預制裝配式空心板梁橋橫向連接方式的比較

邱名坤

摘要：由于裝配式預應力混凝土空心板梁橋擁有非常多的優點，因此在我國的橋梁建設當中得到了廣泛的使用。但是在實際的使用當中，經常會出現鉸縫破壞的現象，使得空心板梁在實際工程中的所受到力與設計時分析受力存在一定偏差。本文通過比對幾種國際上普遍使用的裝配式空心板橫向連接形式，對空心板橫向變形的影響等問題展開了分析。

關鍵詞：裝配式空心板;鉸縫破壞;橫向連接;比較

前言：與同類型的混凝土結構相比，裝配式空心板梁橋具有以下優點：建筑高度低、施工效率快、更適合規模標準化等。裝配式預應力混凝土空心板梁橋在世界范圍內的橋梁施工當中都占有一定的地位。伴隨著橋梁需要承載的交通量與承載量的不斷增加，有部分地區的橋梁在使用過程當中發生了預制板之間的鉸縫破壞的狀況，甚至還有“單板受力”的情況存在，讓空心板梁橋的承載能力受到了非常大的影響。

通常狀況下的設計都會使用對鉸縫進行擴大或者在鉸縫中添加構造鋼筋的方式來提升橫向連接的穩定。但是上述方法并沒有從本質上解決鉸縫的橫向受力問題。并且考慮到混凝土的收縮徐變、新混凝土與老混凝土的粘結等問題，上述方法就不能夠保證鉸縫不會出現破壞情況。目前國內外的大量的工作人員都對這個問題展開了研究，并取得了一些成績。

一、空心板梁橫向連接方式的類型

空心板梁橋之所以使用橫向連接就是為了能夠保證結構更具整體性，有利于活載的橫向分布，國內外目前主要使用的橫向連接方式有以下幾種：

1、通過鉸縫連接

這種連接方式，是在國內最為普遍應用的空心板橫向連接方式（如圖1所示）。圖1所展現的是非常經典的國內使用的空心板梁橋橫向連接方式，每個預制板都是經過“大鉸縫”來進行相互連接的[1] 。在進行設計時，一般都會把鉸縫比作理想的鉸，使用“鉸接板法”對整個空心板的荷載的橫向分布展開計算，并且分析出鉸縫的受力。

因為鉸縫傳力機理的不明確，同時有新老混凝土粘結等問題的影響，一般狀況下也只能夠在構造上確保鉸縫的可靠性。就算是在鉸縫中增加了一些普通鋼筋，也不一定會加強鉸縫中的混凝土的承受能力，鉸縫還是可以在新老混凝土的粘結處產生破壞，降低可靠性。

2、現澆混凝土連接

使用這種連接方式，主要是使用增加板頂現澆混凝土的用量，來增強橫向連接。以國外的使用為例，加拿大就規定在使用現澆混凝土連接工藝時，要保證空心板梁的橋面的鋪裝層的厚度要達到15厘米[2] 。此外，還有一些其他類型的現澆組合式空心板在英國被使用過（如圖2所示），這種類型的空心板梁的橫向整體性相對不錯，但是現澆混凝土的使用量較多。

3、通過橫隔板連接

這種連接形式于出現在21世紀10年代，國內某院在針對預制T形梁及預制組合小箱梁使用狀況調查后發現，通過濕接縫及橫隔板連接的梁板，在活載作用下，其各梁板分配接近目前采用的橫向分布系數的理論分析，且連接方式（濕接縫+橫隔板）優于同樣跨徑的空心板結構.所以，為加強空心板可靠性及耐久性，可適當加大空心板結構尺寸，板間采用濕接縫及橫隔板連接使橋面形成整體（如圖3所示），該方法被適用于跨徑在13m～20m的梁橋中，因為采用了橫隔板設置，相鄰主梁之間可視為剛性連接，即接縫傳遞剪力跟彎矩，橫向分布系數的計算可采用“剛接板法”進行。但由于國內各地區設計習慣受限，這種連接技術并未受到完全普及。

通過對上述四種橫向連接的方式進行對比可以看出，不管是運用組合式還是運用橫向普通鋼筋、橫隔板方式來完成橫向連接，國內外的空心板梁橋的橫向設計水平都已經開始考慮如何進行結構設計，而不是僅僅停留在對結構的形式上進行橫向連接。雖然這些方法的施工費用更高、施工手段更加復雜，但是從大體上來看，這些連接方式能夠保證橫向連接更加穩定，質量更高，只用壽命也更加長遠，并且也節省了非常多由于修補鉸縫破壞而產生的費用。

二、空心板梁力學性能對比分析

1、模擬對象

本例將一座跨徑：18.5m、橋寬：26.0m、主梁使用C40混凝土的空心板橋（采用橫隔板連接）作為研究對象。使用軟件對其使用橫隔板傳力的空心板橋的各項數值進行模擬，并使用實體單元的模擬方式對主梁與橫隔板進行模擬。并且，可以將橫向整體的空心板默認為是一整塊的板。

在進行橫向分布的研究時，通過在預制板的跨中施加單位力，從而找出橫向影響線，在經過這個影響線來確認橫向分布的系數（如圖4所示，是2號梁受到單位力時的狀況）。

2、橫向分布的研究

假設橋面鋪裝不會對檢測產生影響，不斷的增加橫隔板的數量，橫向分布影響線會逐漸趨于平坦[3] 。這也就表示，空心板的整體性變得更好。并且，在使用橫向連接方法與“剛接板法”的連接方法時，二者的橫向分布影響線基本重合，但是與橫向整體的空心板有著較大的差異。對2號、4號、7號梁進行分析之后，分別對其跨中橫向分布系數進行計算，并且與其他連接方式的計算結果相比較（如圖5所示）可以發現，橫隔板數量增多，會導致各個板的橫向分布系數不斷變小。如果橫隔板的數量是三道，那么得到的系數就會更加接近“剛接板法”的系數。同時，如果使用鉸縫連接的空心板橋發生“單板受力的現象”那么其橫向分布的系數會突然增加，活載效應也會急劇擴大。如果在有沖擊力的作用下，這樣的擴大效應則會體現的更加明顯。也就是說，因為鉸縫可靠性低而造成的“單板受力”會對整個橋梁本身的承受能力造成不小的影響。

3、可靠性研究

對于正截面的應力驗算，通過圖6可以得知，施加有效預加力能夠使橫隔板在荷載汽車的情況下，保證正截面壓力都滿足。

4、結論

第一，在使用橫隔板的橫向連接方式時，空心板橋每個板的橫向分布系數會隨著橫隔板數量的增加而減小，但是減小的幅度不大。可以使用“剛接板法”的計算方法來進行計算;第二，預制板撓度受到橫隔板的數量的影響微乎其微，如果保證活載作用相同，那么使用橫向連接方法與使用剛接連接方法的空心板梁的變形程度基本一致。橫向整體的空心板橋的變形與每個預制板之間的變形差異不大。由此可以得出，使用這種方法進行連接，能夠最好的保證空心板的整體性;第三，在活載作用下，橫隔板數量的增加會使橫隔板中的應力變小，但是變化的幅度不大;第四，使用橫隔板的橫向連接方式時，受到的橫向預加力一般都儲存在橫隔板當中，如果是施加的預加力始終，能夠進一步提升橫隔板的可靠性。

結語：綜上所述，各個國家主要是通過加強橫向連接構件的可靠性來保證空心板橋橫向連接的穩定。通過提升空心板的橫向連接的可靠程度，能夠使空心板橋的安全性與穩定性有明顯的提升。

參考文獻：

[1] 魏明光，李國平.預制裝配式空心板梁橋橫向連接方式的比較[J].結構工程師，2012，28（05）：25-30.

[2] 張宏陽.裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測方法研究[D].鄭州大學，2017.

[3] 劉晨光.預制空心板體系梁橋橫向接縫設計方法研究[D].哈爾濱工業大學，2012.

（作者單位：海南省交通規劃勘察設計研究院）