简支空心板桥铰缝失效分析及治理办法

　

(重庆交通大学 土木工程学院　重庆　400074)

一、引言

简支空心板梁桥一般跨度较小，其梁板强度和刚度相对较低，各个空心板通过混凝土铰缝连接，铰缝结构在实际使用过程中受力复杂，极容易由于横向剪力过大而破坏掉，同时桥面板会出现纵向裂缝。长期在超限车辆荷载作用下，铰缝结构一旦失效，会引起单板受力问题。由于单片梁板无法承担大于其设计值的荷载，梁板可能有破裂和塌陷的危险。所以，研究铰缝的破坏机理、传力方式以及治理方案对于简直空心板桥的安全性至关重要。

二、铰缝失效

(一)铰缝失效成因

1.铰缝受剪截面小。早期的空心板桥均为小铰缝构造，且深度不够，缝内没有钢筋连接，横向连接弱，刚度较差。铰缝需要传递横向剪力，但是铰缝结构过小，铰缝无法承担横向荷载，从而铰缝混凝土发生剪切破坏。

2.桥面铺装层厚度不够。在桥面板设计过程中，混凝土铺装层厚度要满足构造要求以外，还要考虑预制板拱度和桥面板纵横坡坡度对桥面铺装的影响。在实际工程中，由于分布筋配筋不够，混凝土厚度不够，导致桥面板横向刚度低，铺装层抗拉强度不够。

3.铰缝新旧混凝土粘结不良。施工过程中，钢模板施工使得梁板接触面光滑平整。绞缝为后浇筑混凝土，在与预制空心板的连接时，新旧混凝土结合面之间抗拉强度将减为原来的三分之一。

4.铰缝混凝土浇筑不密实。铰缝宽度不够，混凝土不易浇筑均匀和密实，内部易形成孔洞，在外力作用下，应力集中效应尤为明显，从而导致铰缝开裂和破坏。

5.超载。在汽车荷载作用下，铰缝易出现疲劳破坏。重车车辆将导致梁板间剪力传递大幅增加，频繁的剪切作用易使铰缝发生剪切破坏，从而混凝土开裂、脱落。

(二)典型病害

1.铰缝内混凝土开裂与脱落。铰缝处混凝土与铰缝两侧空心板壁在车辆的碾压下，容易产生纵向裂缝，铺装层破裂致使雨水直接渗入腐蚀桥梁结构。随着侵蚀的加剧，空心板铰缝缝内混凝土会发生开裂和脱落。

2.桥面铺装层破损。铰缝破坏，桥面铺装层和铰缝一起承担的横向荷载将大部分传给桥面铺装层，在过大的外荷载作用下，空心板上部结构出现纵向裂缝，并贯通桥面铺装层，此裂缝将延展开裂。沥青混凝土路面是常见的路面形式，桥面铺装层开裂会产生较大的剪力，发生剪切破坏。由于沥青和水泥粘结力较差，所以上下两层混凝土面层抗水平切应力差，两面层易发生相对水平位移，出现拥包等现象。

3.空心板企口缝混凝土塌陷。桥面铺装层纵向裂缝继续开裂，混凝土浇筑质量差的桥面区域，会出现大面积的网裂和破碎，铰缝内混凝土发生分离和脱落，雨水进一步加剧铰缝的破坏。当出现“单板受力”现象后，单片板梁承受荷载超出其设计承载值实，空心板下部会会被拉裂。车辆荷载直接作用于空心板，造成空心板铰缝混凝土塌陷，形成较大的凹槽，影响交通行车安全。

三、铰缝失效处理方法

(一)桥面加传力杆。桥面加传力杆的方法称为绑带法，即在布置传力杆的位置凿开一条宽10cm、深12cm的槽，沿裂缝纵向也凿开一条同尺寸的槽，槽壁和裂缝分别需要经过界面处理剂和灌封用胶处理，然后将传力杆放入槽内，最后在槽内浇筑微膨胀钢纤维混凝土使其形成一个整体。传力杆应选用粗的、刚度大的钢筋，以保证传力杆受力均匀。

(二)桥面铺装处理。首先，凿开混凝土铺装层和铰缝破损结构，在铰缝横向上布置传力杆，布置钢筋要求加粗加密，传力杆可传递剪力、阻止裂缝持续开裂和减小断裂面相对滑移位移。其次，应提高混凝土强度等级，并加厚桥面铺装层。如果铰缝破损严重，需清除全部铰缝混凝土，凿毛缝壁，重新填筑比空心板混凝土高一等级的微膨胀钢纤混凝土。对于深度较大的铰缝，注胶灌缝灌不密实，结构仍会出现裂缝，则需多种处理方法相结合。

(三)植入“∩”型钢筋和螺旋筋。在原桥上维修破损的铰缝，应检查每块空心板铰缝破损情况和范围，将空心板铰缝两侧各半块桥面铺装层凿除。如果铰缝存在混凝土开裂贯通及大面积脱落现象，应该凿除铰缝混凝土，将铰缝两侧面凿毛，植入“∩”型钢筋和螺旋筋，铺设桥面钢筋网，浇筑高于两侧空心板混凝土一个强度等级的钢纤维混凝土，最后铺设防水层和沥青铺装层。

四、铰缝优化设计

铰缝在实际工程中传递横向剪力是一个很复杂的过程。在理论上说，它应该既处于铰接又处于刚接状态，但实际工程难以做到。在设计过程中，铰缝一般是构造设计，现行设计仍然需要优化。

(1)加大铰缝尺寸，即增大受剪截面面积，提高结构抗剪能力，更有利于铰缝与两侧空心梁板的连接和横向剪力的传递；

(2)在铰缝内埋置钢筋，使其与空心板连接成一个整体，钢筋有助于阻止裂缝的延展，增加了铰缝的抗剪强度；

(3)铰缝混凝土应采用高于两侧空心板混凝土一个强度等级的混凝土。

(4)在空心板桥跨中设置一道横向预应力，并布置横隔板。横向预应力能够在桥面横向上提供压力，这种垂直压力能够抑制铰缝裂缝的产生，提高铰缝的抗剪强度。

五、运营阶段预防措施

铰缝失效是空心板桥常见的病害，铰缝的破坏直接导致板梁无法横向传递剪力。为了避免“单板受力”问题的出现，在桥梁运营阶段，可采取如下方案：(1)限制超限车辆的重量和数量，设置测速装置，对重要路段进行实施测速监测；(2)建立桥梁检测小组，定期对桥梁进行检测和养护工作，在病害部位及时做出相应的治理；(3)定期检查和记录桥面排水状况，确保桥面铺装层的完整性、防水性，保证桥面排水顺畅；(4)安装测力环，在运营期间，定期测试横向预应力钢筋的受力值，并及时调整钢筋的预应力大小；(5)建立桥梁健康监测系统，实现桥梁结构的实时监测。

六、总结

钱江三桥引桥断裂，江苏S328省道通榆河大桥垮塌，郑州市中州大道跨京广铁路大桥两片梁由于超载压断，这些案例均表明铰缝失效大大降低桥梁结构的稳定性能。桥梁安全事故不仅会造成财产损失，还会造成人员伤亡。针对铰缝失效问题，我们应该紧抓设计、加固、养护三个方面，出现问题及时处理。