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桥梁空心板铰缝破坏成因分析及加固修复技术[权威资料] 桥梁空心板铰缝破坏成因分析及加固修复技术
摘 要:根据对工程实践中经常出现的装配式空心板铰缝出现破坏的问题，本文从设计、施工和运营阶段分析了病害形成的机制和原理，探讨了对空心板铰缝破坏的防治对策及维修加固技术，并为装配式空心板梁桥铰缝破坏的维修加固提供参考。
关键词:空心板梁桥;铰缝;铺装层;铰缝改造;施工控制
装配式空心板梁式桥在荷载作用下，纵向铰缝极易剪切破坏，并导致桥面铺装开裂或出现空洞。轻则使铰缝与空心板侧壁界面分离，雨水渗透并侵蚀混凝土;重则使铰缝处混凝土完全破损(剪切破坏)，空心板失去横向连接能力，极易出现单板受力，最终可能导致板梁断裂塌落从而发生安全事故。 装配式空心板梁桥的结构病害主要有4种:一，抗弯承载力不足，表现为梁板下挠，底板开裂;二，由铰缝剪切破坏引起的板间横向联系削弱或失效，表现为板间渗、漏水，桥面铺装纵向开裂、变形、网裂、龟裂、破碎;三，耐久性因素引起的承载能力降低，桥面沥青混凝土铺装
裂缝、松散坑槽、推移拥包、车辙、防水层失效，以及水泥混凝土铺装层离、保护层不足、剥落、露筋、裂缝、表层浸蚀等造成的“裸板效应”;四，预制板梁与后期浇筑的结构层分离，桥面连续构造及其附属结构在运营l,2 a内就出现开裂、破碎、脱落、露筋、松动，表观特征为结构部位下渗水、漏水浸蚀混凝土，结构功能失效，结构安全和使用寿命均严重降低。
一、铰缝病害成因分析
1.铰缝结构理论的不完整性
由于铰缝受力复杂，用传统的铰接板梁计算理论已不能满足设计要求。 亲贝
(1)带铰缝的简支板桥梁的荷载横向分布是按铰接板(梁)法计算的。将相邻板(梁)之间视为铰接，只传递剪力而忽视其受拉。实际上，当铰接板承受偏心荷载时，其变形既有挠曲又有转动。由此引起的竖向位移量带动了相邻板的挠曲和转动，传递剪力和扭矩;产生的侧向水平位移量，通过铰缝及桥面铺装向相邻板施加水平拉(或压)力。在活载反复作用下的弹性变形也使铰缝产生反复交替的拉压作用。
(2)铰缝受剪计算图式与实际受力状况差别很大。车辆轴转换算为等效半波正弦荷载后，两者荷载总效应接近，但车轮荷载集中作用于铰缝间的局部剪力，要比半波正弦换算荷载(即按分布荷载)计算值大得多，故按弹性分布计算荷载的横向分布系数时，铰缝无力承担 。
(3)由铰接板梁破坏试验得知，往往是铰缝混凝土与空心板的黏结面先破坏，而不是铰缝混凝土被剪开 ]。由于铰缝的实际抗剪能力比理论计算值要低得多，故在多种荷载及不利因素影响下，铰缝既受剪又受拉(压)。当铰缝内配筋少，而连接筋及桥面铺装钢筋网又薄弱时，在反复剪、拉(压)作用下，会导致铰缝混凝土的开裂、破坏，并最终造成桥面铺装的破坏。
静态破碎剂2.设计因素
(1)铰缝构造单薄，尺寸小而浅，缝间连接钢筋薄弱、缝内无拉力筋，刚度甚微，因此横向联结力薄弱，难与板牢固结合。单纯按铰接板分析计算，抗剪强度可能满足设计荷载要求，但忽视了结构最薄弱处的特殊计算及构造要求。
速冻隧道(2)桥面混凝土铺装层的设计厚度过薄，仅满足构造要求。但由于预制板上拱度及满足桥面施工纵横坡协调等原空间导航
因，使得实际工作厚度满足不了结构要求，且少而稀的布筋又大大降低了铺装层抗拉强度，降低了整体横向刚度。
(3)轻视桥面防水和排水构造功能设计。多数沥青铺装(磨耗层)开裂、松散，甚至出现坑槽后，渗入铺装层内的水无法保证及时排出。
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3.施工因素
(1)预制板企口光滑的混凝土表面未进行规定的凿毛清浮浆处理 J。根据试验，新、老混凝土结合面之间的抗拉强度约为混凝土抗拉强度的1/3。铰缝内狭窄、缺乏振捣，混凝土不密实，而相连混凝土铺装受梁板上拱度的影响，厚度多小于设计值。若铺装层钢筋网绑扎不规范、问距大，则个别铺装层形成素混凝土夹层，构成结构的致命薄弱节点。
(2)没有设防水层，或设置防水层时施工不规范使之失去防水功能，极易造成水损害。不密实的铰缝混凝土的Ca(OH)2 等水化物由于受到长时间渗水作用而析出，并锈蚀钢筋导致缝内混凝土胀裂(其体积是水泥的2倍)，使铰缝失去抗剪作用 J。也有些情况是铰缝混凝土被剪裂以后才引起渗水的。据观察统计，年降水量在500 mm左右的地区，半数以上桥梁中
存在铰缝渗水现象;而年降水量1 000 mm左右地区(如上海市)约70%板桥梁中存在铰缝渗水现象。
(3)板梁安装时，4个支座未能与梁板底面紧密接触，造成受力不均匀，给梁端留下受剪的隐患。
4.运营阶段影响因素
(1)超载(长期冲击，疲劳作用)加速了铰缝破坏速度。
(2)忽视桥面系排水、防水的日常检查和及时维修。大部分损坏铰缝混凝土总是先有渗水，然后出现混凝土脱落。
(3)温度、混凝土收缩、约束变形等不可控的影响因素。如桥面铺装混凝土和预制板间的温差产生的温度变形影响力，当铺装混凝土收缩时，铺装层混凝土和铰缝受拉。此
外，铰缝和板问的相对转动受到铰缝混凝土的粘结、摩擦等约束作用时，也可使铰缝受拉而开裂。
(4)个别支座位移或脱空，使铰缝处于很不利的受力状态，易导致铰缝混凝土逐渐破碎、脱落 。
二、铰缝的破坏机制
1.理论假定
理论上，装配式空心板梁桥是以铰接板理论进行设计计算的。铰作为横向传力结构，还需要承受较强的竖向剪力作用。空心板挖空率高、截面惯矩小、结构刚度小;铰缝仅占板高的15% ，连接刚度弱;截石浅而狭窄，缝内混凝土施工时难以浇捣;现浇的混凝土因板侧面凿毛不彻底及养生不足等原因，与板的黏结力几乎为零，甚至早期已开裂松散;铰缝连接钢筋细而少，顶板连接钢筋拉力不足;混凝土铺装过薄，有的甚至只有2,3 cm等。这些原因都造成了桥梁横向抗剪能力削弱，横向传递荷载能力很差，在重车荷载反复作用下，铰缝极易破坏，出现板问贯通纵缝。这与铰接板(梁)法假定竖向荷载作用下铰缝内只传递竖向剪力的计算理论不吻合。 2.运营状态
经长期观测分析，铰缝破坏是非承重结构损伤积累，属抗力衰减。
3.试验结果分析
(1)增加混凝土铺装层厚度对于降低铰缝剪应力效果十分明显。当铺装层厚度为20 cm时，铰缝最大剪应力只有厚度为4 em时的12% ;当铺装层厚度为14 cm时，铰缝最大纵向拉应力只有厚度为4 em 时的40%Elo。
(2)增加铺装层弹性模量(即刚度)对铰缝结构的剪应力影响很大。
(3)铰缝混凝土的接触条件对其受力影响较大。
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