浅述白银地区空心板梁桥铰缝损坏成因及处治对策

吕彦平

摘 要：本文以白银地区常见的空心板梁铰缝损坏情况为例，总结了空心板梁桥铰缝破坏的一般特征，从设计、施工和材料自身特性等方面详细分析了铰缝破坏的成因；然后探讨了铰缝破坏对桥梁结构的受力性能和耐久性的影响。文章最后对铰缝破坏的若干維修加固方法进行了分析和比较，在此基础上提出了铰缝破坏的处治对策。

关键词：空心板梁桥；铰缝破坏；成因分析；处治对策

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0148-02

白银地区国省干线公路目前在役桥梁279座，其中装配式混凝土板梁桥118座，占所有桥梁总数的42.3%，对于装配式空心板梁桥，其铰缝是关键部位，桥梁结构的整体抗震性、整体稳定性，主要取决于铰缝连接的好坏。同时，铰缝是装配式板梁桥的薄弱部位，从近几年养护单位的管养过程中发现几乎所有的装配式板梁桥纵缝都出现了不同程度的破坏。

1 铰缝损坏的一般特征

空心板梁桥铰缝破坏的一般特征主要表现在以下几方面：

（1）铰缝破坏病害多发生于小跨径空心板梁桥，且跨径越小其出现的机率越高。其原因有四：其一，跨度越小的板梁桥活载所占比例越大；其二，跨度越小的板梁桥冲击系数越大；其三，小跨径板梁桥的固有频率与车辆振动频率较接近，容易引起车桥共振；其四，跨径小的板梁桥，板梁梁高也小，相应地铰缝受剪面积也小。因此，铰缝混凝土的剪切效应更为显著，在车辆荷载作用下铰缝受力更加不利。通过对不同跨径空心板梁桥荷载横向分布系数的计算来更好地验证这一结论。可以看出，荷载横向分布系数不仅与荷载的作用位置有关，还与桥梁的跨度有关，跨度越小，荷载横向分布系数的不均匀性越明显，也就是说“单板受力”现象出现在小桥、通道桥、涵洞等结构物上的概率较大。（2）铰缝破坏一般出现在行车道附近，尤其集中分布在重车行驶车道周围。（3）由于汽车车轮载荷的影响疲劳，铰链的上部被破坏。整个混凝土层裂开了。桥面铺面层的铺面一般表现为有裂缝和纵裂，严重时形成断带。雨水和雪水渗进了铰链接合处，通过破裂的破桥平台，在铰链接合处留下明显的渗漏和增白痕迹。（4）铰接节点的倒塌很容易导致空心梁桥的整体结构下降。通常表现为当车辆通过板梁桥的一部分板梁下挠，影响轮两边的板和板上下运动，随着时间的推移，发生两边的板梁的损伤的铰链关节铰链板梁形成永久的步骤。

2 原因分析

2.1 铰缝设计先天不足

20世纪80年代及以前，空心板梁桥大多采用“小铰缝”构造形式，如图1所示，其结构尺寸小、断面窄、缝内无拉筋，板与板之间横向联系薄弱。由于“小铰缝”上口预留尺寸小，铰缝混凝土只能插捣，无法振捣，严重影响了铰缝混凝土的质量，因此“小铰缝”缺陷大、寿命短，破坏广泛且严重，20世纪90年代以后，“小铰缝”逐渐以“大铰缝”来代替（如图1所示），但在设计或施工时不配置钢筋或配置少量的钢筋用作抗剪，其安全系数不够，同样会致使板梁顶板连接处铰缝抗力不足。此外，铰缝设计时未考虑铰缝混凝土的收缩徐变作用，也没有重视新老混凝土问粘结力的弱化。

2.2 结构构造的原因

空心板梁由于受建筑高度的限制，与箱形、T形等梁式结构相比，其自身强度与刚度相对偏小，空心板梁桥采用铰缝来保证上部结构的整体作用，横向联系较弱，不利于板梁桥的整体受力。

2.3 桥面铺装层薄弱

由于设置桥面超高或预制板梁设置预拱度等原因造成板梁桥某些局部位置铺装层及整体化混凝土层厚度不够，也会造成铰缝破坏。

2.4 施工原因

2.4.1 原材料不合要求

一般情况下铰缝混凝土的设计强度为C25-C40，但是从实际调查中发现破坏的铰缝混凝土呈粉碎状，混凝土标号未达设计要求。

2.4.2 对铰链接头的不正确处理

实际调查发现，相当数量的板在施工过程中，铰链关节铰链桥没有采取预制板一侧剪头发，洒水预湿和清洁过程，导致新老混凝土之间的粘结性能，减少新老混凝土之间的凝聚力和剪切能力，破坏的铰链关节铰链增加了风险。

2.4.3 的铰链连接质量差

为了保证混凝土质量的关键部分经常不能达到指定的位置，混凝土的铰接接头、粗骨料和水泥砂浆的不合理，一些混凝土不是铰接接头的填充，也不是振动密实的，缺乏必要的维护；有些人甚至使用建筑废料（如木材、海绵、棉花等）来填满铰链连接。以上的铰链连接结构有各种质量问题。很容易造成铰链关节和平板的关节损坏。一旦铰链坏了。梁间没有受力，这将严重影响桥梁结构的整体受力。

2.5 车道规律性分布

公路行车道的划分使车辆行驶轨迹具有规律性，中型货车和重型货车一般行驶在行车道上，位于行车道板梁所承受的重复重交通筒载机率大大增加，在车辆荷载冲击和疲劳作用下极易导致铰缝发生剪切疲劳破坏。

3 维修加固方法

3.1 锚固钢板加固方法

锚固钢筋的方法是使用一个胶粘剂粘贴钢锚和锚在混凝土结构的拉面，或其他薄弱部位，并采用铰链关节铰链穿钢板锚固，使钢板与钢筋混凝土结构不可分割的目的为了达到提高结构的承载力和耐久性。该方法具有不改变原结构尺寸、对交通流量小、可靠技术、短期强化和成熟技术等优点。但由于钢过程中机械应力滞后，因为桥钢筋通常没有卸货，进行原始结构存在一定的压力，只和锚固钢生产后才加载压力，所以当钢板钢筋屈服的原始结构往往不屈服，当钢产量的梁的挠度和裂缝发展迅速。

3.2 体外预应力加固法

体外预应力加固法克服了采用其它方法（如粘贴钢板加固法）加固时普遍存在的应力滞后的缺点，保证了新旧材料与结构整体协同工作。采用该法对铰缝进行维修加固，同样存在一定缺陷，如采用体外预应力法加固改变了装配式空心板梁桥结构的受力体系-铰接变刚接，横向弯矩将大大增加，横向弯矩的增加将导致板梁原有底板纵向裂缝的加剧和新纵向裂缝的出现。

3.3 强化桥梁加固和铰接接头的加固方法

桥梁桥面加固的加固方法主要适用于板梁桥与铰链节点的失效，甚至是“单板受力”的失效。桥面加固方法需要先切割铺面层。清理铰链节点，重新排列钢网，然后在空心板梁上安装钢筋，最后一次浇混凝土和桥混凝土。该方法可提高铰链接头的实际性能。对板梁桥荷载的横向分布进行了改进，加强了板梁桥的整体受力，但工期长，对交通有很大的影响。

4 结语

板梁间的铰缝是直接影响桥面系的整体受力性能的重要结合部，铰缝承担着板梁间传递内力并约束位移的关键作用，也就是说，一旦铰缝的联系作用被削弱，将使实际受力情况脱离原来假设的板梁整体受力体系，使板梁问受力分配更不均匀，反过来进一步加大了铰缝的内力，加速了铰缝的进一步破坏，而铰缝破坏病害在装配式空心板梁桥中十分普遍且典型。因此，在铰缝设计过程中应考虑到铰缝承受的弯、拉、剪复合力的作用；施工时严格控制施工质量，注重新老混凝土的粘结；在养护过程中要针对具体破坏形式进行维修加固，使空心板梁桥铰缝真正具有较强的抗拉、抗剪和抗变形能力，确保桥梁安全。

参考文献

[1]王成明，刘其伟.在役空心板梁桥铰缝破坏成因分析及维修处治[J].现代交通技术，2011，08（5）：61-65.

[2]赵素锋.装配式空心板梁桥铰缝病害机理分析与防治措施[J].中国港湾建设，2010，（4）：15-17.

[3]王立志.现役空心板桥单板受力病害治理方案[J].公路交通科技：应用技术版，2012，（8）：121-123.