组合梁斜拉桥桥面板抗裂性研究与工艺控制

苏 海 成

(宁夏公路工程监理咨询公司，宁夏 银川 750002)

组合梁斜拉桥桥面板抗裂性研究与工艺控制

苏 海 成

(宁夏公路工程监理咨询公司，宁夏 银川 750002)

总结了组合梁斜拉桥混凝土桥面板裂缝的类型及成因,从钢主梁和钢横梁的连接程度来研究它们对桥面板抗裂性的影响,提出了三种湿接缝钢筋可行的连接形式，通过试验探索组合梁斜拉桥混凝土桥面板湿接缝处裂缝的产生机理，进一步优化湿接缝钢筋的合理构造设计。

组合梁斜拉桥，桥面板，裂缝分析

近些年，随着高强材料和施工工艺的发展，斜拉桥在实际工程中得到了广泛的应用。如何提高组合梁斜拉桥的桥面板抗裂性是广大学者、设计和施工技术人员关注的重点。为了掌握裂缝的分布规律，总结了混凝土桥面板裂缝的类型、开裂原因，并从组合梁斜拉桥钢主梁和钢横梁的连接程度来研究它们对桥面板抗裂性的影响，同时给出了相关的施工工艺控制。

为了进一步研究组合梁斜拉桥混凝土桥面板湿接缝位置处的裂缝产生机理，提出了有效的裂缝控制措施，亦进行详细的混凝土湿接缝钢筋的合理构造形式试验研究。提出了三种可行的湿接缝钢筋连接形式，拟通过试验探索组合梁斜拉桥混凝土桥面板湿接缝位置处裂缝的产生机理，进一步优化湿接缝位置钢筋的合理构造设计。

1 混凝土桥面板裂缝类型

根据实际工程经验，经过综合分析，将组合梁斜拉桥所出现的裂缝主要分为以下四种：

1)与顺桥方向相互垂直的裂缝，横贯桥面。裂缝发生在大桥主跨中部100 m左右及边跨尾端附近的范围内。这种裂缝是由于跨中和尾端部位轴向压力较小，在活载的反复作用下，或者有较大的局部活载弯矩时，使横梁两侧的混凝土受拉开裂，施工中会在该处设置纵向、横向预应力钢筋来防止混凝土桥面板的开裂。

2)在斜拉索与桥面交接点处，与大桥轴线呈45°方向的裂缝。裂缝长度2 m左右，大多出现在奇数拉索与桥面交接处。这种裂缝主要是主梁、横梁钢框格自重引起主梁悬臂根部负弯矩过大，使刚完成的现浇桥面板混凝土缝在拉索锚固处呈45°拉裂。施工中在永久性斜拉索尚未安装之前，先用临时三角形吊架拉索吊住主梁，通过临时索塔千斤顶调节临时索的拉力，使钢框架引起的弯矩为零，待钢架形成，即可安装永久斜拉索，松去临时拉索，防止了现浇混凝土桥面开裂。

3)在拉索锚固点上部的现浇混凝土表面上。由于斜拉索的锚固力集中作用在钢主梁上，然后才会扩散到整个断面上，造成靠近锚固点的断面附近应力横向分布很不均匀，此种裂缝分布在锚固点周围，且呈放射形。这种裂缝是由于拉索锚固处作用集中力，而锚固板又割断了桥面板中的钢筋，虽然设计在此处做了加强处理，但是由于局部应力过大，又受混凝土收缩、徐变的影响，使锚固板与混凝土变形不协调而开裂。

4)与顺桥方向平行的桥梁纵向的裂缝。这种裂缝主要是受汽车荷载振动反拱的反复振动导致该处混凝土开裂。施工中采取在横梁底部反顶从而使桥面板获得压应力，同时，对上层钢筋采取焊接，以增强接缝抗拉能力。

2 钢主梁与钢横梁的连接程度分析

组合梁斜拉桥的混凝土桥面板支撑在由钢主梁和钢横梁构成的网格体系上，混凝土桥面板通过剪力连接件的作用而与钢梁共同参与受力。对于钢主梁与钢横梁的连接程度，这里主要从钢横梁的间距、刚度方面进行研究，同时也简要介绍了钢主梁和钢横梁的连接方式，指出了施工中需要注意的要点，拟通过试验探索钢主梁与钢横梁的合理设计，达到避免桥面板开裂的目的。

2.1钢横梁间距的影响

在不同的横梁间距下，主梁塑性域的开展存在一定的差别，横梁间距的有效控制对防止主梁发生大规模的强度破坏是有一定帮助的。横梁间距的差别也就意味着横向刚度的强弱，当横梁间距大于某一限值，横梁会先于主梁屈服，从而引起横梁与主梁的内力重分布，而且横梁首先屈服，这将会影响全桥的受力性能。当减小横梁间距，不论成桥阶段还是施工中悬臂阶段，对于提高全桥的承载能力能起到一定的作用，但是一旦超过某个限值，减小横梁间距使得横梁数量增多导致恒载的增大，反而会使斜拉桥承受活载的能力减弱。

2.2钢横梁刚度的影响

就横梁来说，横梁间距产生的影响比横梁刚度产生的影响大，对于不同横梁间距而横梁刚度相同的斜拉桥，横梁间距较大的横梁承担的轴力较大，而横梁间距相同时，横梁刚度越大它所承担的轴力越小。在组合梁斜拉桥的施工中，对于悬臂阶段，不论横梁间距取多大，增加横梁刚度对提高桥梁的承载力都有一个限值，若超过这一限值，如同横梁间距的影响一样，会适得其反。

2.3钢主梁和钢横梁的连接方式

当钢主梁与钢横梁的相对刚度得到合理设计，施工中两者的连接也需要得到重视。这里分别阐述了焊接连接和高强螺栓连接的施工工艺。

2.3.1焊接连接施工工艺与控制

焊接是钢结构连接中较为常见的一种连接形式。它具有不削弱构架截面、刚性好、构造简单、施工快捷、可移动化操作等优点，但是焊接会产生残余应力变形，并且连接处塑性和韧性较差。在构造方面，在保证安全的前提下，尽量减少加劲肋的数量和避免焊缝的交叉和集中。同时，由于焊接产生的应力集中现象以及焊区的焊接应力使得焊接疲劳强度下降，那么在承受动荷载的结构构造上要采取一定的措施，比如构件截面改变处采用适当地过渡区，尽量避免未焊透、凹角等缺陷。

2.3.2高强螺栓连接施工工艺与控制

高强螺栓主要是靠被连接构件接触面之间的摩擦力来传递剪力和拉力。高强螺栓连接又分为两类：通过摩擦力传力的摩擦型高强螺栓连接和除摩擦力还依靠自身的承压和抗剪传力的承压型高强螺栓连接。前者抗疲劳能力强，适应于承受动力荷载及连接变形小的结构，而后者适用于受静力荷载并允许出现一定滑移的构件连接。对于这种连接必须严格控制其相对滑移，避免影响整体的受力状态。

2.4钢主梁和钢横梁的相对刚度对桥面板抗裂性的影响试验方案

对于钢主梁和钢横梁的连接程度对桥面板抗裂性的影响，拟定的试验方案主要是从横梁设置的间距角度来考虑的，这里所设计的试验方案为两跨连续梁，在连续梁的三个支座位置处分别设置一道横梁，在其中的一跨不设置中横梁，而在另一跨的跨中设置一道中横梁，通过两跨横梁间距的变化来对比分析混凝土桥面板裂缝的分布规律，进而从横梁间距的控制方面来优化混凝土桥面板抗裂性能。试验梁的横梁布置图如图1所示。

3 湿接缝中钢筋构造对桥面板抗裂性的影响试验方案

拟进行如下三种形式的湿接缝钢筋构造形式裂缝产生机理试验研究：

1)半圆环搭接式构造，如图2所示。这种构造形式施工方便，强度可靠而且整体性好，使用过程中也不易出现横向裂缝。

2)扣环式构造，如图3,图4所示。这种构造中预制桥面板预埋的U型筋通过一个环形筋焊接成整体，也有利于分布钢筋的固定，从而受力上整体性较好。施工中环形筋上口必须满足搭接长度且上口朝上安装，与两端预埋的U型筋连接时，要对称安装，整条缝内环形筋应尽可能在一条直线上。

3)直线式构造，如图5所示。这种构造形式施工方便，且能较好地满足湿接缝的受力和构造要求，这是施工中推荐的一种较好的构造形式。

总之，对于组合梁斜拉桥混凝土桥面板湿接缝的钢筋构造，随着配筋率的增加，第一主应力和横向拉应力的最大值逐渐减小，这有利于控制混凝土裂缝的出现，因此，应适当地增大桥面板湿接缝构造钢筋的配筋率。

4 结语

在组合梁斜拉桥混凝土桥面板抗裂性的理论研究基础上，通过试验研究分析湿接缝钢筋构造以及钢主梁与钢横梁的连接程度对混凝土桥面板抗裂性的影响，在试验中运用对比分析的方法研究在各个影响因素作用下桥面板裂缝的分布规律，进而优化设计达到避免桥面板开裂的目的。

[1] 林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社，1994.

[2] 严国敏.现代斜拉桥[M].成都:西南交通大学出版社，1996.

Studyoncrackresistanceofcompositebeamcable-stayedbridgedeckanditsprocesscontrol

SuHaicheng

(NingxiaHighwayEngineeringSupervisionConsultingCompany,Yinchuan750002,China)

It is summarized that the types and causes of the cracks in concrete bridge deck of composite beam. And the impact of steel girder and steel cross beams on crack resistance of bridge deck is studied from the connection degree of steel girder and steel cross beams. Three kinds of feasible forms of wet joint bar are proposed. And the mechanism of the crack at the wet-joint sition of the concrete bridge deck of the composite beam cable-stayed bridge is explored to further optimize the steel’s reasonable structural design of the wet-joint.

composite beam cable-stayed bridge, bridge deck, crack analysis

U448.27

A

1009-6825(2017)27-0146-02

2017-07-16

苏海成(1984- )，男，工程师