空心板铰缝病害分析

徐雅娟

(浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州310006)

空心板铰缝病害分析

徐雅娟

(浙江省交通规划设计研究院,浙江杭州310006)

针对空心板铰缝病害普遍存在的现状,以某高速公路中的空心板梁板铰缝病害为背景,研究其铰缝病害产生机理,并提出了相应的防治措施。

空心板；铰缝；病害

0 引言

空心板在小跨径桥梁中具有独特的优势,以其截面高度小、经济适用等特点,广泛应用于高速公路。对营运5年以上的浙江省内高速公路中小桥梁的病害调查显示,空心板桥梁铰缝引起的病害占比达24%,如图1所示。本文以省内某高速公路中的空心板梁板铰缝病害为背景,研究其铰缝产生机理,并提出了相应的防治措施。

图1 中小桥梁典型病害占比

1 工程概况及铰缝病害介绍

该桥桥面宽度为12 m,跨径16 m,为简支预应力空心板,空心板梁板宽为1 m,梁板高0.8 m,梁板间采用浅铰缝形式连接,横断面为11块空心板,混凝土铺装层和沥青铺装均按10 cm考虑。标准荷载采用55 t重车,超载车辆124.5 t重车。该空心板桥梁在铰缝处出现破碎,导致其单板受力,造成桥面铺装屡修屡坏(见图2),严重时,甚至会发生铰缝混凝土整体脱落、铰缝透空的情况。该病害严重削弱了空心板的横向连接整体受力性能,并且往往会导致其它次生病害的发生。

图2 铰缝病害图示

2 模型的建立

对空心板采用实体模型进行研究分析,梁板单元采用solid65单元,预应力钢束采用link10单元,单跨全桥模型的单元总数393 932,节点总数523 504,模型总自由度达1 570 512。边界条件为简支,在每块板的板底4个支座处施加简支约束,局部单梁模型见图3,其单元参数见表1,预应力的施加采用降温法模拟。模型中假定铰缝施工可靠,即将铰缝部位的混凝土与空心板混凝土充分结合为一体,共同参与受力。空心板处于近似铰接板的受力状况,在公路-I级车辆荷载和超载车辆荷载作用下,车轮分别加载于空心板正中与铰缝的位置,其具体组合工况(1～4)如下：

工况1：自重+预应力+并排3辆规范车辆荷载；

工况2：自重+预应力+1辆超载车辆荷载；

工况3：自重+预应力+并排3辆规范车辆荷载(某车轮位于6#铰缝处)；

工况4：自重+预应力+1辆超载车辆荷载(某车轮位于6#铰缝处)。

图3 铰缝病害图示

表1 单元参数

本文主要对超载荷载作用下的铰缝应力状况与标准荷载作用下的应力状况进行对比,分析空心板铰缝位置处的结构应力变化,研究其铰缝病害产生机理。

3 铰缝应力分析及病害产生机理剖析［1]

为考察几种工况下各条铰缝的应力沿桥长方向(即Z坐标)的分布和变化,选取各条铰缝的底缘节点(即图4中的A点)作为考察位置,研究该点的应力沿桥长方向的分布和变化。各个跨中横断面的铰缝第1主应力、X向正应力、Y向正应力对比图见图5～图8。

图4 铰缝应力的考察位置

由图可知,在124 t超载车辆的作用下,铰缝的受力出现非常大的形态变化和幅值变化。各条铰缝的应力不再均衡,而是出现显著的两极分化,车轮直接作用位置附近的3号缝至6号缝的应力大幅提高,第1主应力、X向正应力、Y向正应力提高了10～20倍。

图6 工况四铰缝第1主应力沿桥长变化

图7 工况二铰缝X向正应力沿桥长变化

图5 跨中横截面上3～6号铰缝的第1主应力沿标高方向分布

图8 工况四铰缝Y向正应力沿桥长变化

除端部的应力突变处以外,各条铰缝的第1主应力(主拉应力)的方向沿X向(即横桥向),5号缝在车轮作用点附近的值最大,达3.2 MPa左右,其次为4、6号缝,达2.2 MPa左右,3号缝达1.2 MPa左右,其它各缝的变化则相对较小。各条铰缝的第3主应力(主压应力)的方向沿Z向(即顺桥向),分布规律发生很大变化,但最大值却与规范车辆作用下相差无几。此外,3～6号缝的Y向正应力分别增大至0.5～1.3 MPa(拉),较规范车辆荷载时提高了20倍。除了上文中对铰缝在超载作用下,车轮荷载对铰缝处局部应力较大影响外,还有铰缝设计以及施工中的一些其它因素,具体如下：

(1)铰缝尺寸偏小,致使铰缝内的钢筋连接不好；

(2)铰缝混凝土的配合比控制不严,振捣不到位,养护不到位等；

(3)铰缝混凝土与空心板侧面的粘结不佳,空心板侧面的凿毛不充分,铰缝混凝土凝固收缩、养护不到位等；

(4)铰缝间横向连接筋稀缺、搭接不到位、连接钢筋锈蚀等。

4 防治措施

根据铰缝的受力情况,铰缝在超载影响下,其铰缝位置应力较大,因此在设计中应增大空心板的板宽,加大铰槽的深度并采用大铰缝,使得铰缝的上口宽度能够满足施工时使用插入式震捣器的需要。此外,本文假设铰缝之间的连接可靠,而实际施工中,施工单位对铰缝的重要性未认识到位,造成施工质量低劣。设计中应加强对铰缝内连接钢筋布置的重视程度,甚至可以将铰缝钢筋和桥面铺装钢筋作一定的连接。通过加强上部结构的整体性,将铰缝受损的可能性降到最低。施工中应加强铰缝预埋钢筋定位的准确性,预埋钢筋的搭接确保连接牢固,空心板侧面的凿毛应充分,养护要到位。

5 结语

通过对空心板铰缝的结构应力分析,研究其铰缝病害产生机理,并提出了相应的防治措施,可供新建桥梁在空心板设计以及施工中参考。

［1］ 浙江省交通运输厅.中小跨径桥梁典型病害防治手册［M］.北京：人民交通出版社,2010.

U445.7+1

B

1009-7716(2015)09-0110-03

2015-04-14

徐雅娟(1965-),女,浙江杭州人,高级工程师,从事桥梁结构设计工作。