我國裝配式空心板橋鉸縫改進情況

董鑫

摘 要：中國的橋梁發展歷史悠久，隨著橋梁形式的不斷創新，裝配式空心板橋迅速發展起來。從淺、中、深鉸縫的形式深入介紹鉸縫面臨的問題，以及鉸縫的改進研究情況。鉸縫的鋼筋、填充材料與形式改進研究充分表明在提高鉸縫的抗剪性能方面取得到了顯著的效果。

關鍵詞：空心板橋；鉸縫；鋼筋；填充材料；形式

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0106-02

引言

裝配式空心板橋是我國橋梁工程中常用的橋型，其特點是結構簡單、現場濕作業少、施工速度快、造價較低。對于這種類型的板梁上部結構整體受力性能，鉸縫起到至關重要的作用。伴隨著裝配式空心板橋在我國大量的建造，其鉸縫的問題也隨之凸顯出來。我國學者主要從鉸縫的形式、填充材料以及鉸縫與空心板的連接進行研究，不斷創新，使鉸縫與空心板更好地共同工作，保證板梁的整體性能。

1 我國鉸縫的主要形式及其問題

截至2013年年底， 中國橋梁總數排名世界第一，總數量達八十六萬座已經超越美國的六十一萬座，預計到2025年將突破一百萬座。將來橋梁建設方向將逐步向我國及歐亞的跨海通道、深山峽谷發展，同時由于橋梁服役年限增加和交通路的劇增，安全事故日益增多[1]。鋼筋混凝土空心板橋由于其抗壓性和抗拉性都很好，在公路橋梁中大約占到了70%以上[2]。

通過大量的實際工程調研，根據鉸縫高度與預制混凝土空心板高度之比的差異，將漏斗型鉸縫劃分為淺鉸縫、中鉸縫與深鉸縫三種[1]。如圖1所示，在淺企口內添補混凝土構成鉸縫，通過該鉸縫傳遞剪力將各板協同成整體，使各塊板均勻受力。中鉸縫通過加深鉸縫深度，結構傳力機理相同。深鉸縫的企口高度最深。二十世紀末為保證縫內混凝土的振搗質量，防止混凝土出現過振和漏振，深鉸縫構造形式開始得到推廣使用。

裝配式橋梁施工主要采用的是梁廠預制多片空心板，運輸到現場拼接而成，然后澆筑鋪裝層等后續工程。改革開放以來，我國經濟迅猛發展，隨著車輛的增多，在車輛荷載作用下，某一根板梁受到車輪作用，并將單獨承受全部輪重，即形成了“單板受力”狀態。單板受力狀態的形成，預制空心板的承載力大大降低，撓度增大，這就意味著在正常荷載作用下預制空心板超出了極限狀態，正彎矩處將產生裂縫。該類橋最先發生開裂的部位是縱梁與橫向接縫結合面，橫向接縫破壞先于縱梁。影響結構的安全性和耐久性的因素很多，其中主要有：（1）施工材料問題，比如水泥質量，砂礫不均勻等；（2）設計人員設計橋梁承載力不足，導致無法滿足實際運行要求；（3）自然條件下，混凝土被化學腐蝕、空氣碳化、以及低溫凍脹等破壞；（4）施工不當，從而造成結構受損；（5）使用功能的改變；（6）自然及人為災害，諸如火災、地震、爆炸等。

2 鉸縫改進研究情況

2.1 鉸縫鋼筋改進

由于預制空心板橋最早開裂的位置是鉸縫與空心板的結合面，鉸縫里的鋼筋與空心板里的鋼筋的連接成為重中之重。圖2為目前鉸縫鋼筋較常布置的形式，板梁梁頂和梁底預留鋼筋錨固在鉸縫內，以及在鉸縫內布置交叉斜受拉鋼筋，增強了鉸縫與板梁之間的連接。

吳慶雄、陳寶春等[3]設計出一種帶延伸鋼筋的鉸縫構造，相鄰兩塊預制空心板1之間澆筑有鉸縫2，在預制空心板1時，預先布置有預埋鋼筋4，預埋鋼筋4與布置在鉸縫2內的延伸鋼筋5連接，在鉸縫中布置鋼筋6與延伸鋼筋5連在一起。預埋鋼筋4與延伸鋼筋5的連接既提高空心板與鉸縫結合面強度，以及鉸縫構造的抗剪強度，且使得空心板、鉸縫與鋪裝層之間的整體性得到加強，如圖3所示。

陳記豪等[4]設計一種混凝土空心板鉸縫鋼筋結構，左右空心板1包含空心板箍筋2與空心板縱筋5，鉸縫抗拉鋼筋4將鉸縫銷接鋼筋3和空心板縱筋5連接一起，并在鉸縫中配置縱向鋼筋6，提高了鉸縫與空心板接觸面的抗剪切和抗彎能力，如圖4所示。

陳寶春等[5]設計一種帶開孔鋼板的鉸縫構造，左右空心板預埋有鋼板3，開孔鋼板4焊接在預埋鋼板3上，鉸縫2中還布置交叉鋼筋5與縱向鋼筋6。此設計能夠有效地防止裂縫擴展，提高鉸縫的抗剪能力，同時也克服了結合面鋼筋鑿出困難、受力不明確的缺點，如圖5所示。

2.2 鉸縫填充材料

混凝土施工過程的物理、化學作用引起的裂縫也將導致鉸縫的損壞，因此在選擇鉸縫填充材料方面要考慮：水泥的水化作用、堿骨料反應、混凝土的干縮效應，氣溫變化等。從最初的普通混凝土，到高性能混凝土、自密實混凝土等都應用到鉸縫里。

郭保林、徐利田等[6]設計了裝配式預應力空心板鉸縫填筑方法，該方法包括以下步驟：鉸縫的底部空隙用釘型塞條封閉；鉸縫中部用微膨脹混凝土填筑；鉸縫頂部用瀝青膠泥填筑；當頂部瀝青膠泥達到設計性能，澆筑頂面鋪裝層。鉸縫中部的微膨脹混凝土保證了鉸縫內的密實，以及鉸縫過早失效滲水的問題。

陳岳飛等[7]設計一種空心板梁橋鉸縫結構，在鉸縫的下半部填筑環氧樹脂，在鉸縫的上半部填筑環氧混凝土。鉸縫采用環氧樹脂和環氧混凝土填充，受拉和受壓性能好，不易開裂。

2.3 鉸縫形式改進

我國鉸縫的主要形式是淺鉸縫、中鉸縫與深鉸縫，應用較為廣泛的是深鉸縫。我國學者在此基礎上，又對鉸縫做了一些改進。

袁愛民、朱曉文等[8]設計一種匹配預制混凝土空心板梁結構，由板梁結構的頂板1、腹板2以及底板3采用混凝土澆筑而成，腹板外表面通過匹配預制的方式布置剪力鍵4，用剪力鍵4代替鉸縫設計，解決了在狹小的鉸縫中進行配筋，以及混凝土難以振搗密實的缺點，如圖6所示。

薛興偉、包龍生等[9]設計一種新型空心板鉸縫結構及其施工方法，該設計就是將應用廣泛的深鉸縫的寬度加大，鉸縫內布置有縱向鋼筋和箍筋。新型鉸縫便于混凝土的振搗，可有效的保證施工質量，解決了傳統鉸縫開裂和失效的病害隱患，如圖7所示。

3 結束語

隨著中國交通日益嚴重，裝配式空心板梁橋在運營中，鉸縫問題也顯現出來。怎樣更好地使鉸縫與梁板共同工作，中國的學者從鉸縫的鋼筋，填充材料以及鉸縫的形式進行研究，方法都得到良好的效果。由此可以看出，大多學者研究最多的是鉸縫的鋼筋，鋼筋的連接在使相鄰空心板共同更好地工作在一起中起重要作用。從鉸縫的鋼筋，填充材料以及鉸縫的形式共同研究，使三方面共同創新，能夠提高空心板與鉸縫結合面強度，以及鉸縫構造的抗剪強度，且使得空心板、鉸縫與鋪裝層之間的整體性得到加強。

參考文獻：

[1]張喜剛，劉高，馬軍海，等.中國橋梁技術的現狀與展望[J].科學通報，2016，61（Z1）：415-425.

[2]張亮亮.預應力混凝土空心板橋梁加固技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[3]吳慶雄，陳寶春，等.一種帶延伸鋼筋的鉸縫構造及其施工方法[P].中國專利：CN103628404A，2014-03-12.

[4]陳記豪，朱倩，等.一種混凝土空心板橋鉸縫鋼筋構造[P].中國專利：CN105648899B，2017-09-05.

[5]陳寶春，等.一種帶開孔鋼板的鉸縫連接構造及其施工方法[P].中國專利：CN103541301A，2014-01-29.

[6]郭保林，徐利田，等.裝配式預應力空心梁板鉸縫填筑方法[P].中國專利：CN103147395A，2013-06-12.

[7]陳岳飛，等.一種空心板梁橋鉸縫結構[P].中國專利：CN205329545U，2016-06-22.

[8]袁愛民，朱曉文，等.匹配預制混凝土空心板梁結構[P].中國專利：CN101769042A，2010-07-07.

[9]薛興偉，包龍生，等.一種新型空心板鉸縫結構及其施工方法[P].中國專利：CN104674660A，2015-06-03.endprint