桥梁空心板铰缝失效分析与防治

1、Bridge and Culvert Engineering桥涵工程文章编号:167324874(200907200642004桥梁空心板铰缝失效分析与防治梁萍(广西交通科学研究院,广西南宁530007摘要:随着交通的快速发展,大型载重车的数量在逐年增加,造成桥面铰缝过早损坏,缩短桥面的使用寿命。文章以空心板桥梁铰缝失效为例,分析了公路桥梁铰缝失效的原因及危害性,提出了相应的防治措施,并着重就铰缝的优化设计进行了探讨。关键词:桥梁;铰缝;单板受力;铺装;传力杆;粘结力中图分类号:U44514文献标识码:AThe Analysis a nd Preventio n the Da ma ge of

2、 the Hinge J oint ofBridge Hollowcore Sl a bLI ANG Ping(G uangxi Re search Institute of T ransport ation Science,Nanning,G uangxi,530007Abstra ct:With the rapid development of tra nsport ation industry,the number oflarge size lo a d2c a rrying vehicle is incre a sing ye ar by ye ar.This incre a sing

3、c a use s the da ma ge of deck hinge joint,which shorten the life of the deck.Ta k2ing the broken of hinge joint in hollowcore sla b a s exa mple,the a rticle a nalyze sthe re a son a nd the da nger.It also propo se s some counterme a sure a nd discus2se s the optimize d de sign for hinge joint.K ey

4、 Words:Deck;Hinge joint;Pre ssure o n single2deck;Pa vement;Dowel steel;Cohe sive force0概况20m以下跨径桥梁多采用预制铰接空心板结构,空心板间通过铰缝传递剪力来实现荷载横向分布。铰缝及桥面铺装的横向联结作用,使多片空心板能作为一个整体来共同承担外荷载。从目前调查的情况来看,桥梁空心板铰缝及铺装开裂导致传荷失效的情况比较严重,大大削弱了上构空心板的整体受力,导致单片梁板受荷增大而损坏,严重影响梁萍 结构安全运营。一直以来,铰缝问题没有引起广大技术人员的足够重视,致使许多桥梁因此而早早损坏,造成了很大的损失。

5、1铰缝失效成因(1铰缝受剪截面小 无铰缝 小铰缝图1无铰缝和小铰缝连接示意图空心板通过铰缝传递剪力,形成空间整体受力结构。如果铰缝受剪截面过小,则会因抗剪强度不足而破坏。上图列出两种铰缝型式,这两种铰缝的受剪截面均较小。无铰缝连接依靠桥面铺装来传递剪力;小铰缝连接的铰缝承担小部分剪力,大部分剪力由桥面铺装来承担。桥面铺装层厚度一般为812cm ,抗剪能力较弱,虽然铰缝处铺装层内一般都设有板顶预埋钢筋搭接,但砼截面过小还是容易开裂。(2铰缝新旧混凝土粘结不良铰缝砼与预制空心板间的联结为新旧砼结合问题,需解决好粘结力问题。近年来,钢模板在桥梁混凝土施工中普遍采用,浇筑成型的梁板表面光滑如镜。如果直

6、接在这种光滑的砼壁面上浇筑铰缝砼,将可能会因为新旧砼粘结不良而导致铰缝砼剥离、脱落,从而使铰缝传荷失效。(3铰缝砼浇筑不密实铰缝一般都比较狭窄,带,易导致铰缝开裂。目前汽车超载现象相当普遍,导致许多桥梁早早损坏。据了解,为了经济利益,许多限定载重量为10t 的卡车都装到20t ,矿区超载更严重,10t 的卡车甚至装到40t 、50t 。超载使汽车轴重大幅增加,梁板间需传递的剪力也跟着大幅增加,铰缝及铺装会因无法承受如此大而频繁的剪切作用而破坏。2铰缝失效过程空心板铰缝失效有个过程,一般先是铰缝微裂缝扩展,逐渐形成通缝,通缝引导桥面铺装开裂,接着裂缝沿铰缝纵向扩展。裂缝的出现不等于铰缝传荷马上失

7、效,因为裂缝断裂面上集料的啮合作用还可以传递剪力,随着荷载的继续作用,裂缝逐渐张开变宽,裂缝断裂面发生磨擦,断裂面的粗糙表面逐渐被磨平,雨水渗入带着磨出的细粉末,沿着铰缝裂缝流下。雨水里往往含有腐蚀性物质(如碳酸等,更加剧了断裂面的磨蚀(伴有化学反应,我们经常看到的空心板下缘铰缝处流出的白色物质就是这些被磨出的粉末。从裂缝的出现到无法传递剪力,是铰缝传荷开始失效到完全失效的一个过程,这个过程短则一年,长则几年或更长。如果因为新旧砼粘结不良而导致铰缝砼脱落,则铰缝的失效过程更快。Bridge and Culvert Engineering桥涵工程3铰缝失效后果设置铰缝的目的是为了横向传递剪力,以

8、形成荷载的横向分布,减小单片梁板受力,并使多片梁板结构成为一个整体。如果铰缝失效,则导致上构单板受力,明显增加单片梁板的受力,从而易引起上构梁板的损坏,大大缩短桥梁使用寿命,所以空心板铰缝的失效问题必须予以足够重视。为了比较铰缝失效前后单片板所受荷载变化情况,我们以常见的二级公路16m 跨简支空心板桥梁作为典型例子来分析。以下列出815m 和12m 两种桥宽的荷载横向分布系数计算结果。 (815m 桥宽 (12m 桥宽图2荷载横向分布计算结果示意图从计算结果知道,12m 桥宽边板的汽车荷载横向分布系数最大,为m c =01318,上构设计时所有空心板一般均取这个最大系数进行设计。如果铰缝失效,

9、形成单板受力,当一个车轴重的一侧车轮作用在板上,板间横向不传递荷载,则m c =015。因此形成单板受力后,其汽车荷载将较设计增加5712%,815m 桥宽荷载增加的幅度更大。所以铰缝失效形成单板受力将使空心板所承受的荷载大幅度增加,再加上汽车本身的超载,空心板往往因无法承受如此大的荷载而损坏。铰缝失效除了导致上构损坏外,还伴随着桥面的开裂、错台,影响行车的舒适和安全。4铰缝失效处理铰缝失效需进行处理,否则影响上构梁板的安全使用。处理方法有多种,根据实践经验简要介绍两种供参考。(1桥面加传力杆这种方法称之为绑带法,是在桥面铺装层加粗钢筋作传力杆,桥面铺装不必整片凿除,只需在设传力杆的位置切开一

10、条槽,沿裂缝纵向也切成一条槽,槽宽一般为10cm ,槽深一般为12cm 。将传力杆置入槽内,满槽浇筑微膨胀钢纤维砼包裹传力杆,并与桥面混凝土形成整体,槽壁新旧砼界面用界面处理剂处理,以提高新旧砼粘结力。在放置传力杆前,先用结构灌缝胶对裂缝进行处理。选择粗些的钢筋作传力杆,因为粗的钢筋抗弯刚度大,有利于杆长方向均匀受力。根据计算分析,并结合实体工程,一般16m 跨空心板铰缝传力杆可采用直径 32的H R B335钢筋,间距70cm ,传力杆长度为70cm ,超重车多的桥梁间距适当加密。(2桥面铺装处理这个方法实际上是上面绑带法的延伸,具体做法如下:凿除水泥混凝土铺装及铰缝的松散结构,铰缝处横向加

11、传力杆,传力杆钢筋直径及间距较绑带法细些、密些,传力杆既能传递剪力,又可作为拉杆阻止裂缝张开,减弱裂缝断裂面的相对滑移,从而达到阻止或延缓铰缝失效的作用。重新浇筑的铺装砼标号适当提高,桥面钢筋适当加粗加密,桥面铺装层适当加厚,以增强桥面的横向联系作用。梁萍 如果铰缝损害严重,应将铰缝砼全部清除,重新浇筑铰缝砼,浇筑前先将铰缝壁凿毛,并用界面处理剂处理,新浇的铰缝砼应采用比空心板砼高一个强度等级的微膨胀钢纤维砼。由于铰缝的裂缝深度较大,对裂缝进行注胶灌缝处理往往不易灌饱满,所以仅采取灌缝处理的修复方法效果不好,已灌注的裂缝在荷载的作用下又会很快裂开。因此,铰缝的灌缝处理应结合其它处理方法使用,才

12、能取得较好的修复效果。5铰缝优化设计目前铰缝的设计理论不够完善,难以真实体现梁板间实际受力情况。实际的铰缝并不是完完全全的铰接,而是介于铰接与刚接之间。设计中铰缝往往不作计算,仅作为一种构造进行设计。所以设计上对铰缝的处理没有引起足够的重视,因而铰缝往往容易损坏而失效。针对铰缝出现的问题,我们从设计和施工的角度提出了一些改进措施:(1铰缝的尺寸不宜过小,特别是竖向尺寸不宜过小,以避免因受剪截面不足而开裂,图3中型铰缝较型铰缝受剪截面大,在实际运营中效果确实好些。 图3两种铰缝比较示意图(2空心板铰缝下缘预埋钢筋,预埋钢筋与铰缝内钢筋绑扎(如图3中型铰缝,这样铰缝砼与空心板砼能较好地形成整体,并不易开裂。(3桥面铺装层加传力杆,具体做法与前面提到的桥面铺装处理法相同,只是直接用于新桥的设计中。(4空心板铰缝壁作粗糙处理,以利于新旧砼粘结,粗糙处理有多种方法,可机械打毛、手工凿毛、高压喷砂处理等,同时新旧砼界面涂刷界面处理剂处理。(5铰缝采用较空心板砼高一个强度等级的微膨胀钢纤维砼,(6设置桥面板横向预应力。横向预应力在跨中设一道,支点端根据情况酌情设置。横向预应力需设横隔板,因而空心板的内腔被隔断,预制空心板时就需两个充气胶囊。横向预应力的设置为铰缝提供了横桥向的垂直压力,因而有效地防止铰缝开裂,并增大铰缝的摩阻力,从而有效地提高了铰缝的抗剪能力(预应力筋本身也具有一定的抗剪能力。