許 諾 牟廷敏 康 玲

（1.四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 611130； 2.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

鉸接板梁橋因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，用材經(jīng)濟(jì)，是中小跨徑橋梁經(jīng)常選用的橋型之一。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，早期建成的鉸接板梁橋因原來設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較低，加上日益增長(zhǎng)的交通量和載重量，很多舊鉸接板梁橋鉸縫出現(xiàn)了混凝土松散剝落、變位錯(cuò)臺(tái)、開裂滲水等橋梁病害，病害嚴(yán)重的可能出現(xiàn)單板受力的現(xiàn)象[1]。此外，鉸接板梁橋跨徑較小，恒載輕，活載產(chǎn)生的內(nèi)力相對(duì)總內(nèi)力的占比大，出現(xiàn)單板受力后，跨中彎矩增大，可能超過板的抗彎承載能力，將導(dǎo)致?lián)隙仍龃蟆宓组_裂、甚至斷板等安全事故。為此，分析鉸縫損壞對(duì)橋梁荷載橫向分布的影響對(duì)鉸接板梁橋的安全應(yīng)用十分重要，也是鉸接板梁橋的加固維修的重要依據(jù)。

1 鉸縫的結(jié)構(gòu)形式

裝配式板橋橫向通過鉸接縫連接形成整體受力結(jié)構(gòu)。鉸縫的構(gòu)造一般有三種形式，即淺鉸縫、中鉸縫、深鉸縫。通過在鉸縫內(nèi)設(shè)連接鋼筋并澆筑混凝土將梁板連接起來形成整體受力結(jié)構(gòu)[2]，如圖1所示。

圖1 鉸縫結(jié)構(gòu)形式

2 鉸縫損壞類型

造成鉸縫病害的原因主要包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)三方面的因素[3]，其具體損壞類型如下：

（1）鉸接板設(shè)計(jì)時(shí)常采用鉸接板理論，該理論假定預(yù)制板間鉸縫為理想鉸，鉸縫只傳遞剪力，與實(shí)際受力狀態(tài)存在差異。實(shí)際情況中，鉸縫不僅承受剪力還會(huì)承受彎矩以及偏心荷載作用下的扭矩，而設(shè)計(jì)時(shí)忽略了彎矩和扭矩的內(nèi)力效應(yīng)，因此形成了設(shè)計(jì)上的缺陷。

（2）由于鉸縫尺寸淺而窄，鉸縫混凝土澆筑不密實(shí)，強(qiáng)度比較低，澆筑混凝土前，梁板鉸縫接觸面混凝土未進(jìn)行鑿毛和灑水濕潤(rùn)處理，接觸面粘結(jié)性能差。鋪設(shè)橋面過程中，測(cè)量人員未控制好標(biāo)高，局部鋪裝較薄，在汽車荷載作用下出現(xiàn)局部坑槽，造成橋面鋪裝破壞。

（3）超重車輛長(zhǎng)期在特定的行車道上行駛，大型貨車一般靠右側(cè)車道行駛，這些位置的梁板反復(fù)承受重交通荷載，主梁交界處產(chǎn)生縱向裂縫，鉸縫發(fā)生疲勞破壞。鉸縫破壞后，荷載作用在某一塊板上時(shí)，相鄰板間的變形不協(xié)調(diào)，在鉸縫位置處形成錯(cuò)臺(tái)[3]。

3 鉸縫損壞對(duì)荷載橫向分布的影響

3.1 工程實(shí)例

某8m裝配式簡(jiǎn)支實(shí)心板橋，橫向由12片板組成，單片梁板寬1m，梁高38cm，橋面凈寬度11m，設(shè)計(jì)2車道，公路Ⅰ級(jí)荷載，橫截面布置如圖2所示，單車道汽車偏載和中載布置如圖3、圖4所示。

圖2 實(shí)心板橫截面布置圖（單位：cm）

圖3 汽車偏載布置示意圖（單位：cm）

圖4 汽車中載布置示意圖（單位：cm）

3.2 鉸接板梁法

采用現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫連接的裝配式板橋，各片板間橫向具有一定的連接構(gòu)造，但其橫向連接剛度又比較薄弱[4-5]。在車輪荷載作用下，其受力狀態(tài)與數(shù)根并列橫向相互鉸接的板梁比較接近，通常采用鉸接板梁法計(jì)算這類橋梁的荷載橫向分布系數(shù)。

3.3 有限元梁格法

采用有限元軟件MIDAS/Civil建立空間有限元梁格模型，如圖5所示。該模型采用縱向梁?jiǎn)卧M主梁，橫向梁?jiǎn)卧M主梁間的橫向連接，橫梁的厚薄反映了主梁間的橫向連接性能[6]。有限元梁格法可直接得到車輛荷載作用下，各片梁的內(nèi)力分布情況及撓度值，由各板撓度值占所有板撓度值之和的百分比，反算得到各板荷載橫向分布系數(shù)。

圖5 MIDAS/Civil有限元模型

3.4 荷載橫向分布分析

分別采用鉸接板梁法及梁格法計(jì)算鉸縫完好狀態(tài)下的荷載橫向分布系數(shù)，鉸縫完好時(shí)有限元梁格模型中橫梁的厚度取鉸接板厚為38cm，結(jié)果如表1和圖6所示。

表1 荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果（鉸縫完好）

圖6 橫向分布系數(shù)對(duì)比圖（鉸縫完好）

由表1和圖6可以看出，鉸縫完好時(shí)采用梁格法與采用鉸接板法計(jì)算得到的荷載橫向分布規(guī)律一致，鉸縫完好時(shí)，荷載作用于某橋面板時(shí)，相鄰橋面板會(huì)一起承擔(dān)荷載。

鉸縫是否完好是橋梁上部結(jié)構(gòu)橫向傳力的關(guān)鍵，當(dāng)鉸縫破壞后，荷載作用側(cè)板梁承擔(dān)的荷載增大，遠(yuǎn)離荷載作用側(cè)板梁所承擔(dān)的荷載將減小。通過改變有限元梁格模型中橫梁的厚度來模擬鉸縫不同的損傷狀態(tài)，即鉸縫完好、鉸縫破損25%、鉸縫破損50%、鉸縫破損75%、鉸縫完全破損5種狀態(tài)，分析各板橫向分布系數(shù)的變化。結(jié)果如表2、表3、圖7、圖8所示。

表2 偏載作用下不同鉸縫破損度的荷載橫向分布系數(shù)

表3 正載作用下不同鉸縫破損度的荷載橫向分布系數(shù)

圖7 橫向分布系數(shù)對(duì)比圖（偏載）

圖8 橫向分布系數(shù)對(duì)比圖（正載）

由上述圖表可以看出，隨著鉸縫破損程度的加深，鉸縫傳遞剪力的能力逐漸減弱，荷載作用位置處的橫向分布系數(shù)不斷增大，遠(yuǎn)離荷載作用位置處的橫向分布系數(shù)不斷減小。當(dāng)鉸縫完全破損，荷載橫向分布系數(shù)為0.5，荷載全部由車輪作用位置處的橋面板承擔(dān)。

4 結(jié)束語

本文通過空間有限元梁格模型對(duì)不同鉸縫破損程度的鉸接板梁荷載橫向分布系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：

（1）當(dāng)鉸縫完好時(shí)，可采用梁格法與用鉸接板法計(jì)算鉸接板橋的荷載橫向分布系數(shù)。

（2）鉸縫破損程度影響荷載橫向傳遞能力，隨著破損程度的加深，橋梁的整體性變差，荷載作用位置處梁板的荷載橫向分布系數(shù)增大。鉸縫完全破壞時(shí)，車輛荷載全部由車輪作用位置的梁板承擔(dān)，該片梁處于極其不利的受力狀態(tài)，甚至不能滿足其承載能力要求，帶來安全隱患。