簡支空心板橋鉸縫失效分析及治理辦法

(重慶交通大學 土木工程學院　重慶　400074)

一、引言

簡支空心板梁橋一般跨度較小，其梁板強度和剛度相對較低，各個空心板通過混凝土鉸縫連接，鉸縫結構在實際使用過程中受力復雜，極容易由于橫向剪力過大而破壞掉，同時橋面板會出現縱向裂縫。長期在超限車輛荷載作用下，鉸縫結構一旦失效，會引起單板受力問題。由于單片梁板無法承擔大于其設計值的荷載，梁板可能有破裂和塌陷的危險。所以，研究鉸縫的破壞機理、傳力方式以及治理方案對于簡直空心板橋的安全性至關重要。

二、鉸縫失效

(一)鉸縫失效成因

1.鉸縫受剪截面小。早期的空心板橋均為小鉸縫構造，且深度不夠，縫內沒有鋼筋連接，橫向連接弱，剛度較差。鉸縫需要傳遞橫向剪力，但是鉸縫結構過小，鉸縫無法承擔橫向荷載，從而鉸縫混凝土發生剪切破壞。

2.橋面鋪裝層厚度不夠。在橋面板設計過程中，混凝土鋪裝層厚度要滿足構造要求以外，還要考慮預制板拱度和橋面板縱橫坡坡度對橋面鋪裝的影響。在實際工程中，由于分布筋配筋不夠，混凝土厚度不夠，導致橋面板橫向剛度低，鋪裝層抗拉強度不夠。

3.鉸縫新舊混凝土粘結不良。施工過程中，鋼模板施工使得梁板接觸面光滑平整。絞縫為后澆筑混凝土，在與預制空心板的連接時，新舊混凝土結合面之間抗拉強度將減為原來的三分之一。

4.鉸縫混凝土澆筑不密實。鉸縫寬度不夠，混凝土不易澆筑均勻和密實，內部易形成孔洞，在外力作用下，應力集中效應尤為明顯，從而導致鉸縫開裂和破壞。

5.超載。在汽車荷載作用下，鉸縫易出現疲勞破壞。重車車輛將導致梁板間剪力傳遞大幅增加，頻繁的剪切作用易使鉸縫發生剪切破壞，從而混凝土開裂、脫落。

(二)典型病害

1.鉸縫內混凝土開裂與脫落。鉸縫處混凝土與鉸縫兩側空心板壁在車輛的碾壓下，容易產生縱向裂縫，鋪裝層破裂致使雨水直接滲入腐蝕橋梁結構。隨著侵蝕的加劇，空心板鉸縫縫內混凝土會發生開裂和脫落。

2.橋面鋪裝層破損。鉸縫破壞，橋面鋪裝層和鉸縫一起承擔的橫向荷載將大部分傳給橋面鋪裝層，在過大的外荷載作用下，空心板上部結構出現縱向裂縫，并貫通橋面鋪裝層，此裂縫將延展開裂。瀝青混凝土路面是常見的路面形式，橋面鋪裝層開裂會產生較大的剪力，發生剪切破壞。由于瀝青和水泥粘結力較差，所以上下兩層混凝土面層抗水平切應力差，兩面層易發生相對水平位移，出現擁包等現象。

3.空心板企口縫混凝土塌陷。橋面鋪裝層縱向裂縫繼續開裂，混凝土澆筑質量差的橋面區域，會出現大面積的網裂和破碎，鉸縫內混凝土發生分離和脫落，雨水進一步加劇鉸縫的破壞。當出現“單板受力”現象后，單片板梁承受荷載超出其設計承載值實，空心板下部會會被拉裂。車輛荷載直接作用于空心板，造成空心板鉸縫混凝土塌陷，形成較大的凹槽，影響交通行車安全。

三、鉸縫失效處理方法

(一)橋面加傳力桿。橋面加傳力桿的方法稱為綁帶法，即在布置傳力桿的位置鑿開一條寬10cm、深12cm的槽，沿裂縫縱向也鑿開一條同尺寸的槽，槽壁和裂縫分別需要經過界面處理劑和灌封用膠處理，然后將傳力桿放入槽內，最后在槽內澆筑微膨脹鋼纖維混凝土使其形成一個整體。傳力桿應選用粗的、剛度大的鋼筋，以保證傳力桿受力均勻。

(二)橋面鋪裝處理。首先，鑿開混凝土鋪裝層和鉸縫破損結構，在鉸縫橫向上布置傳力桿，布置鋼筋要求加粗加密，傳力桿可傳遞剪力、阻止裂縫持續開裂和減小斷裂面相對滑移位移。其次，應提高混凝土強度等級，并加厚橋面鋪裝層。如果鉸縫破損嚴重，需清除全部鉸縫混凝土，鑿毛縫壁，重新填筑比空心板混凝土高一等級的微膨脹鋼纖混凝土。對于深度較大的鉸縫，注膠灌縫灌不密實，結構仍會出現裂縫，則需多種處理方法相結合。

(三)植入“∩”型鋼筋和螺旋筋。在原橋上維修破損的鉸縫，應檢查每塊空心板鉸縫破損情況和范圍，將空心板鉸縫兩側各半塊橋面鋪裝層鑿除。如果鉸縫存在混凝土開裂貫通及大面積脫落現象，應該鑿除鉸縫混凝土，將鉸縫兩側面鑿毛，植入“∩”型鋼筋和螺旋筋，鋪設橋面鋼筋網，澆筑高于兩側空心板混凝土一個強度等級的鋼纖維混凝土，最后鋪設防水層和瀝青鋪裝層。

四、鉸縫優化設計

鉸縫在實際工程中傳遞橫向剪力是一個很復雜的過程。在理論上說，它應該既處于鉸接又處于剛接狀態，但實際工程難以做到。在設計過程中，鉸縫一般是構造設計，現行設計仍然需要優化。

(1)加大鉸縫尺寸，即增大受剪截面面積，提高結構抗剪能力，更有利于鉸縫與兩側空心梁板的連接和橫向剪力的傳遞；

(2)在鉸縫內埋置鋼筋，使其與空心板連接成一個整體，鋼筋有助于阻止裂縫的延展，增加了鉸縫的抗剪強度；

(3)鉸縫混凝土應采用高于兩側空心板混凝土一個強度等級的混凝土。

(4)在空心板橋跨中設置一道橫向預應力，并布置橫隔板。橫向預應力能夠在橋面橫向上提供壓力，這種垂直壓力能夠抑制鉸縫裂縫的產生，提高鉸縫的抗剪強度。

五、運營階段預防措施

鉸縫失效是空心板橋常見的病害，鉸縫的破壞直接導致板梁無法橫向傳遞剪力。為了避免“單板受力”問題的出現，在橋梁運營階段，可采取如下方案：(1)限制超限車輛的重量和數量，設置測速裝置，對重要路段進行實施測速監測；(2)建立橋梁檢測小組，定期對橋梁進行檢測和養護工作，在病害部位及時做出相應的治理；(3)定期檢查和記錄橋面排水狀況，確保橋面鋪裝層的完整性、防水性，保證橋面排水順暢；(4)安裝測力環，在運營期間，定期測試橫向預應力鋼筋的受力值，并及時調整鋼筋的預應力大?。?5)建立橋梁健康監測系統，實現橋梁結構的實時監測。

六、總結

錢江三橋引橋斷裂，江蘇S328省道通榆河大橋垮塌，鄭州市中州大道跨京廣鐵路大橋兩片梁由于超載壓斷，這些案例均表明鉸縫失效大大降低橋梁結構的穩定性能。橋梁安全事故不僅會造成財產損失，還會造成人員傷亡。針對鉸縫失效問題，我們應該緊抓設計、加固、養護三個方面，出現問題及時處理。