王少雷

摘要：文章淺要從鉸縫的實(shí)際受力機(jī)理著手，來分析在高速公路設(shè)計(jì)、施工等過程中會(huì)對(duì)裝配式混凝土空心板的病害造成原因。

關(guān)鍵詞：裝配式；混凝土；空心板；鉸縫病害

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的高速公路事業(yè)取得了突破性的進(jìn)展，但在對(duì)已建成的高速公路中進(jìn)行橋梁吊車結(jié)果卻不盡人意。我國高速公路建設(shè)過程中廣泛使用的結(jié)構(gòu)性能良好、便于施工的裝配式混凝土空心板，在調(diào)查過程中顯示出在這種空心板的鉸縫會(huì)出現(xiàn)縱向開裂的病害，嚴(yán)重威脅到橋梁的使用功能，甚至出現(xiàn)了“單板受力”，危及整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)安全。由此可見，裝配式混凝土空心板鉸縫的質(zhì)量好壞對(duì)于高速公路的橋梁結(jié)構(gòu)功能都有較大的影響，研究混領(lǐng)土空心板鉸縫病害分析對(duì)高速公路建設(shè)事業(yè)有著重要的作用。本文淺要從鉸縫的實(shí)際受力機(jī)理著手，來分析在高速公路設(shè)計(jì)、施工等過程中會(huì)對(duì)裝配式混凝土空心板的病害造成原因。

1鉸縫的受力機(jī)理

鉸縫的受力機(jī)理并不如我們理想狀態(tài)中的只傳遞剪力，而沒有承受彎矩，這是傳統(tǒng)的鉸接板理論的核心內(nèi)容，也是現(xiàn)今許多高速公路設(shè)計(jì)計(jì)算中利用到的核心理論依據(jù)。而實(shí)際上這種計(jì)算是有些失真的，因?yàn)殂q縫的混凝土并沒有如理想狀態(tài)下那樣不承受彎矩，實(shí)際上它還受到縱向剪力、橫向彎矩以及法向力的影響，并且因?yàn)殂q縫中的混凝土?xí)c空心板的混凝土產(chǎn)生一定的粘接性，導(dǎo)致鉸縫的抗彎剛度增強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，在受到負(fù)載的情況下，鉸縫會(huì)受到橫向彎矩的作用（有可能是負(fù)彎矩），研究還表面，鉸縫橫向應(yīng)力會(huì)隨著橋梁的寬度變寬而越來越大，逐步對(duì)橋梁產(chǎn)生影響，造成橋面以及底板沿鉸縫而縱向開裂。

實(shí)驗(yàn)研究是以某裝配式空心板橋?yàn)橹饕芯繉?duì)象，通過利用ANSYS實(shí)體單元進(jìn)行準(zhǔn)確的企口鉸縫模擬，并且建立了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)模型，通過分析控制界面的實(shí)際應(yīng)力值，得到了造成鉸縫產(chǎn)生病害的主要原因?yàn)闄M向拉應(yīng)力超標(biāo)。這種病因可以從抗彎和抗剪兩個(gè)方面來解釋其對(duì)鉸縫的危害。

1.1抗彎原理。當(dāng)鉸縫收到橫向彎矩作用時(shí)，此時(shí)橋梁空心板會(huì)受到幾個(gè)不同方向的剪力、內(nèi)力，此時(shí)的橋梁的鉸縫主要是在橫向彎矩與剪力以及應(yīng)力之間的合理作用，通過數(shù)據(jù)模型的處理，進(jìn)一步分析可以得到鉸縫的主拉應(yīng)力的軌跡，軌跡圖形成圓弧狀，在空心板受力界面產(chǎn)生縱向變形。而當(dāng)負(fù)載卸去，變形會(huì)因?yàn)閼T性原因有一定的恢復(fù)作用，此時(shí)會(huì)對(duì)鉸縫產(chǎn)生一定的負(fù)向彎矩作用，鉸縫處再次受到彎矩的作用，在這樣如此反復(fù)之中，鉸縫便會(huì)容易發(fā)生開裂。

1.2抗剪機(jī)理。對(duì)于裝配式混凝土空心板鉸縫處來說，計(jì)算抗剪強(qiáng)度一般是結(jié)合面抗剪公式，這是因?yàn)樗鼘儆谛吕匣炷两Y(jié)合面的研究范疇。它的主要計(jì)算公式v =Φc（C+μσ），式中v表示為混凝土結(jié)合面的抗剪強(qiáng)度，Φc比奧斯為混凝土的折減系數(shù)，C值代表的是新老混凝土之間的粘接力，μ指表示的是二者之間的摩擦系數(shù)。而對(duì)于C和μ的取值，一般按照混凝土澆筑會(huì)寧圖表面是否有意鑿毛，如若有，則C值取0.50MPA，如若沒有，C值取0.25MPA.而μ值會(huì)因?yàn)榛炷恋馁|(zhì)地不同而不同，一般來說，普通混凝土的系數(shù)為為1.0，全輕質(zhì)混凝土取0.75，砂質(zhì)輕質(zhì)混凝土取0.85。有意鑿毛的情況下，μ值系數(shù)為0.5，如若沒有，則為0.6。μ值為混凝土系數(shù)與自身系數(shù)的乘積。從公式上來分析可知，影響鉸縫抗剪強(qiáng)度的主要因素為混凝土之間的法相壓力以及粘接力，以摩擦力的形式對(duì)鉸縫起到抗剪作用。

2鉸縫病害原因分析

2.1設(shè)計(jì)過程中的鉸縫病害產(chǎn)生原因。根據(jù)調(diào)查方向，鉸縫的形成一般分為三種，早期的裝配式混凝土空心板由于不配置抗剪剛勁，因而產(chǎn)生鉸縫較淺，尺寸也比較小，這是因?yàn)殂q縫處的抗剪強(qiáng)度主要由兩種混凝土之間產(chǎn)生的粘接力提供，鉸縫的結(jié)構(gòu)尺寸也較小，我們稱之為淺鉸縫，正是因?yàn)殂q縫較小，在受到應(yīng)力的作用下，會(huì)更容易產(chǎn)生病害。在后期的設(shè)計(jì)過程中考慮到這些原因，加深了鉸縫的尺寸，逐步由淺鉸縫、中鉸縫向深鉸縫過度，使縫內(nèi)的混凝土能夠產(chǎn)生振搗，并且配置了抗剪鋼筋，提高了鉸縫的抗剪能力。從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)于鉸縫的病害分析主要來自以下幾個(gè)方面：鉸縫設(shè)計(jì)時(shí)采用淺鉸縫的形式；鉸縫內(nèi)沒有配置抗剪鋼筋，或者配置的抗剪鋼筋無法滿足鉸縫的抗剪強(qiáng)度；沒有考慮到預(yù)應(yīng)力對(duì)后板的影響，因而沒有對(duì)橋面進(jìn)行鋪裝層厚度增加；忽略了橫向預(yù)應(yīng)力能夠降低鉸縫的剪力與彎矩對(duì)鉸縫的影響，沒有采取一些防護(hù)措施。

2.2施工方面。在施工過程中，因?yàn)槟承┦┕挝粚?duì)鉸縫的危害并不是十分重視，往往對(duì)鉸縫的施工有些避重就輕，常常會(huì)出現(xiàn)一些技術(shù)上的疏忽，例如鉸縫內(nèi)配置的抗剪鋼筋的綁扎不符合技術(shù)要求、預(yù)制空心板正面鑿毛，但是側(cè)面沒有鑿毛、鉸縫澆筑過程中沒有進(jìn)行密實(shí)的振搗。這些技術(shù)上的疏忽都會(huì)給鉸縫病害帶來潛在的威脅。例如鉸縫內(nèi)的抗剪鋼筋如果沒有進(jìn)行合理的綁扎，那么就會(huì)很大程度上降低鉸縫的抗剪強(qiáng)度。如果預(yù)制板的側(cè)面不進(jìn)行鑿毛，那么就會(huì)減少新舊混凝土之間的摩擦力，進(jìn)而降低鉸縫的抗剪強(qiáng)度，而在振搗過程中，如果沒達(dá)到密實(shí)程度，則會(huì)對(duì)鉸縫造成很大影響，嚴(yán)重程度會(huì)出現(xiàn)局部鉸縫被壓碎的現(xiàn)象。

在施工中還有一個(gè)容易被施工單位忽略，那就是裝配式混凝土空心板的支座支撐問題，目前在公路工程中，多采用的支座為板式橡膠支座，1片空心板配置4個(gè)支座，然而，因?yàn)槭┕ぶ械母叱炭刂撇粐?yán)，會(huì)使得個(gè)別支座脫空，出現(xiàn)“三條腿”、“兩條腿”的情況，造成混凝土空心板產(chǎn)生橫向扭矩，進(jìn)而提高鉸縫處收到的應(yīng)力大小，進(jìn)而容易對(duì)鉸縫處產(chǎn)生病害。

2.3公路維護(hù)管理運(yùn)營方面。鉸縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的另一原因就是橋梁的維護(hù)問題，再堅(jiān)實(shí)的橋梁也需要一定的橋梁養(yǎng)護(hù)和檢查，而鉸縫處往往會(huì)被養(yǎng)護(hù)人員所忽略，在出現(xiàn)裂縫征兆時(shí)沒有進(jìn)行良好的處理，導(dǎo)致裂縫不斷擴(kuò)大，進(jìn)而形成病害。

橋梁運(yùn)營過程中，對(duì)鉸縫處的影響主要來自于負(fù)載量過大以及天氣變化兩個(gè)原因。隨著我國的汽車擁有者數(shù)量不斷增加，我國許多的公路橋梁都處于超負(fù)荷的運(yùn)載情況下。在超載的情況下，混凝土空心板在應(yīng)力的反復(fù)作用下，會(huì)使得鉸縫處提前破壞。天氣變化則是運(yùn)營管理中無法避免的偶然因素，橋梁在使用一段時(shí)間后，如果橋面防水性不高，那么雨水天氣下就會(huì)有水分滲入鉸縫混凝土中，進(jìn)而降低混凝土與抗剪鋼筋之間的性能，加速鉸縫混凝土的脫落。

3預(yù)防方法

根據(jù)以上分析，我們不難看出對(duì)裝配式混凝土空心板的鉸縫病的防治方法。首先，需要嚴(yán)格控制在公路橋梁設(shè)計(jì)階段過程中，對(duì)鉸縫的結(jié)構(gòu)尺寸、抗剪鋼筋的配置、以及合理利用橫向結(jié)構(gòu)聯(lián)接性能等等來改善空心板的整體性能，可以增加有效高度、改善界面尺寸，提高承重構(gòu)件的剛度。其次，在施工過程中，要將鉸縫處的施工工藝質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，要將相關(guān)增強(qiáng)鉸縫處的抗剪強(qiáng)度的相關(guān)措施落到實(shí)處，不要流于形式。最后，要進(jìn)行良好的公路橋梁的養(yǎng)護(hù)維修工作，嚴(yán)格控制公路的負(fù)載流量，避免超載情況，這樣才能更加有效的提高鉸縫的安全性。

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