我國(guó)裝配式空心板橋鉸縫改進(jìn)情況

董鑫

摘 要：中國(guó)的橋梁發(fā)展歷史悠久，隨著橋梁形式的不斷創(chuàng)新，裝配式空心板橋迅速發(fā)展起來(lái)。從淺、中、深鉸縫的形式深入介紹鉸縫面臨的問題，以及鉸縫的改進(jìn)研究情況。鉸縫的鋼筋、填充材料與形式改進(jìn)研究充分表明在提高鉸縫的抗剪性能方面取得到了顯著的效果。

關(guān)鍵詞：空心板橋；鉸縫；鋼筋；填充材料；形式

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）31-0106-02

引言

裝配式空心板橋是我國(guó)橋梁工程中常用的橋型，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少、施工速度快、造價(jià)較低。對(duì)于這種類型的板梁上部結(jié)構(gòu)整體受力性能，鉸縫起到至關(guān)重要的作用。伴隨著裝配式空心板橋在我國(guó)大量的建造，其鉸縫的問題也隨之凸顯出來(lái)。我國(guó)學(xué)者主要從鉸縫的形式、填充材料以及鉸縫與空心板的連接進(jìn)行研究，不斷創(chuàng)新，使鉸縫與空心板更好地共同工作，保證板梁的整體性能。

1 我國(guó)鉸縫的主要形式及其問題

截至2013年年底， 中國(guó)橋梁總數(shù)排名世界第一，總數(shù)量達(dá)八十六萬(wàn)座已經(jīng)超越美國(guó)的六十一萬(wàn)座，預(yù)計(jì)到2025年將突破一百萬(wàn)座。將來(lái)橋梁建設(shè)方向?qū)⒅鸩较蛭覈?guó)及歐亞的跨海通道、深山峽谷發(fā)展，同時(shí)由于橋梁服役年限增加和交通路的劇增，安全事故日益增多[1]。鋼筋混凝土空心板橋由于其抗壓性和抗拉性都很好，在公路橋梁中大約占到了70%以上[2]。

通過(guò)大量的實(shí)際工程調(diào)研，根據(jù)鉸縫高度與預(yù)制混凝土空心板高度之比的差異，將漏斗型鉸縫劃分為淺鉸縫、中鉸縫與深鉸縫三種[1]。如圖1所示，在淺企口內(nèi)添補(bǔ)混凝土構(gòu)成鉸縫，通過(guò)該鉸縫傳遞剪力將各板協(xié)同成整體，使各塊板均勻受力。中鉸縫通過(guò)加深鉸縫深度，結(jié)構(gòu)傳力機(jī)理相同。深鉸縫的企口高度最深。二十世紀(jì)末為保證縫內(nèi)混凝土的振搗質(zhì)量，防止混凝土出現(xiàn)過(guò)振和漏振，深鉸縫構(gòu)造形式開始得到推廣使用。

裝配式橋梁施工主要采用的是梁廠預(yù)制多片空心板，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)拼接而成，然后澆筑鋪裝層等后續(xù)工程。改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，隨著車輛的增多，在車輛荷載作用下，某一根板梁受到車輪作用，并將單獨(dú)承受全部輪重，即形成了“單板受力”狀態(tài)。單板受力狀態(tài)的形成，預(yù)制空心板的承載力大大降低，撓度增大，這就意味著在正常荷載作用下預(yù)制空心板超出了極限狀態(tài)，正彎矩處將產(chǎn)生裂縫。該類橋最先發(fā)生開裂的部位是縱梁與橫向接縫結(jié)合面，橫向接縫破壞先于縱梁。影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性的因素很多，其中主要有：（1）施工材料問題，比如水泥質(zhì)量，砂礫不均勻等；（2）設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)橋梁承載力不足，導(dǎo)致無(wú)法滿足實(shí)際運(yùn)行要求；（3）自然條件下，混凝土被化學(xué)腐蝕、空氣碳化、以及低溫凍脹等破壞；（4）施工不當(dāng)，從而造成結(jié)構(gòu)受損；（5）使用功能的改變；（6）自然及人為災(zāi)害，諸如火災(zāi)、地震、爆炸等。

2 鉸縫改進(jìn)研究情況

2.1 鉸縫鋼筋改進(jìn)

由于預(yù)制空心板橋最早開裂的位置是鉸縫與空心板的結(jié)合面，鉸縫里的鋼筋與空心板里的鋼筋的連接成為重中之重。圖2為目前鉸縫鋼筋較常布置的形式，板梁梁頂和梁底預(yù)留鋼筋錨固在鉸縫內(nèi)，以及在鉸縫內(nèi)布置交叉斜受拉鋼筋，增強(qiáng)了鉸縫與板梁之間的連接。

吳慶雄、陳寶春等[3]設(shè)計(jì)出一種帶延伸鋼筋的鉸縫構(gòu)造，相鄰兩塊預(yù)制空心板1之間澆筑有鉸縫2，在預(yù)制空心板1時(shí)，預(yù)先布置有預(yù)埋鋼筋4，預(yù)埋鋼筋4與布置在鉸縫2內(nèi)的延伸鋼筋5連接，在鉸縫中布置鋼筋6與延伸鋼筋5連在一起。預(yù)埋鋼筋4與延伸鋼筋5的連接既提高空心板與鉸縫結(jié)合面強(qiáng)度，以及鉸縫構(gòu)造的抗剪強(qiáng)度，且使得空心板、鉸縫與鋪裝層之間的整體性得到加強(qiáng)，如圖3所示。

陳記豪等[4]設(shè)計(jì)一種混凝土空心板鉸縫鋼筋結(jié)構(gòu)，左右空心板1包含空心板箍筋2與空心板縱筋5，鉸縫抗拉鋼筋4將鉸縫銷接鋼筋3和空心板縱筋5連接一起，并在鉸縫中配置縱向鋼筋6，提高了鉸縫與空心板接觸面的抗剪切和抗彎能力，如圖4所示。

陳寶春等[5]設(shè)計(jì)一種帶開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造，左右空心板預(yù)埋有鋼板3，開孔鋼板4焊接在預(yù)埋鋼板3上，鉸縫2中還布置交叉鋼筋5與縱向鋼筋6。此設(shè)計(jì)能夠有效地防止裂縫擴(kuò)展，提高鉸縫的抗剪能力，同時(shí)也克服了結(jié)合面鋼筋鑿出困難、受力不明確的缺點(diǎn)，如圖5所示。

2.2 鉸縫填充材料

混凝土施工過(guò)程的物理、化學(xué)作用引起的裂縫也將導(dǎo)致鉸縫的損壞，因此在選擇鉸縫填充材料方面要考慮：水泥的水化作用、堿骨料反應(yīng)、混凝土的干縮效應(yīng)，氣溫變化等。從最初的普通混凝土，到高性能混凝土、自密實(shí)混凝土等都應(yīng)用到鉸縫里。

郭保林、徐利田等[6]設(shè)計(jì)了裝配式預(yù)應(yīng)力空心板鉸縫填筑方法，該方法包括以下步驟：鉸縫的底部空隙用釘型塞條封閉；鉸縫中部用微膨脹混凝土填筑；鉸縫頂部用瀝青膠泥填筑；當(dāng)頂部瀝青膠泥達(dá)到設(shè)計(jì)性能，澆筑頂面鋪裝層。鉸縫中部的微膨脹混凝土保證了鉸縫內(nèi)的密實(shí)，以及鉸縫過(guò)早失效滲水的問題。

陳岳飛等[7]設(shè)計(jì)一種空心板梁橋鉸縫結(jié)構(gòu)，在鉸縫的下半部填筑環(huán)氧樹脂，在鉸縫的上半部填筑環(huán)氧混凝土。鉸縫采用環(huán)氧樹脂和環(huán)氧混凝土填充，受拉和受壓性能好，不易開裂。

2.3 鉸縫形式改進(jìn)

我國(guó)鉸縫的主要形式是淺鉸縫、中鉸縫與深鉸縫，應(yīng)用較為廣泛的是深鉸縫。我國(guó)學(xué)者在此基礎(chǔ)上，又對(duì)鉸縫做了一些改進(jìn)。

袁愛民、朱曉文等[8]設(shè)計(jì)一種匹配預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)，由板梁結(jié)構(gòu)的頂板1、腹板2以及底板3采用混凝土澆筑而成，腹板外表面通過(guò)匹配預(yù)制的方式布置剪力鍵4，用剪力鍵4代替鉸縫設(shè)計(jì)，解決了在狹小的鉸縫中進(jìn)行配筋，以及混凝土難以振搗密實(shí)的缺點(diǎn)，如圖6所示。

薛興偉、包龍生等[9]設(shè)計(jì)一種新型空心板鉸縫結(jié)構(gòu)及其施工方法，該設(shè)計(jì)就是將應(yīng)用廣泛的深鉸縫的寬度加大，鉸縫內(nèi)布置有縱向鋼筋和箍筋。新型鉸縫便于混凝土的振搗，可有效的保證施工質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)鉸縫開裂和失效的病害隱患，如圖7所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)交通日益嚴(yán)重，裝配式空心板梁橋在運(yùn)營(yíng)中，鉸縫問題也顯現(xiàn)出來(lái)。怎樣更好地使鉸縫與梁板共同工作，中國(guó)的學(xué)者從鉸縫的鋼筋，填充材料以及鉸縫的形式進(jìn)行研究，方法都得到良好的效果。由此可以看出，大多學(xué)者研究最多的是鉸縫的鋼筋，鋼筋的連接在使相鄰空心板共同更好地工作在一起中起重要作用。從鉸縫的鋼筋，填充材料以及鉸縫的形式共同研究，使三方面共同創(chuàng)新，能夠提高空心板與鉸縫結(jié)合面強(qiáng)度，以及鉸縫構(gòu)造的抗剪強(qiáng)度，且使得空心板、鉸縫與鋪裝層之間的整體性得到加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張喜剛，劉高，馬軍海，等.中國(guó)橋梁技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].科學(xué)通報(bào)，2016，61（Z1）：415-425.

[2]張亮亮.預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋梁加固技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[3]吳慶雄，陳寶春，等.一種帶延伸鋼筋的鉸縫構(gòu)造及其施工方法[P].中國(guó)專利：CN103628404A，2014-03-12.

[4]陳記豪，朱倩，等.一種混凝土空心板橋鉸縫鋼筋構(gòu)造[P].中國(guó)專利：CN105648899B，2017-09-05.

[5]陳寶春，等.一種帶開孔鋼板的鉸縫連接構(gòu)造及其施工方法[P].中國(guó)專利：CN103541301A，2014-01-29.

[6]郭保林，徐利田，等.裝配式預(yù)應(yīng)力空心梁板鉸縫填筑方法[P].中國(guó)專利：CN103147395A，2013-06-12.

[7]陳岳飛，等.一種空心板梁橋鉸縫結(jié)構(gòu)[P].中國(guó)專利：CN205329545U，2016-06-22.

[8]袁愛民，朱曉文，等.匹配預(yù)制混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)[P].中國(guó)專利：CN101769042A，2010-07-07.

[9]薛興偉，包龍生，等.一種新型空心板鉸縫結(jié)構(gòu)及其施工方法[P].中國(guó)專利：CN104674660A，2015-06-03.endprint