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铰缝破坏机理及对空心板桥受力影响研究

摘要：针对预制装配施工空心板出现单板受力的不利现象，通过分析空心板铰缝的破坏原因及发展情况，对铰缝的破坏机理进行了研究，再由实桥建模模拟分析了铰缝破坏对空心板桥受力性能的影响，进而提出了空心板铰缝破坏的一些防治措施。关键词：铰缝，破坏机理，空心板桥，单板受力，防治措施1引言空心板因其自重轻、结构性能好、施工方便、可大批量工厂化集中预制等诸多有利因素而被广泛使用。随着交通运输业的迅猛发展，由于公路交通量急剧增加，车辆的行驶速度和车辆轴重的增长，同时因自然环境的影响、某些局部设计不合理、施工工艺条件限制等原因，致使预制空心板桥梁的铰缝处有着不同程度的损坏，出现纵向裂缝,有的还较严重，形成了“单板受力”的状况。“单板受力”现象严重削弱了桥梁上部结构的整体作用,大大降低了桥涵的整体承载能力，使得上部主要承重构件处于非常不利的受力状态，极端情况下还发生过断板事件，降低了上部结构的耐久性，同时给行车安全留下了很多隐患。针对这种情况，结合西南某公路改建工程中空心板桥加固方案研究，本文将研究铰缝破坏机理及其破坏对空心板桥受力性能的影响，并提出防治铰缝破坏的一些措施。2铰缝工作原理各板横向之间通过现浇的企口混凝土铰接和焊接钢板联结，借此将各板梁横向连成整体，使作用于行车道板上的局部荷载分配给各板梁来共同参与承受，这样就能显著的减小单根板梁受力，达到防止局部受力过大的目的。装配式简支板桥板梁间横向联结常用的方法有企口混凝土铰联结和钢板焊接联接二种方式。由于钢板焊接联接施工复杂，且焊接点在车辆动载作用下，质量难以保证，故很少采用。而常用的企口式混凝土铰其型式有圆形、棱形、漏斗形等三种，见图1。图1铰缝形式3铰缝产生破坏的原因分析从目前发生的状况看，铰缝产生破坏的原因是多方面的，也不乏综合因素的影响。根据其破坏的特点及导致破坏的可能因素做以下概略分析。3.1公路自身特点因素高等级公路特别是高速公路行车道的划分，使行驶车辆行驶轨迹具有规律性，因此行车道上的板梁承受重复荷载的几率大大增加，在车辆荷载反复作用下导致某些预制板铰缝疲劳破坏。3.2运输方面因素正常使用下桥梁的承载能力是由其设计荷载标准确定的。随着时间的推移和社会的发展，车辆总重和轴重日趋增大，轴数也日渐增多，特别是近年来大型集装箱运输的发展，公路运输对桥梁的要求也越来越高。从现实的交通结构情况看，实际行驶的车辆中，一些重车、大型车辆的载重往往超过桥梁承载能力，虽然近年来加大了超限运输的治理力度，超重车辆上路仍时有发生，导致构造物破坏。3.3设计方面因素⑴构造物上部的梁板设计中，采用的铰缝结构尺寸，断面变化较小，板间横向联结薄弱，较难使铰缝与预制板牢固结合，在横向不能形成较强的联结。⑵桥面铺装因素。在设计中，有时存在由于设置桥面超高或预制板设置预拱度不合适等原因造成某些局部铺装厚度不够；另一方面，铺装钢筋直径较小、间距设置较大等情况，降低了铺装层的整体化作用、与梁体的协同作用减小、整体刚度降低。⑶结构计算中，结构受力假设与实际不符，结构安全系数不够；结构设计阶段，对施工中出现的可能性考虑不周密。3.4施工方面因素⑴材料不符合要求。设计铰缝混凝土应不低于C30。但从某些现场破坏情况看，铰缝混凝土呈粉碎状，经检测混凝土标号未达到设计要求，振捣不密实。另外，钢筋绑扎不合要求，施工时对板梁的横向联结没有引起足够重视。⑵施工时对混凝土铺装层内的钢筋网位置控制不准、预制板铰缝及顶面凿毛不到位。施工完成后，部分钢筋网位于铺装层与板梁间，形成一道夹层，钢筋网未达到使用效果，混凝土铺装层及铰缝与预制行车道板粘结不牢固情况严重，导致铰缝损坏。3.5自然灾害与突发事件的影响由于地震、爆炸、山体滑坡、车船撞击等致使下部基础产生不均匀沉降，使上部结构中产生附加应力，超出结构的承载能力，导致横向联接或板件破坏。4铰缝破坏对结构受力性能的影响铰缝破坏后，对于桥梁的横向连接将产生直接的影响。横向联结一旦开始失效之后，活载对结构的影响将越来越大，最后将演变成为完全的单板受力。单板受力状况出现后，预制板的承载能力将大大降低。而其中最直观的变化就是挠度的变化。位于西南某省的一座桥，其上部结构为空心板，下部结构为双柱式墩台，设计荷载汽车-20级，挂-100级，桥跨组合2-16.0米，桥梁全长38米，桥面净宽10.5米。该桥存在比较严重的铰缝脱落现象，部分空心板受损，现通过对该桥建模进行模拟分析：板的形式及全桥理论模型如图2、图3所示：图2中板及边板形式图3理论模型图由于绞缝破坏的位置不同对各块板的影响效果也不相同，通过建模分析在不同位置的铰缝破坏后，对其它板的影响，选取跨中截面挠度、弯矩数值见表1、表2及图4和图5：表1铰缝破坏位置及各板最大挠度

图4铰缝完好与完全破坏时挠度跨中横向挠度对比