装配式梁桥湿接缝合理宽度研究及开裂分析

黄叙钦，邬晓光，安平和，肖凯龙

(长安大学 桥梁与隧道陕西省重点实验室，陕西 西安 710064)

随着我国大力推进公路交通事业的建设，近年来大跨径梁桥、斜拉桥、悬索桥的设计、施工已经达到了很高的水平。在数量众多的中小跨径桥梁中，装配式桥梁因其结构简单、造价低的特点仍是桥梁的主要形式。从桥梁目前的运营状况来看，在湿接缝处出现裂缝却成了装配式桥梁最主要的病害之一。通过调查研究发现，已有的文献和研究主要是侧重于主梁的受力[1-3]和横隔板对桥梁结构的影响[4-7]，对湿接缝本身的受力状态的研究很少。目前规范对于湿接缝的宽度没有统一的要求，在桥梁设计和施工中，往往根据需要来调整湿接缝的宽度，进而导致湿接缝问题往往被忽视[8-9]。因此，本文结合30 m简支T梁桥对不同宽度湿接缝的受力状态进行了分析，基于内力计算结果，给出了合理湿接缝宽度的建议控制值。在此基础上，对不同宽度湿接缝的开裂状态进行了分析，并提出相应的改进建议。

1 湿接缝内力计算及合理宽度确定

装配式梁桥两片主梁之间通过湿接缝联结，使结构形成整体，30 m简支T梁湿接缝构造如图1所示。由于装配式桥梁是具有主梁和横隔梁的简单梁格体系，所以桥面属于周边支撑板，因此湿接缝的受力属于单向板受力，按照短边计算跨径的单向板计算。

图1 湿接缝构造

湿接缝宽度d(下文中均用d来表示不同的湿接缝宽度值)为0.50～1.25 m。本文对不同湿接缝宽度按0.15 m的级差分别进行计算，湿接缝宽度分别取0.50,0.65,0.80,0.95,1.10,1.25 m。

1.1 不同宽度湿接缝内力分析计算

将湿接缝看作实体的矩形截面桥面板结构，设计时一般以弯矩控制。选取纵桥向1 m的板结构计算，根据板的宽度就可以得到结构荷载和弯矩值。湿接缝在桥梁运营过程中，除了结构自重恒载以外，主要受到车辆直接作用于桥面板上的活载以及相邻主梁间不均匀变形产生的间接荷载这2种作用。

工况1，汽车活载作用。工况2，相邻主梁间不均匀变形产生的间接荷载作用。

1)结构恒载的内力

沥青混凝土铺装层重度取24 kN/m3，厚8 cm；混凝土现浇层重度取25 kN/m3，厚10 cm；湿接缝重度取25 kN/m3，厚18 cm。当选取纵桥向每1 m长的板结构计算时，结构恒载集度q为

q=(24×0.08×1+25×0.1×1+

25×0.18×1)×d=9.1d

(1)

结构的恒载弯矩值M0按式(2)进行计算。计算所得各湿接缝宽度下的恒载弯矩值M0如表1所示。

×9.1×d3 (2)

2)结构活载的内力

根据文献[10]中4.1.2 条规定：与梁肋整体连接的板，计算弯矩时其计算跨径L选取两肋间的净距L0加板厚d，且不大于两梁肋的中心距离。

梁肋L=L0+d=1.38+d(考虑墩顶最不利处截面)。

车轮的着地长度a2=0.2 m，宽度b2=0.6 m，则板上荷载压力面边长为[11]：压力面长度a1=a2+2h=0.56 m，压力面宽度b1=b2+2h=0.96 m，式中h为铺装层厚度。

荷载对于板中央的有效分布宽度a为

(3)

活荷载作用在板中央结构跨中弯矩值为

(4)

式中：u为冲击系数，取u=0.3；P为加重车后轴轴重，取P=140 kN。

活载弯矩计算值参见表1。

3)不均匀变形产生的间接荷载内力

两相邻梁体间的不均衡变形、沉降会造成支点处的正负弯矩。由于规范中没有规定具体的计算方法，本结构按位移法进行计算。

图2 不均匀变形产生的间接荷载弯矩计算示意

对中间梁施加单位位移时，相邻两梁位移为0.5[12]，相邻主梁之间的不均匀变形按单梁跨中挠度1/2考虑，则Δ=0.000 65 m。计算得到不均匀变形产生的间接荷载弯矩Mv如表1所示。

1.2 合理湿接缝宽度确定

1)工况1

对于与梁肋整体连接的板结构，可简化为两边固结板计算。跨中弯矩Mk=0.5Msg，支点弯矩Mz=0.7Msg，式中Msg为与计算跨径相同的简支板的跨中弯矩。

基本荷载组合Msg=1.2M0+1.4Mop，采用简化模型进行计算。支点负处弯矩Mz=0.7Msg，得到工况1作用下左侧支点处最大负弯矩值M1=Mz，计算结果参见表1。

2)工况2

基本荷载组合M=1.2×0.7M0+1.4Mv，计算得到工况2作用下的左侧支点处最大正弯矩M2=1.2×0.7M0+1.4Mv，计算结果参见表1。

2种工况作用下，不同宽度湿接缝的最大内力如图3所示。

图3 不同宽度湿接缝的最大内力

从图3可以看出，2种不同工况作用时，湿接缝宽度在0.6～0.7 m之间时所受到的正负弯矩值比较接近，受力比较合理。

部颁标准图的湿接缝宽度为0.65 m，本文从理论上验证了部颁标准图推荐值的合理性。根据工程实际，当湿接缝宽度在0.6～0.7 m时，也更能方便现场的施工。因此，建议湿接缝设计和施工时，湿接缝宽度宜控制在0.6～0.7 m。

2 湿接缝开裂分析

湿接缝位于两片主梁之间的连接处，往往容易产生裂缝，进而水分通过裂缝入侵致使钢筋锈蚀，影响桥梁结构的耐久性。文献[10]规定，裂缝宽度不能大于0.2 mm。由图3可以看出，湿接缝在工况1作用下的最大内力值比工况2大，可见活载工况对湿接缝内力影响十分显著，并且随着湿接缝宽度的增大，内力呈线性递增趋势。因此本文对工况1作用下的湿接缝开裂状态进行了分析。

湿接缝开裂按正常使用极限状态予以验算。裂缝宽度Wtk计算式为

(5)

式中：C1为钢筋表面形状系数;C2为荷载长期效应影响系数;C3为与构件受力性质有效的系数;σss为钢筋应力;Es为钢筋弹性模量;d′为纵向受拉钢筋直径或换算直径;ρ为纵向受拉钢筋配筋率。

根据文献[10]计算出各参数的取值为：C1=1.0,C2=1.34;C3=1.15,σss=142.12 MPa,Es=2.0×105MPa,d′=14 mm,ρ=0.009 7。

部颁标准图湿接缝上下缘配筋均为为5@φ12,As=0.001 13 m2。在工况1作用下，以部颁标准的湿接缝宽度0.65 m为例进行计算。

湿接缝厚度H=0.18 m，受压区高度h0=0.14 m。

对于准永久组合

Ms=M0+0.7Mop/1.3=4.69+

0.7×27.62÷1.3=19.56 MPa

钢筋应力σss为

.12 MPa

配筋率ρ

按式(5)计算出裂缝宽度为

按部颁标准图的配筋率，当湿接缝宽度增大时，计算得到的湿接缝开裂宽度图4所示。

图4 不同宽度湿接缝裂缝宽度

图4表明，湿接缝宽度对湿接缝的开裂有显著的影响，随着湿接缝宽度的增大，湿接缝的裂缝宽度也随着增大，并且越来越接近规范的限值0.2 mm。所以当在设计施工过程增大湿接缝宽度时，应对湿接缝进行单独验算，并适当增加截面的配筋率。

3 结论

1)本文结合30 m简支T梁，对装配式梁桥湿接缝受力进行了计算分析，从湿接缝受力的角度，根据计算结果，得到了合理湿接缝宽度控制值为0.6～0.7 m。

2)湿接缝宽度对湿接缝的开裂有显著的影响，因此建议在实际工程中需要增加湿接缝宽度时，应对湿接缝单独进行验算，并适当增大截面的配筋率。

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