浅析早期预防钢筋混凝土空心板梁桥单板受力的对策措施

罗秉义

【摘 要】针对国省干线特别是高速公路运营中空心板桥梁出现铰缝脱落、单板受力早期现象的发生，如不加以及时处理或任期发展，会导致和影响桥梁安全和耐久性问题。从日常养护角度提出相应的对策和预防性养护措施，既能确保桥梁使用性能和营运周期，又能预防空心板桥梁早期破坏问题，以延长桥梁使用的周期寿命。

【关键词】空心板梁 单板受力 早期破坏 对策 措施

随着交通运输事业的纵深发展，公路建设已进入发展的鼎盛阶段。同时，公路养护管理特别是桥梁养护管理，从其安全性和耐久性的角度，桥梁养护显得更为重要。从钢筋混凝土桥梁出现的病害分析，除了设计方面不足、施工质量差等因素外，养护措施不及时以及管理不到位也是影响桥梁安全性和耐久性的重要原因。为此，笔者从养护的角度就钢筋混凝土空心板梁桥分析病害产生及单板受力的原因，并阐述提出空心板桥针对性的预防养护措施。

1 空心板梁桥特征及产生病害描述

1.1空心板梁桥特征

由于预制装配式钢筋混凝土空心板结构桥梁，因其构造简单，受力明晰，施工方便，工艺成熟等优点，在一般公路等级设计中，都被广泛应用在中小跨径的公路桥梁上， 根据我国现有的高、低等级公路统计表明，跨径在15m以下公路桥梁中钢筋混凝土空心板梁桥应用量在85%以上。体现了其经济性和适用性。

1.2空心板梁桥早期病害描述

通过近年来不同等级公路的桥梁设计和应用，特别是高等级公路设计使用钢筋混凝土空心板结构桥梁的反馈统计来看，其在短期（1—2年）运营过程中均会产生不同程度的早期病害。主要病害表现有以下类型：（1）底板纵向裂缝，多条，纵向分段分布或纵向贯通，尤其在先张法空心板中较为普遍。（2）底板横向裂缝，一般出现在跨中附近，密布。（3）腹板斜裂缝，一般表现为支点附近的腹板斜裂缝，也有分布均匀并延伸到顶底板的环向斜裂缝。（4）顶板、腹板偏薄，开裂、露筋、局部压碎。（5）铰缝处开裂，嵌缝砂浆脱落，铰缝与预制梁接触面开裂、破损、渗水、桥面纵向开裂等现象。（6）支座局压、挤出或脱空，相邻支座被压坏，梁板受扭矩作用产生铰缝处撕裂、结构环向斜裂缝、单板受力等系列病害。综合空心板梁桥的早期病害特征，以及空心板结构梁桥的薄弱环节，在此重点对钢筋混凝土空心板结构梁桥的单板受力情况，预防桥梁早期破坏提出以下对策措施。

2 单板受力的成因分析

2.1设计理念问题

近年来，随着公路交通流量逐年增大，由于早期空心板梁的设计对现实的荷载水平估计不足，往往满足于规范对结构强度计算上的安全需要，而忽视结构体系、结构构造、材料、施工、后期维护等方面的问题。经查阅相关的设计资料，发现对空心板梁铰缝混凝土的设计有缺陷，铰缝混凝土只考虑了传递板间剪力，对其现实中长期跟随梁板反复受弯的情况没有特别的应对措施，导致铰缝混凝土在频繁大挠度受弯的情况下，呈现出节状断裂，进而挤碎。再加上雨水侵蚀、冻融等不利因素的影响，铰缝混凝土脱落破碎，继续发展则在该处铺装层松散开裂，传递至桥面，至此板间位置被完全剪断，使梁体失去横向联系，从而使梁板独立承受桥面的动力荷载，这就是钢筋混凝土空心板梁单板受力。

2.2超载问题

由于现实交通的超载问题，客观上就是公路桥梁的杀手锏。尤其是对单板受力的桥梁就意味着雪上加霜，不仅增加了梁板的单位荷载，使其最大挠度超过设计值，而且在反复的大挠度变形的情况下，导致桥面出现纵向沟槽影响通行，同时梁板容易出现横向裂缝，钢筋出现应力疲劳，极端情况下出现脆性破坏，引发断板事故。

2.3解决对策

综合上述分析，解决钢筋混凝土空心板梁桥单板受力的关键，最核心的就是要恢复横向联系，使其相邻梁板联结起来，恢复桥梁结构体系，通过加强铰缝钢筋、提高铰缝混凝土强度等级等措施来强化铰缝，以增强铰缝的抗剪能力。

3 处理措施

3.1传统处理方法

钢筋混凝土板桥传统的处理方法，就是先清除桥面铺装，再清理铰缝破损混凝土，并做铰缝处理后重做桥面铺装。但这种方法相当于重做桥面系处理，不仅工作量大，施工周期较长，而且影响交通通行，费用成本也较高。特别针对只有个别梁板之间出现的单板受力，这种方法明显养护成本较高。

3.2应用夹板加固法

3.2.1加固原理

夹板加固法的原理是在单板受力的梁板挠度较大的区域，通过钢板拉杆组合锚固和局部新做铰缝混凝土的强制作用，约束其产生相对的位移，即消除板与板之间的挠度差，从而提升相邻板间剪力传递的均衡性，以达到共同承担荷载的目的。图1夹板加固法示意图。

3.2.2加固方法

通过图1可直观看出，夹板加固法对板梁实施强制限位，从而避免相邻梁板的相互挠曲错动，以实现通过拉杆和铰缝混凝土传递剪力。具体加固方法为：（1）根据梁板的跨度以及挠度变形的大小确定铰缝上锚固点的数量，一般情况下，对于跨度在15m以下的预应力板梁，锚固点为3～5个。以较常见的跨径为13m空心板梁桥为例，一般设置选用4个加固锚固点。（2）以桥梁跨中位置为起点，纵向按1.5m-1m-1.5m间距分布加固点。（3）每个加固点开凿尺寸以40cm×40cm孔洞为宜，（4）待加固夹板安装就位后，用快硬砂浆浇筑梁板铰缝契口，在依次对开凿点用速效快凝混凝土浇筑封面。（5）摊铺沥青面层压实。

3.2.3夹板设计

夹板由钢板、拉杆和螺栓组成。钢板均由25mm厚钢板切割而成，其规格30cm×15cm两块、20cm×10cm两块，拉杆为Φ25圆钢两端加工M24螺纹，配套M24螺帽垫圈。

4 材料选择原则

4.1提早开放交通原则

在桥梁日常养护维修过程中，为尽快和提前开放交通，减少高速或国省干道上施工长时间封闭交通带来巨大压力，该加固法尽量采用速效快凝性的材料为宜。克服修补原材料选择由于受到诸如天气、维修工艺等因素的影响，材料选择不当会造成次生病害的发生，且实施后质量难以保证。为此，经过实践考察和应用，我们选择了一种AC-K5路面坑洞修复剂，该材料对混凝土破损修复效果较好，特别是开放交通后，其检成品测材料的后期强度非常理想。

4.2利于快速施工原则

4.2.1施工时间短

采用AC-K5路面坑洞修复剂养护时间短，施工需4～6小时后即可开放交通，非常适合于高速公路桥梁桥面系维修以提高施工安全性的特点。

4.2.2施工方便

采用该材料代替水泥材料，其施工工艺与普通混凝土施工工艺基本相同，且无需大型拌和设备，可采取人工搅拌或小型搅拌机现场搅拌即可完成

4.2.3粘结性好

材料使用性能较普通混凝土粘结强度高，与原的有混凝土结合硬化后，其弹性模量较普通混凝土低、抗冲击韧性好。

4.2.4易开放交通

早期强度较高，养生时间期短，与采用普通混凝土材料相比，减少封闭交通养护的环节，大大缓解因施工而造成的交通压力。

5 夹板加固法施工流程

具体施工流程为：施工准备（施工现场需要的人员、机械设备）→对加固桥梁施工现场交通管制→加固点布局放样→开凿清理铰缝混凝土→涂抹粘钢胶找平梁板→进行夹板安装→铰缝灌注快硬性水泥砂浆→速效混凝土浇筑铺装层（1小时后）→摊铺沥青混合料压实→开放交通即可

6 结语

运用该方法对小跨径的钢筋混凝土空心（实心矩形）板梁桥进行加固，简便易行，造价低廉。不仅从理论上解决了桥梁的横向连接、减少剪切破坏，而且对增强桥梁的横向整体性、延缓桥梁早期疲劳破坏具有重要作用。同时也延缓桥梁过早的高成本投资，希望从事公路桥梁养护管理的广大技术人员在养护实践中不断探索和总结，积极推广应用新材料新技术，借鉴国内外桥梁养护管理成功经验，不断提高桥梁养护管理水平。

参考文献：

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