10-30;杨帆-李编;王乃斌;空心板梁单板受力分析

空心板梁单板受力分析
摘要：在道路桥梁建设中，空心板梁应用十分广泛，尤其是在中小跨径桥梁中，对道路桥梁安全起着关键性作用。

空心板梁具有施工简单、建筑高度低以及成本低等优点，但在实际应用过程中，由于其单板受力问题，会引起各种病害，危及桥梁安全，增加桥梁维修加固难度。

本文就对空心板梁单板受力进行分析，提出有效的应对措施，为使用空心板梁的桥梁安全提供保障。

关键词：空心板梁；单板受力；分析
近些年来，随着我国交通运输行业的迅猛发展，各种道路桥梁工程也不断增加，道路桥梁安全成为人们关注的重点内容。

在空心板梁的应用中，受重载车辆增加、荷载趋化等因素的影响，容易引起空心板梁桥面铺装裂缝、铰缝破坏等形式病害，造成单板受力，降低桥梁使用的安全性。

因此，加强对空心板梁单板受力的分析，采取合适的防治措施，有着十分重要的现实意义。

一、某桥梁工程空心板梁单板受力情况分析
（一）高速公路通道桥桥梁概况
该桥梁中心桩号K16+642，桥梁全长35.04米，共3跨，分离式双幅桥，桥跨组合为3-10m。

桥面铺装为沥青混凝土，无伸缩缝，上部结构形式为预应力空心板梁（左右幅每跨各13榀梁），板式橡胶支座（每榀梁4支座），下部结构为双柱式桥墩和桩柱式桥台，设计荷载为汽－超20，挂－120级。

（二）空心板梁受力情况
首先，桥面铺装受力情况，经受力检查后，该桥梁右幅桥面主车道位置通长纵向裂缝，伴有网裂现象，δ=1~2.5mm。

其次，上部结构受力情况。

经受力检查后，该桥梁R1-4～5#、R1-7#、R2-4～5#梁间铰缝存在通长渗水现象、局部渗泥；R3-4～5#梁铰缝墩顶位置至跨中处铰缝存在渗水现象；铰接缝对应桥面均有车辙、纵裂，重车经过未见铰缝有张开、梁体错位现象。

综上所述，说明该桥对应梁体存在单板受力趋势。

二、空心板梁单板受力病害特性与空间受力分析
（一）空心板梁单板受力形成过程
在中小跨径桥梁中，空心板梁的连接是通过现浇混凝土来企口缝铰接来实现的，在车辆行驶时，行车道板所受的荷载会向各横线板件进行传递，实现协同受力。

但是，在持续受力的过程中，铰接缝连接处会在车辆荷载反复作用下出现疲劳，进而造成开裂破坏，影响梁板荷载的横向分配，导致空心板所受的荷载会集中在单一主梁上，也就是形成空心板梁单板受力现象。

由于空心板梁单板荷载存在一定限值，当单板受力现象发生时，实际荷载很容易超出设计值，引起板底开裂病害[1]。

（二）空心板梁单板受力病害特性
在空心板梁单板受力病害中，表现的病害特性主要包括四个方面：首先，在使用空心板梁的中小跨径桥梁工程中，建筑高度较低，行车荷载的长期反复作用容易造成横向铰链结构的破坏失效，车辆荷载向相邻板件的分配过程中断。

其次，铰链破坏失效病害最容易发生在重车通过较多的车道上，由于此部位受到的荷载作用较大、作用频率较高，铰链的疲劳程度更强，更容易出现开裂破坏病害。

第三，在铰链开裂破坏后，会引起桥面铺装纵向开裂的此生病害，开裂部位大多是铰接缝的上方，有时会直接形成破碎带。

桥面铺装的开裂程度主要是受桥面结构材料性质影响的，一般而言，沥青混凝土桥梁铺装的裂缝程度比混凝土桥面铺装更为严重，从另一角度来说，混凝土桥面铺装具有更好的桥梁刚度。

第四，在铰缝开裂破坏病害发生的同时，通常还会伴有桥梁结构的水损坏，其原因是在铰缝混凝土发生剪裂后，裂缝会直接影响桥面铺装层，造成桥面铺装层开裂破坏，在遇到降雨天气时，雨水就会顺着桥面铺装层的裂缝向铰接缝中进行渗漏，同时与混凝土出现钙化反应，引起渗水结晶病害。

（三）空心板梁空间受力分析
空心板梁的铰缝病害发生与其结构受力特点、施工质量等有着密切联系，具体体现在：
首先，空心板梁的铰缝构造空间通常较为狭窄，在实际施工中，施工质量控制较为困难，经常容易出现振捣密实度不达标、强度不符合设计标准等情况，成为薄弱层，引起破坏破裂。

其次，在桥梁荷载的传递过程中，现浇筑的铰缝抗剪是各空心板梁之间的横向联系实现的重要依据，但是，在实际当中，空心板梁除了铰接之外，还有桥面铺装层钢筋网的横向连接，当收到行车荷载时，铰接的受力状况是十分复杂的，包括拉力、扭转力以及弯曲力等，增加了铰接裂缝的可能。

此外，混凝土本身存在的收缩、徐变以及外部环境温度的影响，都会使空心板铰缝出现细小裂缝，为铰缝的开裂破坏埋下隐患。

三、空心板梁单板受力成因与对策
（一）空心板梁单板受力的成因
1.设计方面因素
在该通道桥桥梁工程的设计中，是根据《公路桥梁设计通用规范》的要求，荷载标准值采用了汽－超20，挂－120级设计标准值。

但是，在实际应用过程中，我国自由车辆越来越多，桥梁交通流量持续增加，超载车辆也越来越加常见，极大地增加了桥梁的荷载内力值，远远超出设计的荷载标准。

在这种条件下，空心板梁铰缝极容易发生开裂破坏现象，引起空心板梁单板受力。

同时，在空心板梁的受力和计算当中，通常是按照铰接板理论来进行的，虽然该理论可以简化桥梁结构横向计算，保证一定的精度。

但是，在实际当中，桥梁空心板梁的空间受力与铰缝构造受力都是较为复杂、特殊的，理论计算值并无法准确反应铰缝的实际受力情况，比如剪切力、弯拉力和扭转力等，单纯依据理论进行抗剪设计是存在缺陷的，无法避免铰缝开裂破坏问题。

2.施工方面因素
在该通道桥桥梁工程中，其桥面铺装层采用的是C30防水混凝土，采取现浇施工方式，厚度为10cm；在铺装层上面为9cm厚的沥青混凝土层，5cm厚下面层为中粒式沥青混凝土，4cm上面层为细粒式沥青混凝土。

在施工过程中，受构件预制、安装存在的误差以及标高控制误差等因素影响，部分铺装层厚度未能达到设计的10cm，只有8-9cm，甚至更薄，铺装层内钢筋网的作用受到影响，进而干扰了荷载向相邻板梁传递的过程，引起单板受力。

此外，在板梁间铰缝的施工过程中，存在振捣密实度不够的情况，导致横向联系失效，在车辆荷载等影响下，铰缝混凝土会发生碎裂，甚至脱落，也会造成单板受力问题[2]。

（二）空心板梁单板受力的对策
针对空心板梁单板受力问题，采取的对策主要是对其进行加固，具体措施有：首先，桥面铺装层的凿除与整体加固强化。

在不损伤结构层的前提下，将原有10cm钢筋砼、9cm沥青砼的桥面结构凿除，浇筑19cm的聚丙烯纤维混凝土；在浇筑过程中，钢筋网要采用双层焊接，增强桥面铺装的整体性和桥梁整体刚度；为预防水侵蚀问题，将混凝土抗渗等级提至P10，使用的聚丙烯纤维混凝土强度等级为C40，同时，还应加入合适的抗裂剂，预防新浇筑混凝土收缩影响旧桥，增强桥面铺装层的抗渗与抗裂能力[3]。

其次，铰缝混凝土的凿除与重新浇筑加固。

根据设计图纸找到铰缝位置，凿开桥面铺装层后，将铰缝混凝土凿除，使用C40的补偿收缩混凝土进行重新浇筑，以满足铰缝的受力需求；同时，还要在铰缝上部桥面铺装层中加入铰缝剪力筋和骑马筋，来增强空心板的横向联系，保证荷载在相邻板梁的横向传递，有效解决空心板梁单板受力问题。

结语：
空心板梁单板受力是道路桥梁工程中常见问题，会降低道路桥梁的安全和使用寿命。

因此，加强对空心板梁单板受力的分析，了解其形成过程以及发生原因，采取合适的对策进行处理，可以有效解决空心板梁单板受力问题，提高道路桥梁的安全，对交通运输事业发展有着重要作用。

参考文献：
[1]黄镇繁.预应力混凝土空心板单板受力成因分析及处治措施[J].广东公路交通,2014,04:44-46+63.
[2]韩永红.绞接空心板梁桥单板受力处治措施[J].交通世界(建养.机械),2009,06:221-222.
[3]张立东,孙全胜.空心板梁桥铰缝损坏对横向分布的影响[J].山西建筑,2015,23:144-146.。