一種新型橋面連續縫的設計與應用

李洞明

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 概述

目前隨著經濟飛速發展和環保要求的提高，橋梁裝配法施工已經成為趨勢。其中預制簡支梁結構構造簡單、施工方便、安全可靠、造價低，是一種適用性很廣的橋梁結構形式。但是由于傳統橋面連續縫安全性、耐久性差，常發生開裂、滲水等病害，限制了預制簡支梁結構的使用，因此解決橋面連續縫的開裂、滲水病害將帶來巨大的社會和經濟效益。通過對橋面連續縫受力狀況分析，設計了一種新型橋面連續縫，其安全可靠、造價低、構造簡單、便于施工、適用性廣，并且經實際工程檢驗，使用效果好。

2 傳統橋面連續縫構造

傳統橋面連續縫構造常采用剛接板，其構造為梁端縫內塞入聚乙烯泡沫板，其上覆蓋橡膠墊片（寬度約600 mm），隔離混凝土鋪裝與主梁，并在梁端縫兩側一定范圍的鋼筋混凝土鋪裝中增設縱向加強鋼筋（見圖1）。傳統橋面連續縫設計時對其受力認識不夠充分，對其未進行專門的計算分析，混凝土鋪裝的配筋、厚度、隔離段長度按經驗設計，留下了安全隱患。

3 橋面連續縫受力狀況分析[1]

橋面連續縫為嵌固于主梁的固端梁，跨徑為橡膠墊片的寬度，受力模式如圖2所示。影響橋面連續縫的主要因素有梁端縫處車輪局部荷載、梁端轉角引起的梁端縫張開、主梁撓曲引起的梁體縱向位移、整體升降溫、日照溫差、汽車制動力、混凝土收縮徐變、支座不均勻壓縮和沉降。

圖1 傳統橋面連續縫構造

圖2 橋面連續縫受力圖示

（1）車輪局部荷載。梁端縫處橋面連續縫受車輪反復沖擊，連續縫易損壞，且由于施工原因，端縫尺寸常常與設計尺寸偏差較大，加劇了連續縫的損壞。

（2）梁端轉角。在二期恒載、活載、溫度和收縮徐變等荷載作用下，梁端產生轉角，端縫頂部張開，并且主梁端部上角點向上頂起，在連續縫中產生較大拉力，并產生彎矩和局部壓應力。

（3）主梁撓曲。在外荷載作用下，主梁產生撓曲，導致主梁梁長縮短，在連續縫中產生拉力。

（4）整體升降溫和制動力。在整體升降溫和制動力作用下，連續縫中產生拉力和壓力。

（5）支座不均勻壓縮和沉降。在支座不均勻壓縮和沉降的作用下，連續縫中產生彎矩和局部壓應力。

（6）收縮徐變。在收縮徐變的作用下，連續縫受拉彎。

根據對連續縫損壞情況的調查，車路局部沖擊荷載和梁端轉角是連續縫損壞的主要因素。在梁端轉角作用下，連續縫的軸向剛度決定了連續縫中拉力大小，連續縫剛度大則拉力大，連續縫剛度小則拉力小，故應根據計算確定連續縫的長度。

4 新型橋面連續縫的結構設計

根據橋面連續縫的受力特點，采取針對性的措施：梁端縫上覆蓋鋼板，鋼板與連續縫混凝土結合，形成鋼混凝土組合結構，承受車輪局部沖擊，并且鋼板承受梁端上角點處局部壓應力；梁端局部區域連續縫與梁體隔離，按控制裂縫寬度的原則，經計算確定隔離范圍；連續縫與主梁之間設置軟墊層（橡膠片），以削弱甚至消除梁端上頂的影響；在連續縫內設置加強鋼筋，以承受拉力；此外在梁端縫內設置膨脹型止水橡膠圓條，防止滲水。

新型橋面連續縫的構造由三大部分構成：第一部分在梁端縫內塞入橫向通長膨脹型止水橡膠圓條，塞入距梁頂0.1 m，用雙組分聚硫密封膠把縫內橡膠圓條以上部分剩余空隙填滿，其中要求圓條直徑要比預留縫寬，圓條內反向插入M8六角頭螺栓，螺母朝上；第二部分在梁頂面用M10水泥砂漿找平，再用樹脂膠將2～3 mm厚橡膠片粘鋪上，其中心與縫中心對齊；在橡膠片上壓鍍鋅鋼板，橫向并列通長布滿，安裝時鋼板預留孔對應穿入預埋螺栓，擰緊螺母固定鋼板；第三部分在連續縫混凝土鋪裝內設置加強鋼筋。具體構造如圖3所示。

該新型橋面連續縫構造通過在梁端縫處安裝鋼板及加強鋼筋，比傳統連續縫強度和剛度大，減少因車輪碾壓導致連續縫開裂，避免梁端上角點處連續縫局部承壓碎裂，從而減少橋面水滲入連續縫內；通過擰緊螺栓，壓緊梁頂橡膠片、擠密密封膠，防水性比傳統連續縫要好，當因密封膠老化后小部分水穿透時，橡膠圓條遇水膨脹，防止水穿過。合理控制隔離范圍，將梁端轉動產生的水平位移均勻分布在隔離范圍的連續縫上，裂縫寬度滿足規范要求。通過以上措施，連續縫能有效防水抗裂且更耐久，構造所需材料均為市場常見建材，無須特制，安裝簡單，施工方便。

圖3 新型橋面連續縫構造

5 新型橋面連續縫的應用

此新型連續縫在上海度假區高架中首先使用，經四年多運營，使用情況良好，未發現瀝青路面開裂和滲水。目前在建的上海S7公路和龍東大道高架工程中也采用此新型連續縫。

此新型連續縫設計關鍵為確定連續縫的長度，以龍東大道高架工程為例，簡述連續縫長度的計算。龍東大道高架工程標準段橋梁結構為30 m簡支小箱梁，橋面連續，2～5跨一聯，下部結構為平頭蓋梁。

5.1 計算模型

采用橋梁博士有限元計算程序，選取2×30 m簡支小箱梁（橋面連續）結構進行分析。小箱梁采用梁單元模擬；考慮到連續縫為鋼筋混凝土構件，在拉力作用下開裂，故僅考慮連續縫中縱向鋼筋的作用，采用梁單元模擬，面積為縱向鋼筋面積。由于結構縱向對稱，故縱橋向選取半結構。連續縫中縱向鋼筋取1/2連續縫長度，在梁端處采用固端約束條件，在另一端采用剛性連接于小箱梁頂，通過計算得到鋼筋應變、鋼筋應力，從而計算出連續縫的裂縫寬度。模型如圖4、圖5所示。

圖4 有限元分析模型示意（一）

圖5 有限元分析模型示意（二）

5.2 荷載

模型計算考慮了恒載、活載、溫度梯度和沉降等荷載作用。整體升降溫、制動力在連續縫中的效應經單獨計算后，與有限元模型計算結果組合。

5.3 計算結果

經試算，連續縫長度取2 m，縱向鋼筋直徑為18 mm、間距為100 mm時，在荷載最不利頻遇組合作用下，鋼筋應力為166 MPa。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018），裂縫寬度為 0.151 mm，滿足規范要求[2]。

6 結語

對橋面連續縫受力狀況進行了詳細分析后，針對其受力特點和病害，設計了新型防水抗裂連續縫。經實際工程檢驗，使用狀況良好，能有效防水抗裂且更耐久，所需材料均為市場常見建材，無須特制，安裝簡單，施工方便。