性能研究
黄明溪
（广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 510635）
摘要：结合实际工程，首先分析了某装配式空心板桥的现存病害，随后针对铰缝病害的成因进行了分析，做出了进行主动横向预应力加固的方案；然后针对横向预应力加固的机理和方案进行了设计，最后通过加固前后的有限元模型分析证明，横向预应力加固具有良好的加固效果，本文研究对于未来装配式空心板梁桥铰缝的处置提供一种新的思路。关键词：装配式空心板；铰缝病害；主动加固；横向预应力；抗裂性能中图分类号：U445
文献标识码：B
0 引言
由于具有设计简单、工厂化预制和现场装配式施工的特点，装配式空心板桥在我国中小型桥梁建设中得到了较为广泛的应用。对于空心板结构而言，运营一段时间后铰缝较为容易出现破碎损坏问题，从而导致桥梁出现单板受力情况[1][2]。根据相关规范[3][4]可知，单板受力对于桥梁结构的健康安全造成较大的影响，可直接判定为五类桥，应进行及时的加固处理。针对单板受力情况进行加固处理，当前多选择桥面铺装层、横向粘贴钢板、去梁增肋加固和横向预应力方法，而横向预应力加固方法在当前装配式空心板桥的加固处理中得到了较为广泛的应用，查阅相关文献
[5][6][7]
图1 上部结构断面图（单位：cm）
空心板梁桥，其跨径越小则铰缝病害发生的几率越高，这主要因为桥梁活载、车辆冲击系数、桥梁固有频率和梁高与跨径大小有之间的关系，进而造成铰缝受到较为严重的剪切作用，对于铰缝受力极为不利。
（2）出现位置。根据调查显示，铰缝多出现在行车道附近，尤其是重型车通行较多的车道。
（3）冲击疲劳荷载作用。桥面铺装受到车轮荷载的冲击疲劳作用，在发生铰缝破坏的位置，上部铺装层混凝土开裂，导致行车道出现普遍车辙和纵向的贯通裂缝，甚至形成一条破碎带。
（4）引起整体性能下降。铰缝破坏导致桥梁整体横向分布不均匀，通常表现为车辆通过时梁板下挠不均匀，引起梁板上下错动，进一步加剧铰缝的破坏。
，当前针对横向体外预应力加固
方法并不完善，缺乏系统的研究，因此本文在对某简支梁桥病害进行分析的基础上，针对铰缝破坏的成因进行了分析，发现主要是铰缝承载能力过小引起的，因此提出了体外预应力加固的设计方案；然后对于体预应力加固机理和加固方案进行了介绍，最后通过建立有限元模型对于横向预应力加固方法进行加固前后底部和铰缝应力对比分析，结果证明横向预应力加固具有良好的加固效果，本文研究对于横向预应力技术在桥梁加固中的推广应用起到了一定的促进作用，对于未来类似工程提供可资借鉴的理论和工程经验。
1 工程概况及病因分析
1.1 工程概况
某跨线桥梁，桥梁全长为72.0m，跨径组合为4×16.0m，双幅分离式结构，单幅桥面结构为0.485m（防撞墙）+13.0m（行车道）+0.485m（防撞墙），结构荷载等级为公路-I级，上部结构典型断面如图1所示。1.2 病害特征分析
根据本工程和查阅相关铰缝破坏的文献[5][6]，一般存在以下几种特征：
（1）跨径影响。对于铰缝病害桥梁，多发生在小跨径
2 铰缝破坏成因分析
针对铰缝发生病害，主要是受到设计、施工、运营和维护方面的影响，从根本原因分析，主要是设计方面的缺陷，以下针对设计方面导致铰缝发生病害的原因进行详细分析。2.1 铰缝设计先天不足
在上世纪80年代以前，空心板梁桥多采用“小铰缝”构造，鉴于小铰缝结构空间较小，缝内无拉筋设计，造成梁板之间的横向联系相对薄弱。上世纪90年代以后，多采取大铰缝代替小铰缝，但是在设计和施工时不配置或者配
收稿日期：2019-02-18
作者简介：黄明溪（1986—），男，工程师，主要研究方向为路桥施工。
111总502期
2019年第16期（6月 上）
置较少的钢筋承担抗剪作用，因此造成铰缝承载的安全系数不足，加上设计未考虑铰缝混凝土的收缩徐变作用，同时对于铰缝混凝土与梁板之间的黏结作用考虑不足。2.2 铰缝计算理论与实际受力不一致
根据传统的铰接板设计理论，认为铰缝在梁板之间的作用为理想的“铰接”作用，即只传递剪力g（x），忽略纵向剪力t（x）、法向力n（x）以及横向弯矩m（x），详细受力如图2所示。
图2 空心板梁桥铰接受力示意图
2.3 结构构造原因
与箱梁、T梁等结构形式相比，空心板梁桥的梁高受到较大的限制，因此造成结构刚度和强度相对较小，鉴于空心板梁桥是用铰缝来保证上部结构的整体作用，铰缝横向联系作用的减弱，对于桥梁整体受力造成较大的影响。
3 横向体外预应力加固设计
相比于其他被动加固方法，体外预应力加固方法能够有效克服应力滞后的问题，能够有效保障横向预应力和结构整体协同工作。以下针对横向预应力的加固机理和设计方案进行介绍。
3.1 横向预应力加固机理分析
⑴ 增加横向预应力，体外束的约束是的铰缝下缘混凝土处于受压状态，对于上部恒、活荷载引起的横向弯矩造成平衡，使得梁板之间由铰接作用转化成刚接作用，使得空心板之间的横向连接能力大大增强。
⑵ 关于空心板铰缝的抗剪承载能力受到铰缝混凝土与梁板之间的摩阻力和黏结力的影响较大，而新旧混凝土之间的摩阻力与横向水平分离和摩阻系数呈直接函数关系，因此通过布设横向预应力能够较大程度的增加混凝土之间的摩阻力，从而增强了铰缝的抗剪强度。3.2 横向预应力加固方案设计
针对上述针对横向预应力加固原则的设计，结合本工程设计特点，拟考虑在跨径16.0m范围内按照间距1.0m范围增设体外预应力，钢束直径Φs=15.24mm，张拉控制应力为0.4倍的极限抗拉应力为1023MPa，具体布置如图3所示。为了有效降低有效预应力的松弛、钢束回缩和锚具变形对于有效预应力的影响，对于锚固钢板。
4 施加横向预应力空心板桥梁抗裂性能分析
4.1 有限元模型
采用Midas-Civil有限元计算软件建立装配式空心板桥
112（a）横断面布置图
（b） 平面布置图图3 体外预应力加固布置图
模型，对于各种恒、活载作用下进行模拟，对于空心板梁体本身预应力和加固时的横向预应力，均考虑等效荷载施加于模型，桥面铺装层为20.0cm，桥梁加固后有限元模型如图4所示。
图4 全桥三维实体有限元模型
4.2 结果分析
针对采用横向预应力加固铰缝后的空心板桥状态进行评估，对于容易发生开裂位置（如图5所示）进行对比分析，计算结果汇总如表1～3所示。
图5 空心板横向应力计算位置表1 空心板桥A点张拉前后的横向应力对比分析表
应力1#缝2#缝3#缝4#缝5#缝6#缝7#缝加固前
最大
0.831.021.481.832.032.272.46（MPa）最小
-0.61-0.73-1.12-1.43-1.61-1.69-1.75加固后
最大
-1.83-1.22-0.210.550.971.251.41（MPa）最小
-3.25
-2.95
-2.83
-2.75
-2.67
-3.15
-3.64
交通世界TRANSPOWORLD表2 空心板桥B点在张拉前后的横向应力对比分析表应力
加固前组合（MPa）加固后（MPa）
最大最小最大最小
1#缝0.46-0.71-0.12-1.26
2#缝0.43-0.730.87-0.29
3#缝0.49-0.740.85-0.39
4#缝0.55-0.750.85-0.47
5#缝0.57-0.780.85-0.51
6#缝0.59-0.810.84-0.55
7#缝0.59-0.810.83-0.59
力，发现横向预应力能够有效降低其横向拉应力，对于结构的承载具有有力作用。本文研究对于横向预应力在桥梁加固中的推广应用起到了一定的促进作用。
参考文献：
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式空心板桥纵向抗裂性能的影响[J]. 水利与建筑工程学报，2017，15（3）：127-133.
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（编辑：蔡海霄）
根据表1A点铰缝和表2 B点空心板横向应力的分析发现，加固后A点和B点的最大横向拉应力均有所降低，施加公路-I级荷载后，最大拉应力不超过2.0MPa，加固前为拉应力的甚至变为压应力，同时压应力均有所增加，这对于结构的承载时有力的，即实现了对于装配式空心板横向体外预应力设计的目的。
5 结论
鉴于受力简单、施工方便的特点，装配式空心板桥结构在当前中小型桥梁结构中得到了较为广泛的应用。基于某实际空心板桥结构，首先针对桥梁主要病害进行了分析，发现病害主要的原因是由于铰缝病害引起的，并对于铰缝破坏的原因从设计、计算理论和构造三方面进行了分析，提出了采取横向预应力加固的思路；针对横向预应力设计，详细介绍了加固设计原理和针对本项目的加固设计方案；最后建立有限元模型，施加公路-I级荷载，通过对比加固前后的底部应
（上接第97页）
8690kN。随着墩柱刚度变柔，墩柱顶弯矩逐渐减小，墩柱底弯矩逐步增大，墩柱越柔，对于整个体系内力分配越均匀。结合墩柱强度、稳定性及裂缝配筋计算及本桥其他墩柱直径尺寸，采用2m直径墩柱。
一。结构计算时应准确模拟盖梁施工过程，合理选择预应力钢束张拉顺序和张拉时机，确保盖梁施工及运营阶段的结构安全。
参考文献：
4 结语
由承张高速公路燕窝铺大桥13、14号桥墩三柱门架式预应力盖梁设计可见，三柱门架式预应力盖梁设计上除了需满足跨越能力，盖梁结构安全及耐久性外，须考虑盖梁施工过程安全以及墩柱刚度对体系内力的影响，以达到工程的安全和可控性，达到设计上结构安全与外形美观的统
[1] 潘龙文，李延枢．万宜高架桥预应力盖梁设计[J]．公
路，2014（8）：218-220．
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．交通科技，2016（3）：14-17．
（编辑：钱宇宁）
113
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