黃敘欽，鄔曉光，安平和，肖凱龍

(長(zhǎng)安大學(xué) 橋梁與隧道陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

隨著我國(guó)大力推進(jìn)公路交通事業(yè)的建設(shè)，近年來(lái)大跨徑梁橋、斜拉橋、懸索橋的設(shè)計(jì)、施工已經(jīng)達(dá)到了很高的水平。在數(shù)量眾多的中小跨徑橋梁中，裝配式橋梁因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低的特點(diǎn)仍是橋梁的主要形式。從橋梁目前的運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看，在濕接縫處出現(xiàn)裂縫卻成了裝配式橋梁最主要的病害之一。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，已有的文獻(xiàn)和研究主要是側(cè)重于主梁的受力[1-3]和橫隔板對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響[4-7]，對(duì)濕接縫本身的受力狀態(tài)的研究很少。目前規(guī)范對(duì)于濕接縫的寬度沒(méi)有統(tǒng)一的要求，在橋梁設(shè)計(jì)和施工中，往往根據(jù)需要來(lái)調(diào)整濕接縫的寬度，進(jìn)而導(dǎo)致濕接縫問(wèn)題往往被忽視[8-9]。因此，本文結(jié)合30 m簡(jiǎn)支T梁橋?qū)Σ煌瑢挾葷窠涌p的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析，基于內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，給出了合理濕接縫寬度的建議控制值。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同寬度濕接縫的開(kāi)裂狀態(tài)進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1 濕接縫內(nèi)力計(jì)算及合理寬度確定

裝配式梁橋兩片主梁之間通過(guò)濕接縫聯(lián)結(jié)，使結(jié)構(gòu)形成整體，30 m簡(jiǎn)支T梁濕接縫構(gòu)造如圖1所示。由于裝配式橋梁是具有主梁和橫隔梁的簡(jiǎn)單梁格體系，所以橋面屬于周邊支撐板，因此濕接縫的受力屬于單向板受力，按照短邊計(jì)算跨徑的單向板計(jì)算。

圖1 濕接縫構(gòu)造

濕接縫寬度d(下文中均用d來(lái)表示不同的濕接縫寬度值)為0.50～1.25 m。本文對(duì)不同濕接縫寬度按0.15 m的級(jí)差分別進(jìn)行計(jì)算，濕接縫寬度分別取0.50,0.65,0.80,0.95,1.10,1.25 m。

1.1 不同寬度濕接縫內(nèi)力分析計(jì)算

將濕接縫看作實(shí)體的矩形截面橋面板結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)一般以彎矩控制。選取縱橋向1 m的板結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)板的寬度就可以得到結(jié)構(gòu)荷載和彎矩值。濕接縫在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，除了結(jié)構(gòu)自重恒載以外，主要受到車(chē)輛直接作用于橋面板上的活載以及相鄰主梁間不均勻變形產(chǎn)生的間接荷載這2種作用。

工況1，汽車(chē)活載作用。工況2，相鄰主梁間不均勻變形產(chǎn)生的間接荷載作用。

1)結(jié)構(gòu)恒載的內(nèi)力

瀝青混凝土鋪裝層重度取24 kN/m3，厚8 cm；混凝土現(xiàn)澆層重度取25 kN/m3，厚10 cm；濕接縫重度取25 kN/m3，厚18 cm。當(dāng)選取縱橋向每1 m長(zhǎng)的板結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)恒載集度q為

q=(24×0.08×1+25×0.1×1+

25×0.18×1)×d=9.1d

(1)

結(jié)構(gòu)的恒載彎矩值M0按式(2)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算所得各濕接縫寬度下的恒載彎矩值M0如表1所示。

×9.1×d3 (2)

2)結(jié)構(gòu)活載的內(nèi)力

根據(jù)文獻(xiàn)[10]中4.1.2 條規(guī)定：與梁肋整體連接的板，計(jì)算彎矩時(shí)其計(jì)算跨徑L選取兩肋間的凈距L0加板厚d，且不大于兩梁肋的中心距離。

梁肋L=L0+d=1.38+d(考慮墩頂最不利處截面)。

車(chē)輪的著地長(zhǎng)度a2=0.2 m，寬度b2=0.6 m，則板上荷載壓力面邊長(zhǎng)為[11]：壓力面長(zhǎng)度a1=a2+2h=0.56 m，壓力面寬度b1=b2+2h=0.96 m，式中h為鋪裝層厚度。

荷載對(duì)于板中央的有效分布寬度a為

(3)

活荷載作用在板中央結(jié)構(gòu)跨中彎矩值為

(4)

式中：u為沖擊系數(shù)，取u=0.3；P為加重車(chē)后軸軸重，取P=140 kN。

活載彎矩計(jì)算值參見(jiàn)表1。

3)不均勻變形產(chǎn)生的間接荷載內(nèi)力

兩相鄰梁體間的不均衡變形、沉降會(huì)造成支點(diǎn)處的正負(fù)彎矩。由于規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定具體的計(jì)算方法，本結(jié)構(gòu)按位移法進(jìn)行計(jì)算。

圖2 不均勻變形產(chǎn)生的間接荷載彎矩計(jì)算示意

對(duì)中間梁施加單位位移時(shí)，相鄰兩梁位移為0.5[12]，相鄰主梁之間的不均勻變形按單梁跨中撓度1/2考慮，則Δ=0.000 65 m。計(jì)算得到不均勻變形產(chǎn)生的間接荷載彎矩Mv如表1所示。

1.2 合理濕接縫寬度確定

1)工況1

對(duì)于與梁肋整體連接的板結(jié)構(gòu)，可簡(jiǎn)化為兩邊固結(jié)板計(jì)算?？缰袕澗豈k=0.5Msg，支點(diǎn)彎矩Mz=0.7Msg，式中Msg為與計(jì)算跨徑相同的簡(jiǎn)支板的跨中彎矩。

基本荷載組合Msg=1.2M0+1.4Mop，采用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算。支點(diǎn)負(fù)處彎矩Mz=0.7Msg，得到工況1作用下左側(cè)支點(diǎn)處最大負(fù)彎矩值M1=Mz，計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表1。

2)工況2

基本荷載組合M=1.2×0.7M0+1.4Mv，計(jì)算得到工況2作用下的左側(cè)支點(diǎn)處最大正彎矩M2=1.2×0.7M0+1.4Mv，計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表1。

2種工況作用下，不同寬度濕接縫的最大內(nèi)力如圖3所示。

圖3 不同寬度濕接縫的最大內(nèi)力

從圖3可以看出，2種不同工況作用時(shí)，濕接縫寬度在0.6～0.7 m之間時(shí)所受到的正負(fù)彎矩值比較接近，受力比較合理。

部頒標(biāo)準(zhǔn)圖的濕接縫寬度為0.65 m，本文從理論上驗(yàn)證了部頒標(biāo)準(zhǔn)圖推薦值的合理性。根據(jù)工程實(shí)際，當(dāng)濕接縫寬度在0.6～0.7 m時(shí)，也更能方便現(xiàn)場(chǎng)的施工。因此，建議濕接縫設(shè)計(jì)和施工時(shí)，濕接縫寬度宜控制在0.6～0.7 m。

2 濕接縫開(kāi)裂分析

濕接縫位于兩片主梁之間的連接處，往往容易產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而水分通過(guò)裂縫入侵致使鋼筋銹蝕，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。文獻(xiàn)[10]規(guī)定，裂縫寬度不能大于0.2 mm。由圖3可以看出，濕接縫在工況1作用下的最大內(nèi)力值比工況2大，可見(jiàn)活載工況對(duì)濕接縫內(nèi)力影響十分顯著，并且隨著濕接縫寬度的增大，內(nèi)力呈線性遞增趨勢(shì)。因此本文對(duì)工況1作用下的濕接縫開(kāi)裂狀態(tài)進(jìn)行了分析。

濕接縫開(kāi)裂按正常使用極限狀態(tài)予以驗(yàn)算。裂縫寬度Wtk計(jì)算式為

(5)

式中：C1為鋼筋表面形狀系數(shù);C2為荷載長(zhǎng)期效應(yīng)影響系數(shù);C3為與構(gòu)件受力性質(zhì)有效的系數(shù);σss為鋼筋應(yīng)力;Es為鋼筋彈性模量;d′為縱向受拉鋼筋直徑或換算直徑;ρ為縱向受拉鋼筋配筋率。

根據(jù)文獻(xiàn)[10]計(jì)算出各參數(shù)的取值為：C1=1.0,C2=1.34;C3=1.15,σss=142.12 MPa,Es=2.0×105MPa,d′=14 mm,ρ=0.009 7。

部頒標(biāo)準(zhǔn)圖濕接縫上下緣配筋均為為5@φ12,As=0.001 13 m2。在工況1作用下，以部頒標(biāo)準(zhǔn)的濕接縫寬度0.65 m為例進(jìn)行計(jì)算。

濕接縫厚度H=0.18 m，受壓區(qū)高度h0=0.14 m。

對(duì)于準(zhǔn)永久組合

Ms=M0+0.7Mop/1.3=4.69+

0.7×27.62÷1.3=19.56 MPa

鋼筋應(yīng)力σss為

.12 MPa

配筋率ρ

按式(5)計(jì)算出裂縫寬度為

按部頒標(biāo)準(zhǔn)圖的配筋率，當(dāng)濕接縫寬度增大時(shí)，計(jì)算得到的濕接縫開(kāi)裂寬度圖4所示。

圖4 不同寬度濕接縫裂縫寬度

圖4表明，濕接縫寬度對(duì)濕接縫的開(kāi)裂有顯著的影響，隨著濕接縫寬度的增大，濕接縫的裂縫寬度也隨著增大，并且越來(lái)越接近規(guī)范的限值0.2 mm。所以當(dāng)在設(shè)計(jì)施工過(guò)程增大濕接縫寬度時(shí)，應(yīng)對(duì)濕接縫進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算，并適當(dāng)增加截面的配筋率。

3 結(jié)論

1)本文結(jié)合30 m簡(jiǎn)支T梁，對(duì)裝配式梁橋濕接縫受力進(jìn)行了計(jì)算分析，從濕接縫受力的角度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到了合理濕接縫寬度控制值為0.6～0.7 m。

2)濕接縫寬度對(duì)濕接縫的開(kāi)裂有顯著的影響，因此建議在實(shí)際工程中需要增加濕接縫寬度時(shí)，應(yīng)對(duì)濕接縫單獨(dú)進(jìn)行驗(yàn)算，并適當(dāng)增大截面的配筋率。

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