预制装配式空心板梁桥横向连接方式的比较

邱名坤

摘要：由于装配式预应力混凝土空心板梁桥拥有非常多的优点，因此在我国的桥梁建设当中得到了广泛的使用。但是在实际的使用当中，经常会出现铰缝破坏的现象，使得空心板梁在实际工程中的所受到力与设计时分析受力存在一定偏差。本文通过比对几种国际上普遍使用的装配式空心板横向连接形式，对空心板横向变形的影响等问题展开了分析。

关键词：装配式空心板；铰缝破坏；横向连接；比较

前言：

与同类型的混凝土结构相比，装配式空心板梁桥具有以下优点：建筑高度低、施工效率快、更适合规模标准化等。装配式预应力混凝土空心板梁桥在世界范围内的桥梁施工当中都占有一定的地位。伴随着桥梁需要承载的交通量与承载量的不断增加，有部分地区的桥梁在使用过程当中发生了预制板之间的铰缝破坏的状况，甚至还有“单板受力”的情况存在，让空心板梁桥的承载能力受到了非常大的影响。

通常状况下的设计都会使用对铰缝进行扩大或者在铰缝中添加构造钢筋的方式来提升横向连接的稳定。但是上述方法并没有从本质上解决铰缝的横向受力问题。并且考虑到混凝土的收缩徐变、新混凝土与老混凝土的粘结等问题，上述方法就不能够保证铰缝不会出现破坏情况。目前国内外的大量的工作人员都对这个问题展开了研究，并取得了一些成绩。

一、空心板梁横向连接方式的类型

空心板梁桥之所以使用横向连接就是为了能够保证结构更具整体性，有利于活载的横向分布，国内外目前主要使用的横向连接方式有以下几种：

1、通过铰缝连接

这种连接方式，是在国内最为普遍应用的空心板横向连接方式（如图1所示）。图1所展现的是非常经典的国内使用的空心板梁桥横向连接方式，每个预制板都是经过“大铰缝”来进行相互连接的[1]。在进行设计时，一般都会把铰缝比作理想的铰，使用“铰接板法”对整个空心板的荷载的横向分布展开计算，并且分析出铰缝的受力。

因为铰缝传力机理的不明确，同时有新老混凝土粘结等问题的影响，一般状况下也只能够在构造上确保铰缝的可靠性。就算是在铰缝中增加了一些普通钢筋，也不一定会加强铰缝中的混凝土的承受能力，铰缝还是可以在新老混凝土的粘结处产生破坏，降低可靠性。

2、现浇混凝土连接

使用这种连接方式，主要是使用增加板顶现浇混凝土的用量，来增强横向连接。以国外的使用为例，加拿大就规定在使用现浇混凝土连接工艺时，要保证空心板梁的桥面的铺装层的厚度要达到15厘米[2]。此外，还有一些其他类型的现浇组合式空心板在英国被使用过（如图2所示），这种类型的空心板梁的横向整体性相对不错，但是现浇混凝土的使用量较多。

3、通过横隔板连接

这种连接形式于出现在21世纪10年代，国内某院在针对预制T形梁及预制组合小箱梁使用状况调查后发现，通过湿接缝及横隔板连接的梁板，在活载作用下，其各梁板分配接近目前采用的横向分布系数的理论分析，且连接方式（湿接缝+横隔板）优于同样跨径的空心板结构.所以，为加强空心板可靠性及耐久性，可适当加大空心板结构尺寸，板间采用湿接缝及横隔板连接使桥面形成整体（如图3所示），该方法被适用于跨径在13m～20m的梁桥中，因为采用了横隔板设置，相邻主梁之间可视为刚性连接，即接缝传递剪力跟弯矩，横向分布系数的计算可采用“刚接板法”进行。但由于国内各地区设计习惯受限，这种连接技术并未受到完全普及。

图3：采用横隔板连接的空心板梁桥

通过对上述四种横向连接的方式进行对比可以看出，不管是运用组合式还是运用横向普通钢筋、横隔板方式来完成横向连接，国内外的空心板梁桥的横向设计水平都已经开始考虑如何进行结构设计，而不是仅仅停留在对结构的形式上进行横向连接。虽然这些方法的施工费用更高、施工手段更加复杂，但是从大体上来看，这些连接方式能够保证横向连接更加稳定，质量更高，只用寿命也更加长远，并且也节省了非常多由于修补铰缝破坏而产生的费用。

二、空心板梁力学性能对比分析

1、模拟对象

本例将一座跨径：18.5m、桥宽：26.0m、主梁使用C40混凝土的空心板桥（采用横隔板连接）作为研究对象。使用软件对其使用横隔板传力的空心板桥的各项数值进行模拟，并使用实体单元的模拟方式对主梁与横隔板进行模拟。并且，可以将横向整体的空心板默认为是一整块的板。

在进行横向分布的研究时，通过在预制板的跨中施加单位力，从而找出横向影响线，在经过这个影响线来确认横向分布的系数（如图4所示，是2号梁受到单位力时的状况）。

2、横向分布的研究

假设桥面铺装不会对检测产生影响，不断的增加横隔板的数量，横向分布影响线会逐渐趋于平坦[3]。这也就表示，空心板的整体性变得更好。并且，在使用横向连接方法与“刚接板法”的连接方法时，二者的横向分布影响线基本重合，但是与横向整体的空心板有着较大的差异。对2号、4号、7号梁进行分析之后，分别对其跨中横向分布系数进行计算，并且与其他连接方式的计算结果相比较（如图5所示）可以发现，横隔板数量增多，会导致各个板的横向分布系数不断变小。如果横隔板的数量是三道，那么得到的系数就会更加接近“刚接板法”的系数。同时，如果使用铰缝连接的空心板桥发生“单板受力的现象”那么其横向分布的系数会突然增加，活载效应也会急剧扩大。如果在有冲击力的作用下，这样的扩大效应则会体现的更加明显。也就是说，因为铰缝可靠性低而造成的“单板受力”会对整个桥梁本身的承受能力造成不小的影响。

3、可靠性研究

对于正截面的应力验算，通过图6可以得知，施加有效预加力能够使横隔板在荷载汽车的情况下，保证正截面压力都满足。

4、结论

第一，在使用横隔板的横向连接方式时，空心板桥每个板的横向分布系数会随着横隔板数量的增加而减小，但是减小的幅度不大。可以使用“刚接板法”的计算方法来进行计算；第二，预制板挠度受到横隔板的数量的影响微乎其微，如果保证活载作用相同，那么使用横向连接方法与使用刚接连接方法的空心板梁的变形程度基本一致。横向整体的空心板桥的变形与每个预制板之间的变形差异不大。由此可以得出，使用这种方法进行连接，能够最好的保证空心板的整体性；第三，在活载作用下，横隔板数量的增加会使横隔板中的应力变小，但是变化的幅度不大；第四，使用横隔板的横向连接方式時，受到的横向预加力一般都储存在横隔板当中，如果是施加的预加力始终，能够进一步提升横隔板的可靠性。

结语：

综上所述，各个国家主要是通过加强横向连接构件的可靠性来保证空心板桥横向连接的稳定。通过提升空心板的横向连接的可靠程度，能够使空心板桥的安全性与稳定性有明显的提升。

参考文献

[1]魏明光，李国平. 预制装配式空心板梁桥横向连接方式的比较[J]. 结构工程师，2012，28（05）：25-30.

[2]张宏阳. 装配式空心板梁桥横向整体性检测方法研究[D].郑州大学，2017.

[3]刘晨光. 预制空心板体系梁桥横向接缝设计方法研究[D].哈尔滨工业大学，2012.

（作者单位：海南省交通规划勘察设计研究院）