淺述白銀地區空心板梁橋鉸縫損壞成因及處治對策

呂彥平

摘 要：本文以白銀地區常見的空心板梁鉸縫損壞情況為例，總結了空心板梁橋鉸縫破壞的一般特征，從設計、施工和材料自身特性等方面詳細分析了鉸縫破壞的成因；然后探討了鉸縫破壞對橋梁結構的受力性能和耐久性的影響。文章最后對鉸縫破壞的若干維修加固方法進行了分析和比較，在此基礎上提出了鉸縫破壞的處治對策。

關鍵詞：空心板梁橋；鉸縫破壞；成因分析；處治對策

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0148-02

白銀地區國省干線公路目前在役橋梁279座，其中裝配式混凝土板梁橋118座，占所有橋梁總數的42.3%，對于裝配式空心板梁橋，其鉸縫是關鍵部位，橋梁結構的整體抗震性、整體穩定性，主要取決于鉸縫連接的好壞。同時，鉸縫是裝配式板梁橋的薄弱部位，從近幾年養護單位的管養過程中發現幾乎所有的裝配式板梁橋縱縫都出現了不同程度的破壞。

1 鉸縫損壞的一般特征

空心板梁橋鉸縫破壞的一般特征主要表現在以下幾方面：

（1）鉸縫破壞病害多發生于小跨徑空心板梁橋，且跨徑越小其出現的機率越高。其原因有四：其一，跨度越小的板梁橋活載所占比例越大；其二，跨度越小的板梁橋沖擊系數越大；其三，小跨徑板梁橋的固有頻率與車輛振動頻率較接近，容易引起車橋共振；其四，跨徑小的板梁橋，板梁梁高也小，相應地鉸縫受剪面積也小。因此，鉸縫混凝土的剪切效應更為顯著，在車輛荷載作用下鉸縫受力更加不利。通過對不同跨徑空心板梁橋荷載橫向分布系數的計算來更好地驗證這一結論。可以看出，荷載橫向分布系數不僅與荷載的作用位置有關，還與橋梁的跨度有關，跨度越小，荷載橫向分布系數的不均勻性越明顯，也就是說“單板受力”現象出現在小橋、通道橋、涵洞等結構物上的概率較大。（2）鉸縫破壞一般出現在行車道附近，尤其集中分布在重車行駛車道周圍。（3）由于汽車車輪載荷的影響疲勞，鉸鏈的上部被破壞。整個混凝土層裂開了。橋面鋪面層的鋪面一般表現為有裂縫和縱裂，嚴重時形成斷帶。雨水和雪水滲進了鉸鏈接合處，通過破裂的破橋平臺，在鉸鏈接合處留下明顯的滲漏和增白痕跡。（4）鉸接節點的倒塌很容易導致空心梁橋的整體結構下降。通常表現為當車輛通過板梁橋的一部分板梁下撓，影響輪兩邊的板和板上下運動，隨著時間的推移，發生兩邊的板梁的損傷的鉸鏈關節鉸鏈板梁形成永久的步驟。

2 原因分析

2.1 鉸縫設計先天不足

20世紀80年代及以前，空心板梁橋大多采用“小鉸縫”構造形式，如圖1所示，其結構尺寸小、斷面窄、縫內無拉筋，板與板之間橫向聯系薄弱。由于“小鉸縫”上口預留尺寸小，鉸縫混凝土只能插搗，無法振搗，嚴重影響了鉸縫混凝土的質量，因此“小鉸縫”缺陷大、壽命短，破壞廣泛且嚴重，20世紀90年代以后，“小鉸縫”逐漸以“大鉸縫”來代替（如圖1所示），但在設計或施工時不配置鋼筋或配置少量的鋼筋用作抗剪，其安全系數不夠，同樣會致使板梁頂板連接處鉸縫抗力不足。此外，鉸縫設計時未考慮鉸縫混凝土的收縮徐變作用，也沒有重視新老混凝土問粘結力的弱化。

2.2 結構構造的原因

空心板梁由于受建筑高度的限制，與箱形、T形等梁式結構相比，其自身強度與剛度相對偏小，空心板梁橋采用鉸縫來保證上部結構的整體作用，橫向聯系較弱，不利于板梁橋的整體受力。

2.3 橋面鋪裝層薄弱

由于設置橋面超高或預制板梁設置預拱度等原因造成板梁橋某些局部位置鋪裝層及整體化混凝土層厚度不夠，也會造成鉸縫破壞。

2.4 施工原因

2.4.1 原材料不合要求

一般情況下鉸縫混凝土的設計強度為C25-C40，但是從實際調查中發現破壞的鉸縫混凝土呈粉碎狀，混凝土標號未達設計要求。

2.4.2 對鉸鏈接頭的不正確處理

實際調查發現，相當數量的板在施工過程中，鉸鏈關節鉸鏈橋沒有采取預制板一側剪頭發，灑水預濕和清潔過程，導致新老混凝土之間的粘結性能，減少新老混凝土之間的凝聚力和剪切能力，破壞的鉸鏈關節鉸鏈增加了風險。

2.4.3 的鉸鏈連接質量差

為了保證混凝土質量的關鍵部分經常不能達到指定的位置，混凝土的鉸接接頭、粗骨料和水泥砂漿的不合理，一些混凝土不是鉸接接頭的填充，也不是振動密實的，缺乏必要的維護；有些人甚至使用建筑廢料（如木材、海綿、棉花等）來填滿鉸鏈連接。以上的鉸鏈連接結構有各種質量問題。很容易造成鉸鏈關節和平板的關節損壞。一旦鉸鏈壞了。梁間沒有受力，這將嚴重影響橋梁結構的整體受力。

2.5 車道規律性分布

公路行車道的劃分使車輛行駛軌跡具有規律性，中型貨車和重型貨車一般行駛在行車道上，位于行車道板梁所承受的重復重交通筒載機率大大增加，在車輛荷載沖擊和疲勞作用下極易導致鉸縫發生剪切疲勞破壞。

3 維修加固方法

3.1 錨固鋼板加固方法

錨固鋼筋的方法是使用一個膠粘劑粘貼鋼錨和錨在混凝土結構的拉面，或其他薄弱部位，并采用鉸鏈關節鉸鏈穿鋼板錨固，使鋼板與鋼筋混凝土結構不可分割的目的為了達到提高結構的承載力和耐久性。該方法具有不改變原結構尺寸、對交通流量小、可靠技術、短期強化和成熟技術等優點。但由于鋼過程中機械應力滯后，因為橋鋼筋通常沒有卸貨，進行原始結構存在一定的壓力，只和錨固鋼生產后才加載壓力，所以當鋼板鋼筋屈服的原始結構往往不屈服，當鋼產量的梁的撓度和裂縫發展迅速。

3.2 體外預應力加固法

體外預應力加固法克服了采用其它方法（如粘貼鋼板加固法）加固時普遍存在的應力滯后的缺點，保證了新舊材料與結構整體協同工作。采用該法對鉸縫進行維修加固，同樣存在一定缺陷，如采用體外預應力法加固改變了裝配式空心板梁橋結構的受力體系-鉸接變剛接，橫向彎矩將大大增加，橫向彎矩的增加將導致板梁原有底板縱向裂縫的加劇和新縱向裂縫的出現。

3.3 強化橋梁加固和鉸接接頭的加固方法

橋梁橋面加固的加固方法主要適用于板梁橋與鉸鏈節點的失效，甚至是“單板受力”的失效。橋面加固方法需要先切割鋪面層。清理鉸鏈節點，重新排列鋼網，然后在空心板梁上安裝鋼筋，最后一次澆混凝土和橋混凝土。該方法可提高鉸鏈接頭的實際性能。對板梁橋荷載的橫向分布進行了改進，加強了板梁橋的整體受力，但工期長，對交通有很大的影響。

4 結語

板梁間的鉸縫是直接影響橋面系的整體受力性能的重要結合部，鉸縫承擔著板梁間傳遞內力并約束位移的關鍵作用，也就是說，一旦鉸縫的聯系作用被削弱，將使實際受力情況脫離原來假設的板梁整體受力體系，使板梁問受力分配更不均勻，反過來進一步加大了鉸縫的內力，加速了鉸縫的進一步破壞，而鉸縫破壞病害在裝配式空心板梁橋中十分普遍且典型。因此，在鉸縫設計過程中應考慮到鉸縫承受的彎、拉、剪復合力的作用；施工時嚴格控制施工質量，注重新老混凝土的粘結；在養護過程中要針對具體破壞形式進行維修加固，使空心板梁橋鉸縫真正具有較強的抗拉、抗剪和抗變形能力，確保橋梁安全。

參考文獻

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