空心板梁桥铰缝破坏原因分析及维修处治措施

空心板梁桥铰缝破坏原因分析及维修处治措施

邬江

重庆市市政设施运行保障中心   400015

摘要：重庆市内环快速路上中小桥梁多采用空心板梁，本文结合日常维护以及定期检测状况，总结了空心板梁桥铰缝破坏的特征，从设计、施工、运营维护管理和材料自身特性等方面详细分析了铰缝破坏的成因，对维修加固方法进行了分析和比较，在此基础上提出了铰缝破坏的处治对策。

关键词：空心板梁桥；铰缝破坏；成因分析；处治对策

1 概述

重庆市内环快速路2001年建成通车，中小桥梁主要采用装配式预应力混凝土空心板梁。 对于简支装配式梁桥，板梁之间横向联结依靠铰缝来实现，一旦铰缝受到破坏，桥梁受力的横向分布、整体受力性能都将会受到严重的影响，甚至形成单板受力状态，致使梁板挠度过大、板底开裂及桥面铺装破坏，加之雨水下渗进而造成板梁内钢筋锈胀、混凝土侵蚀等危害，造成极大的安全隐患。铰缝空脱破坏修复的难点在于加固过程中的安全，不能中断交通或尽量减少中断交通。

  2 铰缝破坏特征

空心板梁桥铰缝破坏的一般特征主要表现在以下几方面：

(1)铰缝破坏病害多发生于小跨径空心板梁桥，且跨径越小其出现的机率越高。主要原因是跨度越小的空心板梁桥活载所占比例越大、冲击系数越大，固有频率与车辆振动频率较接近易引起车桥共振，跨径小的空心板梁桥梁高也小，相应地铰缝受剪面积小。因此，铰缝混凝土的剪切效应更明细，在车辆荷载作用下铰缝受力更不利。

(2)铰缝破坏一般出现在行车道附近，尤其集中分布在慢车道重车行驶周围。

(3)由于汽车车轮荷载的冲击疲劳作用，在破坏铰缝的上方，整体化混凝土层开裂，桥面铺装层普遍出现车辙和纵向贯通裂缝，严重时形成一条破碎带。雨水通过开裂破碎的桥面铺装层渗入铰缝，在铰缝底部留下明显的渗水泛白痕迹。

(4)铰缝破坏极易造成空心板梁桥结构整体性下降，甚至出现单板受力。通常表现为当车辆通过空心板梁桥时，部分板梁下挠，使车轮作用的板与两侧的板发生上下错动，长期以来铰缝破坏的板梁与两侧板梁形成永久性台阶。

3 铰缝破坏成因分析

    空心板梁桥铰缝破坏的影响因素繁多，主要涉及设计、施工、运营维护管理和材料特性等多方面。

3.1 设计原因

铰缝在设计或施工时不配置钢筋或配置少量的钢筋用作抗剪，其安全系数不够，导致板梁顶板连接处铰缝抗力不足。设计时按照传统铰接板理论，假定空心板梁间的横向联系为理想的“铰”，即仅传递竖向剪力，而忽略纵向剪力、法向力以及横向弯矩，然而大多数空心板梁桥普遍出现铰缝破坏病害的现状表明：对理想“铰”仅仅考虑剪力而忽略其他力的作用是不合理的，其计算基本假定与实际受力状态存在明显差异。

空心板梁受建筑高度的限制，与箱形、T形等梁式结构相比，其自身强度与刚度相对偏小，空心板梁桥采用铰缝来保证上部结构的整体作用，横向联系较弱，不利于板梁桥的整体受力。设置桥面超高或预制板梁设置预拱度等原因造成板梁桥某些局部位置铺装层及整体化混凝土层厚度不够，也会造成铰缝破坏。

3.2 施工原因

相当一部分空心板梁桥铰缝在施工过程中，未采取对预制空心板梁侧面进行凿毛、洒水预湿以及清理等工序，从而造成新老混凝土间的粘结性能变差，降低了新老混凝土间的粘结力和抗剪能力，增加了铰缝破坏的机率。作为确保整体受力的关键部位，铰缝混凝土浇筑质量往往不尽如人意，施工的种种质量问题，极易造成铰缝混凝土与板梁侧面粘结失效进而开裂、脱落，导致铰缝破坏。

3.3 运营维护管理

目前内环快速路上行使的重载车辆较多，且车辆流量日益剧增，桥梁在超载车辆的长期重复作用下，铰缝破坏的机率增加。内环快速路行车道的划分使车辆行驶轨迹具有规律性，位于慢车道空心板梁所承受的重复重级荷载机率大大增加，在车辆荷载冲击和疲劳作用下极易导致铰缝发生剪切疲劳破坏。

3.4 材料原因

新老混凝土的粘结强度至关重要，而粘结强度最关键的部位就是新老混凝土之间的粘结面。预制空心板与铰缝的连接本身就是薄弱环节，铰缝破坏往往是铰缝混凝土与板梁粘结面的破坏而不是铰缝混凝土自身破坏。

4 铰缝破坏维修处治措施

铰缝维修加固应满足以下基本原则：交通影响小，加固方案经济、可行，有针对性的加固，耐久性好。对于空心板梁桥铰缝破坏的维修处治，目前常用方法包括：粘贴钢板补强法、体外预应力加固法、桥面补强层加固法、灌浆加固法等。

4.1 粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位，使钢板与待加固的混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力与耐久性的目的。

该法具有不改变原结构尺寸、对交通影响小、技术可靠、短期加固效果好且工艺成熟等优点，但也存在不可避免的缺陷，在汽车荷载的长期作用下钢板两侧板梁发生竖向变位,极易引起钢板错动而造成钢板的剪切破坏或锚固失效而脱落。加固后的铰缝传递横向弯矩的能力增加，从而会导致空心板梁新的底板纵向裂缝的出现或原有纵向裂缝病害的加剧。必须在板梁底板钻孔，会对板梁造成损伤，钢板在受力过程中存在着应力滞后现象，两侧锚固结点处理困难、钢板防腐成本高、施工工艺较为复杂。

4.2 体外预应力加固法

体外预应力加固法克服了采用其它方法(如粘贴钢板加固法)加固时普遍存在的应力滞后的缺点，保证了新旧材料与结构整体协同工作。采用该法对铰缝进行维修加固，同样存在一定缺陷，采用体外预应力法加固改变了装配式空心板梁桥结构的受力体系—铰接变刚接，横向弯矩将大大增加。在板梁上打孔穿预应力束，因此会破坏原有结构，张拉体外预应力后在锚固区会产生较大的应力，需要通过增加配筋来克服，施工困难。

4.3  桥面补强层加固法

桥面补强层加固法主要适用于铰缝破坏甚至失效、单板受力情况严重的板梁桥。桥面补强层加固法需首先凿除铺装层，清理铰缝，再重新布置钢筋网片(或在板梁顶板植筋)，最后一次性浇筑铰缝混凝土和桥面混凝土。该法能提高铰缝的实际工作性能，改善板梁桥荷载的横向分布，加强板梁桥的整体受力，但是施工周期长，对交通影响巨大，施工占据空间大，要投人大量的人力、物力和财力。

4.4 灌浆加固法

灌浆加固法是利用压力设备将胶结材料压人混凝土裂缝中，胶结材料经过凝结、硬化后与混凝土形成整体，从而达到封堵加固的目的。常用的灌浆加固法包括水泥灌浆加固法和化学灌浆加固法。当裂缝宽度大于0.15 mm时常采用水泥灌浆加固法,裂缝宽度小于0.15 mm时常采用化学灌浆加固法。

该法施工工艺简单，施工周期短，经济效益高，且对板梁结构基本不造成损伤，在施工过程中对交通无影响，因此可以作为空心板梁铰缝维修加固的备选方案。

5 结语

铰缝破坏病害在装配式空心板梁桥中十分普遍且典型。在铰缝设计过程中应考虑到铰缝承受的弯、拉、剪复合力的作用；施工时采用的原材料不合格、板梁界面处理不到位、铰缝混凝土浇筑质量差等原因也成为影响铰缝破坏的重要因素;实际运营维护管理中车辆的超载以及行车轨迹的规律性也是铰缝破坏的又一主要因素；新老混凝土的粘结强度偏低是铰缝破坏的内在因素。实际工程应用中，可根据破损具体情况及交通流量采用不同的处治措施对空心板梁桥铰缝破坏进行维修加固处治。

参考文献：

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