续是在桥面铺装混凝土中设置连续钢筋网，钢筋网跨越相邻两梁板接缝一定距离，并在接缝处垫铺塑料膜和设置假缝，将桥面混凝土铺装层在一定范围内与板端隔开，使梁端处的变形由这一整段铺装层来承担，从而减少混凝土铺装层中的拉应力。公路简支梁桥桥面连续的形式，国内外有很多工程实例，美国修建的最长的桥面连续简支梁桥是奥温尔桥，全长1 287 m，仅在桥台处设置大位移量的伸缩装置;国内郑州黄河公路大桥，设有5孔50 m一联和6孔40 m一联的桥面连续简支梁桥［3］。哈尔滨市近几年修建的桥梁，如松浦大桥、阳明滩大桥、松花江公路大桥拓宽工程等，除主桥外，它们的引桥及疏解工程，多采用了简支梁桥桥面连续的构造形式，桥面连续部位近似于一种不完全铰的作用，由于构造方式的不同，病害的程度略有不同。交通部JTD 060-2004公路桥涵设计通用规范规定，对于多跨简支梁桥，桥面应尽量做到连续，使得多孔简支梁桥在竖直荷载作用下的变形状态为简支或部分连续体系，而在纵向水平力作用下则属于连续体系。对于桥面连续病害的处治方法，首先是优化设计，针对桥面连续建立模型，进行专门的计算，对连续处配筋、材料等进行优化，寻求更为科学合理的设计方案。同时严格控制施工质量，从钢筋工程、混凝土的浇筑和振捣、养护等方面严格按照设计规范进行。并应对各种原材料进行质量鉴定，严格按照设计配比进行混凝土配置和加入钢纤维、聚丙烯等。工程界对桥面连续构造越来越重视，对简支梁桥桥面连续的研究将会越来越深入。

4 结语

简支梁桥在桥面连续后，减少或消除了伸缩装置，获得了较长的桥面连续，在水平力作用下具有一定的连续梁特征，在车辆、人群等竖向荷载作用下，各跨仍能保持简支梁受力的基本特征，有力地维护了简支梁桥的设计意图。简支梁桥桥面连续构造较为简单、施工方便、行车平顺等等优点，因此得到了越来越广泛的使用。但是因设计和施工等各方面原因导致简支梁桥桥面连续部分桥面容易开裂破损，为能使“桥面连续”发挥应有的作用，取得更大的社会效益和经济效益，对简支梁桥桥面连续的性能的改善就将成为桥梁工作者广泛关注的问题。只有经过不断的实践总结，才能避免桥面连续的病害形成，对现有简支梁桥具有很大的使用价值。

［1］邵旭东.桥梁工程［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2005:32-48.

［2］姚玲森.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2010:47-59.

［3］何 畅.简支梁桥桥面连续构造性能改善的研究［D］.重庆:重庆交通学院，2004:1-13.