組合梁斜拉橋橋面板抗裂性研究與工藝控制

蘇 海 成

(寧夏公路工程監理咨詢公司，寧夏 銀川 750002)

組合梁斜拉橋橋面板抗裂性研究與工藝控制

蘇 海 成

(寧夏公路工程監理咨詢公司，寧夏 銀川 750002)

總結了組合梁斜拉橋混凝土橋面板裂縫的類型及成因,從鋼主梁和鋼橫梁的連接程度來研究它們對橋面板抗裂性的影響,提出了三種濕接縫鋼筋可行的連接形式，通過試驗探索組合梁斜拉橋混凝土橋面板濕接縫處裂縫的產生機理，進一步優化濕接縫鋼筋的合理構造設計。

組合梁斜拉橋，橋面板，裂縫分析

近些年，隨著高強材料和施工工藝的發展，斜拉橋在實際工程中得到了廣泛的應用。如何提高組合梁斜拉橋的橋面板抗裂性是廣大學者、設計和施工技術人員關注的重點。為了掌握裂縫的分布規律，總結了混凝土橋面板裂縫的類型、開裂原因，并從組合梁斜拉橋鋼主梁和鋼橫梁的連接程度來研究它們對橋面板抗裂性的影響，同時給出了相關的施工工藝控制。

為了進一步研究組合梁斜拉橋混凝土橋面板濕接縫位置處的裂縫產生機理，提出了有效的裂縫控制措施，亦進行詳細的混凝土濕接縫鋼筋的合理構造形式試驗研究。提出了三種可行的濕接縫鋼筋連接形式，擬通過試驗探索組合梁斜拉橋混凝土橋面板濕接縫位置處裂縫的產生機理，進一步優化濕接縫位置鋼筋的合理構造設計。

1 混凝土橋面板裂縫類型

根據實際工程經驗，經過綜合分析，將組合梁斜拉橋所出現的裂縫主要分為以下四種：

1)與順橋方向相互垂直的裂縫，橫貫橋面。裂縫發生在大橋主跨中部100 m左右及邊跨尾端附近的范圍內。這種裂縫是由于跨中和尾端部位軸向壓力較小，在活載的反復作用下，或者有較大的局部活載彎矩時，使橫梁兩側的混凝土受拉開裂，施工中會在該處設置縱向、橫向預應力鋼筋來防止混凝土橋面板的開裂。

2)在斜拉索與橋面交接點處，與大橋軸線呈45°方向的裂縫。裂縫長度2 m左右，大多出現在奇數拉索與橋面交接處。這種裂縫主要是主梁、橫梁鋼框格自重引起主梁懸臂根部負彎矩過大，使剛完成的現澆橋面板混凝土縫在拉索錨固處呈45°拉裂。施工中在永久性斜拉索尚未安裝之前，先用臨時三角形吊架拉索吊住主梁，通過臨時索塔千斤頂調節臨時索的拉力，使鋼框架引起的彎矩為零，待鋼架形成，即可安裝永久斜拉索，松去臨時拉索，防止了現澆混凝土橋面開裂。

3)在拉索錨固點上部的現澆混凝土表面上。由于斜拉索的錨固力集中作用在鋼主梁上，然后才會擴散到整個斷面上，造成靠近錨固點的斷面附近應力橫向分布很不均勻，此種裂縫分布在錨固點周圍，且呈放射形。這種裂縫是由于拉索錨固處作用集中力，而錨固板又割斷了橋面板中的鋼筋，雖然設計在此處做了加強處理，但是由于局部應力過大，又受混凝土收縮、徐變的影響，使錨固板與混凝土變形不協調而開裂。

4)與順橋方向平行的橋梁縱向的裂縫。這種裂縫主要是受汽車荷載振動反拱的反復振動導致該處混凝土開裂。施工中采取在橫梁底部反頂從而使橋面板獲得壓應力，同時，對上層鋼筋采取焊接，以增強接縫抗拉能力。

2 鋼主梁與鋼橫梁的連接程度分析

組合梁斜拉橋的混凝土橋面板支撐在由鋼主梁和鋼橫梁構成的網格體系上，混凝土橋面板通過剪力連接件的作用而與鋼梁共同參與受力。對于鋼主梁與鋼橫梁的連接程度，這里主要從鋼橫梁的間距、剛度方面進行研究，同時也簡要介紹了鋼主梁和鋼橫梁的連接方式，指出了施工中需要注意的要點，擬通過試驗探索鋼主梁與鋼橫梁的合理設計，達到避免橋面板開裂的目的。

2.1鋼橫梁間距的影響

在不同的橫梁間距下，主梁塑性域的開展存在一定的差別，橫梁間距的有效控制對防止主梁發生大規模的強度破壞是有一定幫助的。橫梁間距的差別也就意味著橫向剛度的強弱，當橫梁間距大于某一限值，橫梁會先于主梁屈服，從而引起橫梁與主梁的內力重分布，而且橫梁首先屈服，這將會影響全橋的受力性能。當減小橫梁間距，不論成橋階段還是施工中懸臂階段，對于提高全橋的承載能力能起到一定的作用，但是一旦超過某個限值，減小橫梁間距使得橫梁數量增多導致恒載的增大，反而會使斜拉橋承受活載的能力減弱。

2.2鋼橫梁剛度的影響

就橫梁來說，橫梁間距產生的影響比橫梁剛度產生的影響大，對于不同橫梁間距而橫梁剛度相同的斜拉橋，橫梁間距較大的橫梁承擔的軸力較大，而橫梁間距相同時，橫梁剛度越大它所承擔的軸力越小。在組合梁斜拉橋的施工中，對于懸臂階段，不論橫梁間距取多大，增加橫梁剛度對提高橋梁的承載力都有一個限值，若超過這一限值，如同橫梁間距的影響一樣，會適得其反。

2.3鋼主梁和鋼橫梁的連接方式

當鋼主梁與鋼橫梁的相對剛度得到合理設計，施工中兩者的連接也需要得到重視。這里分別闡述了焊接連接和高強螺栓連接的施工工藝。

2.3.1焊接連接施工工藝與控制

焊接是鋼結構連接中較為常見的一種連接形式。它具有不削弱構架截面、剛性好、構造簡單、施工快捷、可移動化操作等優點，但是焊接會產生殘余應力變形，并且連接處塑性和韌性較差。在構造方面，在保證安全的前提下，盡量減少加勁肋的數量和避免焊縫的交叉和集中。同時，由于焊接產生的應力集中現象以及焊區的焊接應力使得焊接疲勞強度下降，那么在承受動荷載的結構構造上要采取一定的措施，比如構件截面改變處采用適當地過渡區，盡量避免未焊透、凹角等缺陷。

2.3.2高強螺栓連接施工工藝與控制

高強螺栓主要是靠被連接構件接觸面之間的摩擦力來傳遞剪力和拉力。高強螺栓連接又分為兩類：通過摩擦力傳力的摩擦型高強螺栓連接和除摩擦力還依靠自身的承壓和抗剪傳力的承壓型高強螺栓連接。前者抗疲勞能力強，適應于承受動力荷載及連接變形小的結構，而后者適用于受靜力荷載并允許出現一定滑移的構件連接。對于這種連接必須嚴格控制其相對滑移，避免影響整體的受力狀態。

2.4鋼主梁和鋼橫梁的相對剛度對橋面板抗裂性的影響試驗方案

對于鋼主梁和鋼橫梁的連接程度對橋面板抗裂性的影響，擬定的試驗方案主要是從橫梁設置的間距角度來考慮的，這里所設計的試驗方案為兩跨連續梁，在連續梁的三個支座位置處分別設置一道橫梁，在其中的一跨不設置中橫梁，而在另一跨的跨中設置一道中橫梁，通過兩跨橫梁間距的變化來對比分析混凝土橋面板裂縫的分布規律，進而從橫梁間距的控制方面來優化混凝土橋面板抗裂性能。試驗梁的橫梁布置圖如圖1所示。

3 濕接縫中鋼筋構造對橋面板抗裂性的影響試驗方案

擬進行如下三種形式的濕接縫鋼筋構造形式裂縫產生機理試驗研究：

1)半圓環搭接式構造，如圖2所示。這種構造形式施工方便，強度可靠而且整體性好，使用過程中也不易出現橫向裂縫。

2)扣環式構造，如圖3,圖4所示。這種構造中預制橋面板預埋的U型筋通過一個環形筋焊接成整體，也有利于分布鋼筋的固定，從而受力上整體性較好。施工中環形筋上口必須滿足搭接長度且上口朝上安裝，與兩端預埋的U型筋連接時，要對稱安裝，整條縫內環形筋應盡可能在一條直線上。

3)直線式構造，如圖5所示。這種構造形式施工方便，且能較好地滿足濕接縫的受力和構造要求，這是施工中推薦的一種較好的構造形式。

總之，對于組合梁斜拉橋混凝土橋面板濕接縫的鋼筋構造，隨著配筋率的增加，第一主應力和橫向拉應力的最大值逐漸減小，這有利于控制混凝土裂縫的出現，因此，應適當地增大橋面板濕接縫構造鋼筋的配筋率。

4 結語

在組合梁斜拉橋混凝土橋面板抗裂性的理論研究基礎上，通過試驗研究分析濕接縫鋼筋構造以及鋼主梁與鋼橫梁的連接程度對混凝土橋面板抗裂性的影響，在試驗中運用對比分析的方法研究在各個影響因素作用下橋面板裂縫的分布規律，進而優化設計達到避免橋面板開裂的目的。

[1] 林元培.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社，1994.

[2] 嚴國敏.現代斜拉橋[M].成都:西南交通大學出版社，1996.

Studyoncrackresistanceofcompositebeamcable-stayedbridgedeckanditsprocesscontrol

SuHaicheng

(NingxiaHighwayEngineeringSupervisionConsultingCompany,Yinchuan750002,China)

It is summarized that the types and causes of the cracks in concrete bridge deck of composite beam. And the impact of steel girder and steel cross beams on crack resistance of bridge deck is studied from the connection degree of steel girder and steel cross beams. Three kinds of feasible forms of wet joint bar are proposed. And the mechanism of the crack at the wet-joint sition of the concrete bridge deck of the composite beam cable-stayed bridge is explored to further optimize the steel’s reasonable structural design of the wet-joint.

composite beam cable-stayed bridge, bridge deck, crack analysis

U448.27

A

1009-6825(2017)27-0146-02

2017-07-16

蘇海成(1984- )，男，工程師