谈简支梁桥的桥面连续构造

张秀林，卞怡，王志成，李佐宇

（河海大学土木与交通学院，南京 210098）

1 引言

过去几十年以来，中国桥梁建设取得了长足发展，桥梁的形式也日益增多。简支梁桥由于结构简单、受力明确、施工简便等特性，在中小跨径桥梁的建设中得以普遍应用。但简支梁桥伸缩缝装置的受力十分复杂，容易发生损坏，公路管理部门每年不得不花费大量人力、物力用于病害桥梁的加固维修，成了运营者面临的难题。

桥面无缝化技术主要为主梁连续、桥面板连续、横梁连续和桥面连续。20 世纪70 年代末期，英国首先提出了“带桥面连续构造的简支梁桥”。桥面连续的技术原理是，把桥面板或桥面铺装浇筑在一起，进而将桥面分段连接或把全桥连接起来，桥梁在避免伸缩缝引起车辆颠簸的同时，并不改变其简支梁的受力特性。得益于这种特点，工程中的多跨简支梁无缝化技术常常采用桥面连续的措施【1】。

2 传统构造形式

桥面连续构造的主要工序为：架设主梁→铺设纵横向钢筋网→浇筑混凝土→铺设防水卷材→浇筑沥青混凝土铺装层。归纳起来，根据受力方式和具体施工工艺不同，桥面连续构造一般有3 种形式：刚接式、拉杆式和铰接式桥面连续构造。

2.1 刚接式

刚接式桥面连续构造类似于钳固于主梁的固端梁，主梁承受荷载时处于简支受弯状态，刚接板内在主梁两端的转动下产生弯矩。除了弯矩以外，刚接桥面连续板还要承担汽车制动力以及温度变化等因素引起的纵向水平力。这种桥面连续构造不需设置施工缝，具有施工难度小等优点。

2.2 拉杆式

所谓的“拉杆”就是把连接钢筋与混凝土隔离，依靠无黏结构造形式的钢筋承受连续区域的纵向拉应力，从而分担了混凝土的拉应力。此外，两端的软木条或者锯缝允许桥面连续构造在此处转动，通过削弱截面刚度降低桥面连续构造与梁体的整体性，从而减小了板内弯矩。

2.3 铰接式

铰接式桥面连续构造在连续板的中间设置了断缝，用橡胶套管包裹桥面连续构造处的钢筋，连接钢筋在受力后可发生上下的微小转动，同时承担两端的轴向力。这一举措使得荷载引起主梁支座处发生转动时铰接连续板处不会产生弯矩，在一定程度上缓解了连接板的开裂。但这种构造由于断缝的存在，结构内钢筋很容易由于雨水的渗入产生锈蚀，再加上构造复杂、施工不便的缺点，目前国内已经很少采用铰接式构造。

3 桥面连续构造的破坏

3.1 破坏因素

简支梁桥在车辆荷载、温度荷载和二期铺装荷载作用下，主梁两端将发生转角和纵向、竖向位移。而桥面连续构造处于主梁接缝位置，将伴随主梁产生弯曲变形，同时承受拉应力和负弯矩，实际上成了桥梁的薄弱部位。归纳起来，桥面连续受到的外部荷载作用一般可分5 种【2】。

1）两端主梁由于降温纵向变形，桥面连续板受到来自主梁的拉力而在内部产生轴拉，如图1a 所示；

2）主梁梁端在车辆荷载或温度梯度的作用下向上转动，桥面连续板受到挤压产生负弯矩；

3）主梁梁端在同样的原因下向上转动，桥面连续板由于协同变形产生负弯矩，如图1b 所示；

图1 桥面连续受到的外部荷载作用举例

4）两端主梁由于桥梁支座或桥墩的不均匀沉降发生错动，桥面连续板受到竖直剪切作用；

5）车轮的局部冲击使得桥面连续板受到局部挤压作用。

3.2 破坏形式与危害

由于桥面连续构造的变形能力不足，再加上上述破坏因素的影响，它的主要破坏形式是混凝土和铺装层产生较大裂缝，且正中间的裂缝相对较宽。这些病害不仅影响桥梁的行车平顺和正常使用，还破坏了桥面的完整性，进而引发雨水下渗。雨水不仅造成桥面连续构造的钢筋锈蚀，其下渗后还将落至桥面下方引起的盖梁腐蚀，对桥梁的使用寿命造成影响。

4 研究进展

4.1 ECC 混凝土

普通混凝土桥面连续段的破坏因素和破坏形式说明，使用新型材料来抵抗这些不利因素是一种合理可行的解决办法。ECC（高延性纤维增强水泥基复合材料）是近20a 发展起来的一种高延性材料，2005 年，美国密歇根州公路管理局采用ECC 混凝土改造了Ann Arbor 市的一座桥梁的伸缩缝，成功改善了原桥桥面的受力情况【3】。掺入PVA 纤维后的ECC 混凝土具有抗裂好、延性高、自愈合的优点，还具有很好的耐久性，可以有效提高结构的承载力。试验表明【4】，ECC 混凝土具有应变硬化特性，同时，拉应力超过极限抗拉强度后可产生密集的细裂缝，适应更大的变形。使用ECC 混凝土浇筑桥面连接板，能够依靠其高延性的优势避免桥面连续板因为轴拉、负弯矩等作用开裂破坏。

4.2 植入式桥面连续装置

潘志炎【5】等提出植入式桥面连续装置（ESC 桥面连续装置），中间是橡胶体，两侧均嵌入钢筋，背面设有排水槽。该装置的高弹性橡胶体可以分散混凝土变形，通过减小转角来减小混凝土的应力和裂缝宽度，从而增强了桥面连续处的结构强度，还能够延缓甚至阻止沥青混凝土层反射裂缝的出现。此外，装置背面的排水管道还能将渗入的雨水从桥梁两侧排出， 解决了下部桥墩、盖梁的水侵害问题，提高了桥梁安全性和耐久性。基于上述优点，植入式桥面连续装置现已成为桥梁新建与旧桥改造工程中的常见选择。

4.3 其他改进装置

考虑到简支梁桥桥面连续的设计复杂性，桥面连续构造的设计和研究得到越来越多学者的关注。李洞明【6】通过对桥面连续缝受力状况分析，设计了一种新型防水抗裂连续缝：在梁端缝处安装钢板及加强钢筋防止开裂，在梁端缝内设置膨胀型止水橡胶圆条防止渗水。经实际工程检验能有效防水抗裂且更耐久，经过近5a 的运营，目前使用情况良好。赵成栋【7】设计了一种新型PBL 桥面连续构造，该构造通过PBL 剪力键叠合钢板与混凝土形成组合板，组合板的两端锚固在主梁梁端形成连续缝，现已应用于工程当中。王岗【8】等设计了一种新型的拱型桥面连续装置，可以利用拱型结构拱脚受拉使拱顶产生正弯矩的受力特点改变桥面连续混凝土的受拉局面。

5 结语

桥面连续构造是桥面连续简支梁桥的关键部位和薄弱环节。无论是应用新材料还是改善混凝土受力状态，可以看出，桥面连续构造仍然存在着改进的潜力，有关于此的设计与研究正得到越来越多学者的关注。