摘要：針對(duì)預(yù)制裝配施工空心板出現(xiàn)單板受力的不利現(xiàn)象，通過分析空心板鉸縫的破壞原因及發(fā)展情況，對(duì)鉸縫的破壞機(jī)理進(jìn)行了研究，再由實(shí)橋建模模擬分析了鉸縫破壞對(duì)空心板橋受力性能的影響，進(jìn)而提出了空心板鉸縫破壞的一些防治措施。
　　關(guān)鍵詞：鉸縫，破壞機(jī)理，空心板橋，單板受力，防治措施
　　1引言
　　空心板因其自重輕、結(jié)構(gòu)性能好、施工方便、可大批量工廠化集中預(yù)制等諸多有利因素而被廣泛使用。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，由于公路交通量急劇增加，車輛的行駛速度和車輛軸重的增長，同時(shí)因自然環(huán)境的影響、某些局部設(shè)計(jì)不合理、施工工藝條件限制等原因，致使預(yù)制空心板橋梁的鉸縫處有著不同程度的損壞，出現(xiàn)縱向裂縫,有的還較嚴(yán)重，形成了“單板受力”的狀況。“單板受力”現(xiàn)象嚴(yán)重削弱了橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體作用,大大降低了橋涵的整體承載能力，使得上部主要承重構(gòu)件處于非常不利的受力狀態(tài)，極端情況下還發(fā)生過斷板事件，降低了上部結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)給行車安全留下了很多隱患。針對(duì)這種情況，結(jié)合西南某公路改建工程中空心板橋加固方案研究，本文將研究鉸縫破壞機(jī)理及其破壞對(duì)空心板橋受力性能的影響，并提出防治鉸縫破壞的一些措施。
　　2鉸縫工作原理
　　各板橫向之間通過現(xiàn)澆的企口混凝土鉸接和焊接鋼板聯(lián)結(jié)，借此將各板梁橫向連成整體，使作用于行車道板上的局部荷載分配給各板梁來共同參與承受，這樣就能顯著的減小單根板梁受力，達(dá)到防止局部受力過大的目的。裝配式簡支板橋板梁間橫向聯(lián)結(jié)常用的方法有企口混凝土鉸聯(lián)結(jié)和鋼板焊接聯(lián)接二種方式。由于鋼板焊接聯(lián)接施工復(fù)雜，且焊接點(diǎn)在車輛動(dòng)載作用下，質(zhì)量難以保證，故很少采用。而常用的企口式混凝土鉸其型式有圓形、棱形、漏斗形等三種，見圖1。
　　
　　圖1鉸縫形式
　　3鉸縫產(chǎn)生破壞的原因分析
　　從目前發(fā)生的狀況看，鉸縫產(chǎn)生破壞的原因是多方面的，也不乏綜合因素的影響。根據(jù)其破壞的特點(diǎn)及導(dǎo)致破壞的可能因素做以下概略分析。
　　3.1公路自身特點(diǎn)因素
　　高等級(jí)公路特別是高速公路行車道的劃分，使行駛車輛行駛軌跡具有規(guī)律性，因此行車道上的板梁承受重復(fù)荷載的幾率大大增加，在車輛荷載反復(fù)作用下導(dǎo)致某些預(yù)制板鉸縫疲勞破壞。
　　3.2運(yùn)輸方面因素
　　正常使用下橋梁的承載能力是由其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)確定的。隨著時(shí)間的推移和社會(huì)的發(fā)展，車輛總重和軸重日趨增大，軸數(shù)也日漸增多，特別是近年來大型集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，公路運(yùn)輸對(duì)橋梁的要求也越來越高。從現(xiàn)實(shí)的交通結(jié)構(gòu)情況看，實(shí)際行駛的車輛中，一些重車、大型車輛的載重往往超過橋梁承載能力，雖然近年來加大了超限運(yùn)輸?shù)闹卫砹Χ龋�超重車輛上路仍時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致構(gòu)造物破壞。
　　3.3設(shè)計(jì)方面因素
　　⑴構(gòu)造物上部的梁板設(shè)計(jì)中，采用的鉸縫結(jié)構(gòu)尺寸，斷面變化較小，板間橫向聯(lián)結(jié)薄弱，較難使鉸縫與預(yù)制板牢固結(jié)合，在橫向不能形成較強(qiáng)的聯(lián)結(jié)。
　　⑵橋面鋪裝因素。在設(shè)計(jì)中，有時(shí)存在由于設(shè)置橋面超高或預(yù)制板設(shè)置預(yù)拱度不合適等原因造成某些局部鋪裝厚度不夠；另一方面，鋪裝鋼筋直徑較小、間距設(shè)置較大等情況，降低了鋪裝層的整體化作用、與梁體的協(xié)同作用減小、整體剛度降低。
　　⑶結(jié)構(gòu)計(jì)算中，結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際不符，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，對(duì)施工中出現(xiàn)的可能性考慮不周密。
　　3.4施工方面因素
　　⑴材料不符合要求。設(shè)計(jì)鉸縫混凝土應(yīng)不低于C30。但從某些現(xiàn)場(chǎng)破壞情況看，鉸縫混凝土呈粉碎狀，經(jīng)檢測(cè)混凝土標(biāo)號(hào)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，振搗不密實(shí)。另外，鋼筋綁扎不合要求，施工時(shí)對(duì)板梁的橫向聯(lián)結(jié)沒有引起足夠重視。
　　⑵施工時(shí)對(duì)混凝土鋪裝層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)位置控制不準(zhǔn)、預(yù)制板鉸縫及頂面鑿毛不到位。施工完成后，部分鋼筋網(wǎng)位于鋪裝層與板梁間，形成一道夾層，鋼筋網(wǎng)未達(dá)到使用效果，混凝土鋪裝層及鉸縫與預(yù)制行車道板粘結(jié)不牢固情況嚴(yán)重，導(dǎo)致鉸縫損壞。
　　3.5自然災(zāi)害與突發(fā)事件的影響
　　由于地震、爆炸、山體滑坡、車船撞擊等致使下部基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，使上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出結(jié)構(gòu)的承載能力，導(dǎo)致橫向聯(lián)接或板件破壞。
　　4鉸縫破壞對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響
　　鉸縫破壞后，對(duì)于橋梁的橫向連接將產(chǎn)生直接的影響。橫向聯(lián)結(jié)一旦開始失效之后，活載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響將越來越大，最后將演變成為完全的單板受力。單板受力狀況出現(xiàn)后，預(yù)制板的承載能力將大大降低。而其中最直觀的變化就是撓度的變化。
　　位于西南某省的一座橋，其上部結(jié)構(gòu)為空心板，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩臺(tái)，設(shè)計(jì)荷載汽車-20級(jí)，掛-100級(jí)，橋跨組合2-16.0米，橋梁全長38米，橋面凈寬10.5米。該橋存在比較嚴(yán)重的鉸縫脫落現(xiàn)象，部分空心板受損，現(xiàn)通過對(duì)該橋建模進(jìn)行模擬分析：板的形式及全橋理論模型如圖2、圖3所示：
　　
　　圖2中板及邊板形式
　　
　　圖3理論模型圖
　　由于絞縫破壞的位置不同對(duì)各塊板的影響效果也不相同，通過建模分析在不同位置的鉸縫破壞后，對(duì)其它板的影響，選取跨中截面撓度、彎矩?cái)?shù)值見表1、表2及圖4和圖5：
　　
　　表1鉸縫破壞位置及各板最大撓度

　　圖4鉸縫完好與完全破壞時(shí)撓度跨中橫向撓度對(duì)比

　　
　　
　　圖5鉸縫完好與完全破壞時(shí)撓度跨中橫向彎矩對(duì)比
　　從以上的圖表數(shù)據(jù)可以看出：當(dāng)鉸縫完全破壞后撓度將顯著增大，而這對(duì)于橋梁的安全性會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。
　　另外，鉸縫的破壞過程是一種漸變過程，往往先是某兩塊板之間的鉸縫先遭到破壞，然后由于活載的作用而影響到其他板，直到最后演變?yōu)橥耆�的單板受力。我們也可以通過建模分析其中的撓度變化值而觀察其中的變化過程。見圖6：
　　
　　圖6鉸縫破壞發(fā)展撓度最大值變化
　　同樣，我們也可以從彎矩變化圖中很明顯的觀察其中的變化，見圖7：
　　
　　圖7：鉸縫破壞發(fā)展彎矩最大值變化
　　從圖中可以看出，鉸縫從完好直至完全破壞的過程中，各板所承受的最大彎矩發(fā)生了顯著的變化，而且，很明顯的可以看出，當(dāng)鉸縫完全破壞之后，單板所需承受的最大彎矩將大大增加。通過計(jì)算分析，結(jié)合該橋鉸縫破壞的實(shí)際情況，對(duì)鉸縫破壞嚴(yán)重繼而導(dǎo)致空心板受損部分，采用拆除重建方案處理。
　　5鉸縫破壞的防治措施
　　為保證結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和延長其使用壽命，從設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)管理等方面均應(yīng)采取必要措施，預(yù)防鉸縫損壞的發(fā)生。可采取以下措施。
　　⑴為適應(yīng)急劇增加的交通量的需求和行駛車速的提高及車軸重的增大，公路橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范在不斷地進(jìn)行修訂，設(shè)計(jì)采用的汽車荷載計(jì)算模式也在相應(yīng)調(diào)整，從而使橋梁在承載能力方面更能滿足交通量的需求。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，考慮到超載等各種現(xiàn)實(shí)情況，適當(dāng)提高安全儲(chǔ)備。
　　⑵結(jié)構(gòu)受力假設(shè)應(yīng)盡可能與實(shí)際受力情況相符。在設(shè)計(jì)計(jì)算橋梁行車道板時(shí)，考慮部分混凝土鋪裝參與行車道板的共同受力，從理論上是合理的，但從施工后的情況來看，混凝土鋪裝層與行車道板的粘結(jié)很難達(dá)到理想的程度，實(shí)際上混凝土鋪裝層有時(shí)無法與行車道板聯(lián)結(jié)成整體共同受力，因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算橋梁行車道板時(shí)，可不考慮混凝土鋪裝參與行車道板的受力或在預(yù)制空心板時(shí)預(yù)埋足夠數(shù)量的鋼筋伸入混凝土鋪裝層，與鋪裝層鋼筋網(wǎng)連成一體共同受力。
　　⑶采取措施增加鉸縫的抗剪能力。加大鉸縫深度，盡量將鉸縫外形設(shè)計(jì)圓順以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)。鉸縫混凝土可采用微膨脹混凝土，以補(bǔ)償其收縮，鉸縫內(nèi)混凝土等級(jí)要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且鉸縫混凝土須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方能通車使用。同時(shí)行車道板的側(cè)面應(yīng)為毛面，行車道板內(nèi)的鋼筋伸入鉸縫內(nèi)，另可適當(dāng)增加鉸縫鋼筋。
　　⑷保證橋面混凝土鋪裝層有足夠的厚度。考慮行車道板的撓度及其它因素的影響，在施工完成后橋面防水混凝土的最小厚度必須保證不小于8cm，保證其有足夠的剛度和強(qiáng)度，提高抗變形能力。
　　⑸鋪裝鋼筋。鋪裝層內(nèi)設(shè)滿幅鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)直徑不宜小于12mm，間距宜設(shè)為8～10cm，梁體頂面預(yù)埋伸出的抗剪錨筋并與鋼筋網(wǎng)綁扎或焊接，以增加鋼筋網(wǎng)的抗拉性能和橋面鋪裝的抗剪能力。
　　⑹在混凝土鋪裝層中摻加適量鋼纖維。鋼纖維在混凝土中形成亂向分布的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能抑制混凝土的干縮，且其抗折疲勞能力大幅提高，防止疲勞裂縫產(chǎn)生，從而為主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提供了保障。
　　⑺采取有效措施，如板頂拉毛、清除頂面浮漿，來加強(qiáng)混凝土鋪裝層與行車道板的粘結(jié)，使其成為整體共同受力。
　　6結(jié)論
　　⑴從鉸縫處受力狀態(tài)分析得出，鉸縫破壞以橋面部位鉸縫混凝土壓碎、底部混凝土拉裂為主，剪切、拉、壓復(fù)合作用破壞為輔的破壞狀態(tài)，空心板鉸縫橫向彎曲性明顯；
　　⑵空心板小鉸縫結(jié)構(gòu)在荷載的橫向傳遞方面效果較差，相對(duì)來講大鉸縫結(jié)構(gòu)荷載橫向傳遞優(yōu)于小鉸縫結(jié)構(gòu)；
　　⑶鉸縫內(nèi)布置鋼筋可彌補(bǔ)鉸縫與板間混凝土粘結(jié)能力差的不足，鉸縫混凝土可采用微膨脹混凝土，鉸縫頂面布置門筋，橋面布置鋼筋網(wǎng)也會(huì)起到一定的橫向聯(lián)系作用，加強(qiáng)鉸縫及橋面鋪裝的施工控制；
　　⑷鉸縫內(nèi)布置交叉或斜門筋，均能夠?qū)︺q縫起到提高荷載橫向分布的作用。其中交叉筋布置近似的滿足沿著主拉應(yīng)力方向布置，可大大加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系，另外交叉筋還可對(duì)縫內(nèi)混凝土起到一種近似的環(huán)箍作用，提高鉸縫的抗剪及抗裂性能。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　1 劉來君.橋梁加固設(shè)計(jì)與施工要求[M].人民交通出版社.2004，第1版
　　2 胡兆同，陳萬春橋梁通用構(gòu)造及簡支梁橋[M]．北京：人民交通出版社，2000．
　　3 劉效堯，蔡建，劉暉編著.橋梁損傷診斷.北京：人民交通出版社，2002
　　4 JTGH11-2004.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2004