我国装配式空心板桥铰缝改进情况

董鑫

摘 要：中国的桥梁发展历史悠久，随着桥梁形式的不断创新，装配式空心板桥迅速发展起来。从浅、中、深铰缝的形式深入介绍铰缝面临的问题，以及铰缝的改进研究情况。铰缝的钢筋、填充材料与形式改进研究充分表明在提高铰缝的抗剪性能方面取得到了显著的效果。

关键词：空心板桥；铰缝；钢筋；填充材料；形式

中图分类号：U445 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0106-02

引言

装配式空心板桥是我国桥梁工程中常用的桥型，其特点是结构简单、现场湿作业少、施工速度快、造价较低。对于这种类型的板梁上部结构整体受力性能，铰缝起到至关重要的作用。伴随着装配式空心板桥在我国大量的建造，其铰缝的问题也随之凸显出来。我国学者主要从铰缝的形式、填充材料以及铰缝与空心板的连接进行研究，不断创新，使铰缝与空心板更好地共同工作，保证板梁的整体性能。

1 我国铰缝的主要形式及其问题

截至2013年年底， 中国桥梁总数排名世界第一，总数量达八十六万座已经超越美国的六十一万座，预计到2025年将突破一百万座。将来桥梁建设方向将逐步向我国及欧亚的跨海通道、深山峡谷发展，同时由于桥梁服役年限增加和交通路的剧增，安全事故日益增多[1]。钢筋混凝土空心板桥由于其抗压性和抗拉性都很好，在公路桥梁中大约占到了70%以上[2]。

通过大量的实际工程调研，根据铰缝高度与预制混凝土空心板高度之比的差异，将漏斗型铰缝划分为浅铰缝、中铰缝与深铰缝三种[1]。如图1所示，在浅企口内添补混凝土构成铰缝，通过该铰缝传递剪力将各板协同成整体，使各块板均匀受力。中铰缝通过加深铰缝深度，结构传力机理相同。深铰缝的企口高度最深。二十世纪末为保证缝内混凝土的振捣质量，防止混凝土出现过振和漏振，深铰缝构造形式开始得到推广使用。

装配式桥梁施工主要采用的是梁厂预制多片空心板，运输到现场拼接而成，然后浇筑铺装层等后续工程。改革开放以来，我国经济迅猛发展，随着车辆的增多，在车辆荷载作用下，某一根板梁受到车轮作用，并将单独承受全部轮重，即形成了“单板受力”状态。单板受力状态的形成，预制空心板的承载力大大降低，挠度增大，这就意味着在正常荷载作用下预制空心板超出了极限状态，正弯矩处将产生裂缝。该类桥最先发生开裂的部位是纵梁与横向接缝结合面，横向接缝破坏先于纵梁。影响结构的安全性和耐久性的因素很多，其中主要有：（1）施工材料问题，比如水泥质量，砂砾不均匀等；（2）设计人员设计桥梁承载力不足，导致无法满足实际运行要求；（3）自然条件下，混凝土被化学腐蚀、空气碳化、以及低温冻胀等破坏；（4）施工不当，从而造成结构受损；（5）使用功能的改变；（6）自然及人为灾害，诸如火灾、地震、爆炸等。

2 铰缝改进研究情况

2.1 铰缝钢筋改进

由于预制空心板桥最早开裂的位置是铰缝与空心板的结合面，铰缝里的钢筋与空心板里的钢筋的连接成为重中之重。图2为目前铰缝钢筋较常布置的形式，板梁梁顶和梁底预留钢筋锚固在铰缝内，以及在铰缝内布置交叉斜受拉钢筋，增强了铰缝与板梁之间的连接。

吴庆雄、陈宝春等[3]设计出一种带延伸钢筋的铰缝构造，相邻两块预制空心板1之间浇筑有铰缝2，在预制空心板1时，预先布置有预埋钢筋4，预埋钢筋4与布置在铰缝2内的延伸钢筋5连接，在铰缝中布置钢筋6与延伸钢筋5连在一起。预埋钢筋4与延伸钢筋5的连接既提高空心板与铰缝结合面强度，以及铰缝构造的抗剪强度，且使得空心板、铰缝与铺装层之间的整体性得到加强，如图3所示。

陈记豪等[4]设计一种混凝土空心板铰缝钢筋结构，左右空心板1包含空心板箍筋2与空心板纵筋5，铰缝抗拉钢筋4将铰缝销接钢筋3和空心板纵筋5连接一起，并在铰缝中配置纵向钢筋6，提高了铰缝与空心板接触面的抗剪切和抗弯能力，如图4所示。

陈宝春等[5]设计一种带开孔钢板的铰缝构造，左右空心板预埋有钢板3，开孔钢板4焊接在预埋钢板3上，铰缝2中还布置交叉钢筋5与纵向钢筋6。此设计能够有效地防止裂缝扩展，提高铰缝的抗剪能力，同时也克服了结合面钢筋凿出困难、受力不明确的缺点，如图5所示。

2.2 铰缝填充材料

混凝土施工过程的物理、化学作用引起的裂缝也将导致铰缝的损坏，因此在选择铰缝填充材料方面要考虑：水泥的水化作用、碱骨料反应、混凝土的干缩效应，气温变化等。从最初的普通混凝土，到高性能混凝土、自密实混凝土等都应用到铰缝里。

郭保林、徐利田等[6]设计了装配式预应力空心板铰缝填筑方法，该方法包括以下步骤：铰缝的底部空隙用钉型塞条封闭；铰缝中部用微膨胀混凝土填筑；铰缝顶部用沥青胶泥填筑；当顶部沥青胶泥达到设计性能，浇筑顶面铺装层。铰缝中部的微膨胀混凝土保证了铰缝内的密实，以及铰缝过早失效渗水的问题。

陈岳飞等[7]设计一种空心板梁桥铰缝结构，在铰缝的下半部填筑环氧树脂，在铰缝的上半部填筑环氧混凝土。铰缝采用环氧树脂和环氧混凝土填充，受拉和受压性能好，不易开裂。

2.3 铰缝形式改进

我国铰缝的主要形式是浅铰缝、中铰缝与深铰缝，应用较为广泛的是深铰缝。我国学者在此基础上，又对铰缝做了一些改进。

袁爱民、朱晓文等[8]设计一种匹配预制混凝土空心板梁结构，由板梁结构的顶板1、腹板2以及底板3采用混凝土浇筑而成，腹板外表面通过匹配预制的方式布置剪力键4，用剪力键4代替铰缝设计，解决了在狭小的铰缝中进行配筋，以及混凝土难以振捣密实的缺点，如图6所示。

薛兴伟、包龙生等[9]设计一种新型空心板铰缝结构及其施工方法，该设计就是将应用广泛的深铰缝的宽度加大，铰缝内布置有纵向钢筋和箍筋。新型铰缝便于混凝土的振捣，可有效的保证施工质量，解决了传统铰缝开裂和失效的病害隐患，如圖7所示。

3 结束语

随着中国交通日益严重，装配式空心板梁桥在运营中，铰缝问题也显现出来。怎样更好地使铰缝与梁板共同工作，中国的学者从铰缝的钢筋，填充材料以及铰缝的形式进行研究，方法都得到良好的效果。由此可以看出，大多学者研究最多的是铰缝的钢筋，钢筋的连接在使相邻空心板共同更好地工作在一起中起重要作用。从铰缝的钢筋，填充材料以及铰缝的形式共同研究，使三方面共同创新，能够提高空心板与铰缝结合面强度，以及铰缝构造的抗剪强度，且使得空心板、铰缝与铺装层之间的整体性得到加强。

参考文献：

[1]张喜刚，刘高，马军海，等.中国桥梁技术的现状与展望[J].科学通报，2016，61（Z1）：415-425.

[2]张亮亮.预应力混凝土空心板桥梁加固技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[3]吴庆雄，陈宝春，等.一种带延伸钢筋的铰缝构造及其施工方法[P].中国专利：CN103628404A，2014-03-12.

[4]陈记豪，朱倩，等.一种混凝土空心板桥铰缝钢筋构造[P].中国专利：CN105648899B，2017-09-05.

[5]陈宝春，等.一种带开孔钢板的铰缝连接构造及其施工方法[P].中国专利：CN103541301A，2014-01-29.

[6]郭保林，徐利田，等.装配式预应力空心梁板铰缝填筑方法[P].中国专利：CN103147395A，2013-06-12.

[7]陈岳飞，等.一种空心板梁桥铰缝结构[P].中国专利：CN205329545U，2016-06-22.

[8]袁爱民，朱晓文，等.匹配预制混凝土空心板梁结构[P].中国专利：CN101769042A，2010-07-07.

[9]薛兴伟，包龙生，等.一种新型空心板铰缝结构及其施工方法[P].中国专利：CN104674660A，2015-06-03.endprint