橋梁空心板鉸縫失效分析與防治

1、Bridge and Culvert Engineering橋涵工程文章編號:167324874(200907200642004橋梁空心板鉸縫失效分析與防治梁萍(廣西交通科學(xué)研究院,廣西南寧530007摘要:隨著交通的快速發(fā)展,大型載重車的數(shù)量在逐年增加,造成橋面鉸縫過早損壞,縮短橋面的使用壽命。文章以空心板橋梁鉸縫失效為例,分析了公路橋梁鉸縫失效的原因及危害性,提出了相應(yīng)的防治措施,并著重就鉸縫的優(yōu)化設(shè)計進行了探討。關(guān)鍵詞:橋梁;鉸縫;單板受力;鋪裝;傳力桿;粘結(jié)力中圖分類號:U44514文獻標(biāo)識碼:AThe Analysis a nd Preventio n the Da ma ge of

2、 the Hinge J oint ofBridge Hollowcore Sl a bLI ANG Ping(G uangxi Re search Institute of T ransport ation Science,Nanning,G uangxi,530007Abstra ct:With the rapid development of tra nsport ation industry,the number oflarge size lo a d2c a rrying vehicle is incre a sing ye ar by ye ar.This incre a sing

3、c a use s the da ma ge of deck hinge joint,which shorten the life of the deck.Ta k2ing the broken of hinge joint in hollowcore sla b a s exa mple,the a rticle a nalyze sthe re a son a nd the da nger.It also propo se s some counterme a sure a nd discus2se s the optimize d de sign for hinge joint.K ey

4、 Words:Deck;Hinge joint;Pre ssure o n single2deck;Pa vement;Dowel steel;Cohe sive force0概況20m以下跨徑橋梁多采用預(yù)制鉸接空心板結(jié)構(gòu),空心板間通過鉸縫傳遞剪力來實現(xiàn)荷載橫向分布。鉸縫及橋面鋪裝的橫向聯(lián)結(jié)作用,使多片空心板能作為一個整體來共同承擔(dān)外荷載。從目前調(diào)查的情況來看,橋梁空心板鉸縫及鋪裝開裂導(dǎo)致傳荷失效的情況比較嚴(yán)重,大大削弱了上構(gòu)空心板的整體受力,導(dǎo)致單片梁板受荷增大而損壞,嚴(yán)重影響梁萍 結(jié)構(gòu)安全運營。一直以來,鉸縫問題沒有引起廣大技術(shù)人員的足夠重視,致使許多橋梁因此而早早損壞,造成了很大的損失。

5、1鉸縫失效成因(1鉸縫受剪截面小 無鉸縫 小鉸縫圖1無鉸縫和小鉸縫連接示意圖空心板通過鉸縫傳遞剪力,形成空間整體受力結(jié)構(gòu)。如果鉸縫受剪截面過小,則會因抗剪強度不足而破壞。上圖列出兩種鉸縫型式,這兩種鉸縫的受剪截面均較小。無鉸縫連接依靠橋面鋪裝來傳遞剪力;小鉸縫連接的鉸縫承擔(dān)小部分剪力,大部分剪力由橋面鋪裝來承擔(dān)。橋面鋪裝層厚度一般為812cm ,抗剪能力較弱,雖然鉸縫處鋪裝層內(nèi)一般都設(shè)有板頂預(yù)埋鋼筋搭接,但砼截面過小還是容易開裂。(2鉸縫新舊混凝土粘結(jié)不良鉸縫砼與預(yù)制空心板間的聯(lián)結(jié)為新舊砼結(jié)合問題,需解決好粘結(jié)力問題。近年來,鋼模板在橋梁混凝土施工中普遍采用,澆筑成型的梁板表面光滑如鏡。如果直

6、接在這種光滑的砼壁面上澆筑鉸縫砼,將可能會因為新舊砼粘結(jié)不良而導(dǎo)致鉸縫砼剝離、脫落,從而使鉸縫傳荷失效。(3鉸縫砼澆筑不密實鉸縫一般都比較狹窄,帶,易導(dǎo)致鉸縫開裂。目前汽車超載現(xiàn)象相當(dāng)普遍,導(dǎo)致許多橋梁早早損壞。據(jù)了解,為了經(jīng)濟利益,許多限定載重量為10t 的卡車都裝到20t ,礦區(qū)超載更嚴(yán)重,10t 的卡車甚至裝到40t 、50t 。超載使汽車軸重大幅增加,梁板間需傳遞的剪力也跟著大幅增加,鉸縫及鋪裝會因無法承受如此大而頻繁的剪切作用而破壞。2鉸縫失效過程空心板鉸縫失效有個過程,一般先是鉸縫微裂縫擴展,逐漸形成通縫,通縫引導(dǎo)橋面鋪裝開裂,接著裂縫沿鉸縫縱向擴展。裂縫的出現(xiàn)不等于鉸縫傳荷馬上失

7、效,因為裂縫斷裂面上集料的嚙合作用還可以傳遞剪力,隨著荷載的繼續(xù)作用,裂縫逐漸張開變寬,裂縫斷裂面發(fā)生磨擦,斷裂面的粗糙表面逐漸被磨平,雨水滲入帶著磨出的細粉末,沿著鉸縫裂縫流下。雨水里往往含有腐蝕性物質(zhì)(如碳酸等,更加劇了斷裂面的磨蝕(伴有化學(xué)反應(yīng),我們經(jīng)?？吹降目招陌逑戮夈q縫處流出的白色物質(zhì)就是這些被磨出的粉末。從裂縫的出現(xiàn)到無法傳遞剪力,是鉸縫傳荷開始失效到完全失效的一個過程,這個過程短則一年,長則幾年或更長。如果因為新舊砼粘結(jié)不良而導(dǎo)致鉸縫砼脫落,則鉸縫的失效過程更快。Bridge and Culvert Engineering橋涵工程3鉸縫失效后果設(shè)置鉸縫的目的是為了橫向傳遞剪力,以

8、形成荷載的橫向分布,減小單片梁板受力,并使多片梁板結(jié)構(gòu)成為一個整體。如果鉸縫失效,則導(dǎo)致上構(gòu)單板受力,明顯增加單片梁板的受力,從而易引起上構(gòu)梁板的損壞,大大縮短橋梁使用壽命,所以空心板鉸縫的失效問題必須予以足夠重視。為了比較鉸縫失效前后單片板所受荷載變化情況,我們以常見的二級公路16m 跨簡支空心板橋梁作為典型例子來分析。以下列出815m 和12m 兩種橋?qū)挼暮奢d橫向分布系數(shù)計算結(jié)果。 (815m 橋?qū)?(12m 橋?qū)拡D2荷載橫向分布計算結(jié)果示意圖從計算結(jié)果知道,12m 橋?qū)掃叞宓钠嚭奢d橫向分布系數(shù)最大,為m c =01318,上構(gòu)設(shè)計時所有空心板一般均取這個最大系數(shù)進行設(shè)計。如果鉸縫失效,

9、形成單板受力,當(dāng)一個車軸重的一側(cè)車輪作用在板上,板間橫向不傳遞荷載,則m c =015。因此形成單板受力后,其汽車荷載將較設(shè)計增加5712%,815m 橋?qū)捄奢d增加的幅度更大。所以鉸縫失效形成單板受力將使空心板所承受的荷載大幅度增加,再加上汽車本身的超載,空心板往往因無法承受如此大的荷載而損壞。鉸縫失效除了導(dǎo)致上構(gòu)損壞外,還伴隨著橋面的開裂、錯臺,影響行車的舒適和安全。4鉸縫失效處理鉸縫失效需進行處理,否則影響上構(gòu)梁板的安全使用。處理方法有多種,根據(jù)實踐經(jīng)驗簡要介紹兩種供參考。(1橋面加傳力桿這種方法稱之為綁帶法,是在橋面鋪裝層加粗鋼筋作傳力桿,橋面鋪裝不必整片鑿除,只需在設(shè)傳力桿的位置切開一

10、條槽,沿裂縫縱向也切成一條槽,槽寬一般為10cm ,槽深一般為12cm 。將傳力桿置入槽內(nèi),滿槽澆筑微膨脹鋼纖維砼包裹傳力桿,并與橋面混凝土形成整體,槽壁新舊砼界面用界面處理劑處理,以提高新舊砼粘結(jié)力。在放置傳力桿前,先用結(jié)構(gòu)灌縫膠對裂縫進行處理。選擇粗些的鋼筋作傳力桿,因為粗的鋼筋抗彎剛度大,有利于桿長方向均勻受力。根據(jù)計算分析,并結(jié)合實體工程,一般16m 跨空心板鉸縫傳力桿可采用直徑 32的H R B335鋼筋,間距70cm ,傳力桿長度為70cm ,超重車多的橋梁間距適當(dāng)加密。(2橋面鋪裝處理這個方法實際上是上面綁帶法的延伸,具體做法如下:鑿除水泥混凝土鋪裝及鉸縫的松散結(jié)構(gòu),鉸縫處橫向加

11、傳力桿,傳力桿鋼筋直徑及間距較綁帶法細些、密些,傳力桿既能傳遞剪力,又可作為拉桿阻止裂縫張開,減弱裂縫斷裂面的相對滑移,從而達到阻止或延緩鉸縫失效的作用。重新澆筑的鋪裝砼標(biāo)號適當(dāng)提高,橋面鋼筋適當(dāng)加粗加密,橋面鋪裝層適當(dāng)加厚,以增強橋面的橫向聯(lián)系作用。梁萍 如果鉸縫損害嚴(yán)重,應(yīng)將鉸縫砼全部清除,重新澆筑鉸縫砼,澆筑前先將鉸縫壁鑿毛,并用界面處理劑處理,新澆的鉸縫砼應(yīng)采用比空心板砼高一個強度等級的微膨脹鋼纖維砼。由于鉸縫的裂縫深度較大,對裂縫進行注膠灌縫處理往往不易灌飽滿,所以僅采取灌縫處理的修復(fù)方法效果不好,已灌注的裂縫在荷載的作用下又會很快裂開。因此,鉸縫的灌縫處理應(yīng)結(jié)合其它處理方法使用,才

12、能取得較好的修復(fù)效果。5鉸縫優(yōu)化設(shè)計目前鉸縫的設(shè)計理論不夠完善,難以真實體現(xiàn)梁板間實際受力情況。實際的鉸縫并不是完完全全的鉸接,而是介于鉸接與剛接之間。設(shè)計中鉸縫往往不作計算,僅作為一種構(gòu)造進行設(shè)計。所以設(shè)計上對鉸縫的處理沒有引起足夠的重視,因而鉸縫往往容易損壞而失效。針對鉸縫出現(xiàn)的問題,我們從設(shè)計和施工的角度提出了一些改進措施:(1鉸縫的尺寸不宜過小,特別是豎向尺寸不宜過小,以避免因受剪截面不足而開裂,圖3中型鉸縫較型鉸縫受剪截面大,在實際運營中效果確實好些。 圖3兩種鉸縫比較示意圖(2空心板鉸縫下緣預(yù)埋鋼筋,預(yù)埋鋼筋與鉸縫內(nèi)鋼筋綁扎(如圖3中型鉸縫,這樣鉸縫砼與空心板砼能較好地形成整體,并不易開裂。(3橋面鋪裝層加傳力桿,具體做法與前面提到的橋面鋪裝處理法相同,只是直接用于新橋的設(shè)計中。(4空心板鉸縫壁作粗糙處理,以利于新舊砼粘結(jié),粗糙處理有多種方法,可機械打毛、手工鑿毛、高壓噴砂處理等,同時新舊砼界面涂刷界面處理劑處理。(5鉸縫采用較空心板砼高一個強度等級的微膨脹鋼纖維砼,(6設(shè)置橋面板橫向預(yù)應(yīng)力。橫向預(yù)應(yīng)力在跨中設(shè)一道,支點端根據(jù)情況酌情設(shè)置。橫向預(yù)應(yīng)力需設(shè)橫隔板,因而空心板的內(nèi)腔被隔斷,預(yù)制空心板時就需兩個充氣膠囊。橫向預(yù)應(yīng)力的設(shè)置為鉸縫提供了橫橋向的垂直壓力,因而有效地防止鉸縫開裂,并增大鉸縫的摩阻力,從而有效地提高了鉸縫的抗剪能力(預(yù)應(yīng)力筋本身也具有一定的抗剪能力。