简支空心板桥的病害及有效治理方法

(重庆交通大学土木学院建筑与土木工程系 重庆 400041)

一、引言

改革开放的发展，是中国的交通运输行业迅速发展，公路铁路的大规模的修建加快的我国经济的发展。常见的梁桥有空心板桥、T梁桥、箱梁桥、连续刚构桥等。其中空心板桥有构造简单、受力明确、施工方便、建筑高度较低、用材经济、可标准化集中预制生产等诸多优点，因而在我国中、小型桥梁设计中被广泛采用，近些年来随着经济大规模的发展，重载车辆持续增多，该桥型混凝土铰缝病害日益突出，作为各板之间横向连接的铰缝，在不断增加的交通量和重载车作用下极易损坏，从而降低了结构横向传递荷载的能力，导致单板受力。空心板板桥的病害有空心板铰缝脱落，梁底纵向开裂和支座脱落、变形，单向板受力，桥面铺装层开裂，混凝土剥落钢筋锈蚀等常见病害。

二、简支空心板桥病害分析

简支空心板桥的受力结构主要由承重结构梁板及传力结构横梁，桥面板，铰缝等两大部分承担，铰缝承担梁板间传递内力并约束位移的关键作用。铰缝的横向联系被削弱会引起实际受力情况脱离原来假设的梁板整体受力体系，使梁板间受力分配不均匀，反过来进一步加大铰缝的内力，加速铰缝的破坏。

(一)空心板产生的病害

空心板常见的病害有：单板受力，底板纵向开裂，顶、底板厚度不够，空心板内积水。

单板受力的原因和影响：空心板桥通过纵向铰缝横向连接，因施工过程中铰缝质量不合格，或后期养护过程中超限车对桥梁的影响导致绞缝失效产生单板受力，病害以铰缝混凝土脱落、开裂为特征。铰缝失效后桥梁整体受力改变为单向板受力，每个空心板承受的力将会大增，空心板底板纵向的拉应力增大，增大了板底的开裂概率，对桥梁整体的安全稳定性能有很大的影响。

梁底纵向开裂的原因和影响：空心板桥的横向配筋较弱，受到横向拉力时，由于强度不足，会产生纵向的裂缝。

空心板内积水：桥梁在使用过程中，因板顶产生裂缝空洞，水由铺装层渗入空心板并在空心板内蓄积，因此增加了桥梁恒重，不利桥梁结构安全。

(二)铰缝病害

空心板桥的横向连接较弱，最近几年随着经济的发展，交通量越来越大，桥梁的承载量越来越大，导致铰缝容易开裂、脱落，并使桥梁结构的横向连接破坏，影响桥梁力的横向传递，影响桥梁的结构整体性。该病害的出现一般是由于设计缺陷、施工缺陷和后期养护不当造成。

(三)支座病害

支座脱空和支座设置不当：空心板通常一块预制板安装4个支座，两端各两个，由于主梁预制和安装精度不足，导致个别支座局部脱空或安装偏位，易导致支座滑落，主要是由施工原因造成的。安装位置不当，在重载作用下主梁发生扭转，导致桥垮结构破坏。

(四)桥面连续构造病害

桥面横向开裂渗水：由于空心板梁桥跨径较小，桥梁的构造较简单，桥梁的配筋相对于大跨径桥梁薄弱很多，抗剪能力也较差，桥面铺装层的布置也薄弱。在交通量很大的情况下，梁底弯矩较大，受拉力较大，桥面板容易产生裂缝、渗水。裂缝的渗水会加速钢筋的锈蚀，进一步加快桥梁的破坏。

三、空心板桥的加固维修

在旧桥的损伤程度较轻不影响使用功能时，为了避免桥梁的继续损坏，需要对桥梁进行维修加固处理，针对不同的桥型，加固维修的费用也不一样。有的桥梁的维修费用占到了修新桥费用的30%左右。因此，桥梁是否有维修的必要是要考虑的首要问题。维修加固的方法也是研究的首要内容，适当的加固方法会在很大程度上提高桥梁的继续使用能力。

(一)去梁增肋法

空心板桥的横向连接较弱，抗剪能力不强，在大交通量的作用下，会造成空心板桥的铰缝失效，使空心板单向受力，加快桥梁的损坏，去梁增肋法的维修加固思路就是去掉空心板桥中损坏严重的空心板，剩余的空心板在原桥宽度范围内重新排列，利用旧板之间的空隙新增混凝土梁肋，与旧空心板一起承担荷载，提高结构整体刚度和使用能力。

(二)预应力CFRP板加固法

CFRP是碳纤维增强复合材料的缩写，碳纤维作为一种具有很高性能的新型材料，应用的领域很广。CFRP材料强度高质量轻且耐腐蚀能力强，相比于传统的钢材，CFRP更适合应用于桥梁加固这一类维修工程中。传统的碳纤维布加固方法中，只有在受拉区的混凝土达到屈服强度之后，碳纤维布才能发挥其性能，但是预应力CFRP板加固的方法中，预先施加预应力，可以有效的利用材料的性能，防止受拉区混凝土开裂的同时还可以增强结构的承载能力。

(三)体外预应力加固技术

空心板桥的主要问题是结构的横向联系，主要表现在桥面铺装和空心板铰缝两者的不同程度的损坏。体外预应力加固技术的思路是在空心板底部布置横向槽钢，把钢绞线放入槽钢内，槽钢的固定由钢筋绑扎后通过铰缝固定在桥面上，槽钢两端用钢板焊接固定。施加预应力是均衡张拉然后锚固钢绞线最后封锚。张拉完成后，在槽钢内灌入混凝土防止钢绞线的锈蚀。横向预应力筋布置完成后，铺装桥面铺装层，按照要求布置钢筋，增强桥梁的抗剪能力。体外预应力加固方法加固效果明显，很大程度改善了桥梁的承载能力，延长桥梁的使用寿命；但施工工艺交复杂，体外预应力混凝土的浇筑增大了桥梁的恒载，维修费用较高等。

(四)型钢—混凝土组合加固技术

型钢-混凝土组合加固是在沿梁底铰缝两侧设置剪力键，纵向锚贴U形钢板，并在U形钢板和铰缝间灌注高强自密实灌浆料。

四、空心板加固维修方法的改进

桥梁加固的方法很多，针对不同的桥型，病害以及损坏的程度，加固的方法不尽相同。第一点：在铰缝破坏严重的情况下，使用去梁增肋法是有效的加固措施，桥梁的宽度不变的条件下，重新安排空心板并浇筑混凝土肋梁。第二点：若铰缝的损坏程度较低，则可以采用压力注浆法修补裂缝。第三点:在空心板桥的建设过程中，在梁底板布置横向预应力，增强空心板间的横向连接。

五、结论

简支空心板由于其优点，被大规模的使用，随着桥梁修建的年代久远和交通量的持续增长等一些原因，简支空心板梁桥出现很多的病害，这些病害轻则影响桥梁的表面美观，重则影响桥梁的使用功能。对于损坏严重但是还可以继续使用的桥梁，需要进行加固维修处理，根据损坏的情况制定不同的维修方案。现有的加固方案有：去梁增肋法，CFRP板预应力张拉法，体外预应力张拉法，钢—混凝土组合加固技术等。根据桥梁的实际情况还可以对以上方法组合维修。桥梁出现病害是不可避免的，如何快速有效经济的解决病害的扩展，是需要考虑的首要问题。