预应力混凝土空心板单板受力成因分析及处治措施.pdf

2 0 1 4年第 4期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 3 3期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 4 4 0 3 预 应 力 混 凝 土 空 心板 单板 受 力成 因 分析及 处治措 施 黄镇繁 ( 广东省高速公路有限公司河源分公司， 广东 河源 5 1 7 4 0 0 ) 摘要： 单板受力现象已经成为营运高速公路预应力混凝土空心板桥梁的一种普遍性病害， 结合惠河高速公路桥 梁的营运养护管理工作， 对预应力混凝土空心板桥单板受力所产生原因进行了研究分析， 探讨提出空心板梁桥 单板受力的预防和治理方法。 关键词：预应力混凝土空心板；单板受力；处治措施 中图分 类号 ：U 4 4 8 2 1 2 文献标识码 ：A 0 引言 预应力混凝土空心板桥 由于构造简单 ， 预制 、 施工方便等优点 在 中小跨径桥梁建设 中得到 了 广泛应用。然而 ， 由于高速公路交通量 大， 重载车 辆增多， 荷载渠化等 因素的影响 。 中小跨径预应力 混凝土简支空心板梁桥 出现了诸如行车道桥 面铺 装开裂、 铰缝破坏等病害 ， 进而形成了“ 单板受力” 现象 这对桥梁结构使用 的安全性 和耐久性造成 了严重威胁。 惠河高速公路作 为广东省通往 山区高速公路 的重点项 目之一 自2 0 0 3年建成通车以来 ， 随着通 车时间增长 、 交通量的增长以及重载车辆的增加 ， 沿线由预应力混凝土空心板梁组成的通道桥也出 现了不同程度 的病 害， 部分桥梁单板受力现象有 日益严重的趋势。 为此 ， 本文在分析预应力混凝土空心板桥出现 单板受力特征和病害特点的基础上， 结合惠河高速 公路预应力混凝土空心板病害处治的工程实践， 探 讨提出空心板梁桥单板受力的预防和治理方法。 1 预应力混凝土空心板“ 单板受力” 病害特 征分析 中小跨径桥梁采用预应力混凝土空心板桥主 要基于各板梁横 向之间通过现浇 的混凝 土企 口缝 铰接而将多片板梁形成整体 从 而使 作用于行车 道板上的荷载传递到横 向各板件 间， 达到协 同受 力 目的 。 然而 l 随着车辆荷载的反 复作用 ， 铰接缝连接 处会慢慢地 出现疲 劳开裂破 坏的现象 ， 这将使得 混凝土梁 板所受 到的荷载不能有效地横 向分配 ， 作用在空心板 的单 点车轮集中力 ， 将完全 由单 一 的主梁承担 而形成 了“ 单板受力” 现象 。这种 现 象极易造 成单板 实际承 受的 内力值超 过其设 计 值 而出现板底开裂的病害 。 从已有 预应力混凝土空心板 的“ 单板受力 ” 病 害现象看。 其往往具有如下明显特征 ： ( 1 ) 各种中小跨径 的空心板桥建筑高度普遍 较低 ， 在长期反复车辆荷载作用下 ， 横 向铰缝构造 极易出现破坏 失效， 车辆荷载不能有效 地分配到 相邻各板件中。 ( 2 ) 铰缝失效破坏 的病害往往容易发生在重 车通行频率较高的行车道轮迹部位 ， 主要 由于该 处车辆作用的荷载相对较大 ， 作用 的频 率相对较 高 更容易产生疲劳开裂破坏。 ( 3 )铰缝 开裂破 坏后 ， 最先引起 的桥梁结构 的次生病害主要为桥面铺装 的纵 向开裂 且 开裂 主要位于铰接缝的上方 ， 有时形成了一条破碎带。 不同桥面铺装形式 的预应力空心板桥其 开裂 的程 度往往不 同， 采用混凝 土桥 面铺装 的桥 梁结构 出 现纵裂往往比沥青混凝土铺装病害的程 度要轻一 些 主要为混凝 土桥 面铺装对桥梁 刚度的贡献 明 显 比沥青混凝土要大 作者简介： 黄镇繁( 1 9 8 8 1 2 - ) ， 男， 本科 ， 从事高速公路桥梁养护与管理工作。E - m a i l ： z h e n n h u a n g x m a i l c o m 4 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 4期 广东公路交通 总第 1 3 3期 也时有发生 ， 在不 断增 大的交通量和超限运输作 用下 ， 桥梁结构极 易造成 因荷载 内力值超过设计 值而 出现开裂破坏 的现象 ， 特别是作为受力相 对 薄弱的铰接缝 ， 其因为受力过大 出现开裂破 坏现 象就更为普遍 。 ( 2 ) 设计所采用 的空心板设计 理论 与结 构实 际受力状况存在较大差异。 长期 以来 空心板 的受力 和计 算 ， 一直都 沿用 铰接板理论进行设计。该理论用于桥梁结构 的横 向简化计算 上 ， 具有一定 的精 度 ， 然 而， 由于铰缝 构造和桥梁空间受力 的特殊性 ，该理论往往难 以 反映桥梁结构铰缝局部受力 的实际状 况 ， 正如前 面所述 ， 铰接缝破坏 的实际受力状况往往是弯拉 、 剪切 、 扭转等多种内力共同作用 的结果 ， 采用单 一 的抗剪设计存在一定 的缺 陷， 其 出现开裂破坏 的 现象往往就难 以避免。 3 2 施工方面的原 因 ( 1 ) 惠河高速公路通道桥桥面铺装结构为 ： 预 制梁板上现浇 1 0 c m厚 C 3 0防水混凝土铺装层 ， 上 面加铺 5 c m 中粒式沥青混凝 土下 面层 ， 4 c m细粒 式沥青混凝土上面层。 由于构件 的预制 、 安装上部上 的误 差和标高 控制综合 因素 的影响 ， 部分水 泥混凝 土铺装层厚 度只有 8 c m9 e ra， 甚至更薄 ， 铺 装层难 以形成一 个密实的整体结构层 ， 水泥混凝 土铺装层 内的钢 筋起不到应有 的作用 。 作用力不能有效 向其它梁 板传动 ， 而形成单板受力现象 。 ( 2 ) 施工时铰缝未完全振捣密实 ， 其横 向联系 存在失效现象 。 在水和车辆荷载 的作用下 铰缝 混 凝土逐渐碎裂脱落。 3 3 外部环境及混凝土结构 自身 因素影响 惠河高速公路连接着惠州和河源两个重要 的 城市 ， 该地区位于明显的亚热带季气候 ， 夏天情况 下 ， 桥梁外部作用的环境温度普遍较高， 桥梁结构 引起的梯度温度 的作用 明显较大 ； 另外结构混凝 土 自身的收缩徐变 。 铰接缝铰接面的结合情况等 都是引起铰缝开裂破坏的重要原因之一 。 4单板受力处治方案 4 1 主 要处治 措 施 针对惠河高速公路预应力混凝土空心板单板 受力的实际情况 ， 结合 已有 的桥梁加 固设 计分析 方法 ， 采取的加固措施主要有 ： ( 1 ) 凿除原桥面铺装层及整体化层 ( 不得伤及 4 6 结构层) 。具体处治措施如下 ： 改变原来桥 面铺装结 构层 ， 原 桥面结构为 1 0 c m钢筋砼+ 9 c m沥青砼 ， 凿除后一次浇筑 1 9 c m 厚 的聚丙烯纤维混凝土 ： 采用双层焊接钢筋 网对桥面铺装的整体性 进行增强 设两层直径为 1 2 ram、 间距为 1 0 c m的钢 筋网， 加强桥梁的整体刚度： 为保护空心板结 构不受水侵蚀 ， 采用 C 4 0 聚丙烯纤维混凝土， 混凝土抗渗等级 P 1 0 。为减少 新浇筑混凝 土收缩对 旧桥的影响 ， 在 聚丙烯 中加 入 C MA三膨胀 源抗 裂 剂 8 ( 占胶 凝材 料 总重 量 ) ， 从而提高桥面铺装层的抗裂和抗渗能力 ； 考虑到斜交角度较大( a 2 0 。 ) ， 为防止桥面 钝角处在集 中荷载下产生剪切破坏 ， 设 置钝角加 强钢筋。 ( 2 ) 凿除铰缝混凝土 ， 并 重新 浇筑 ， 加强混凝 土浇筑的质量管理。具体处治措施如下 ： 采用补偿收缩混凝土 ， 标号 为 C 4 0 ， 其性 能 满足桥梁施工技术规范的要求 ： 桥面铺装层 中植入直径为 1 2 m m 的铰缝骑 马筋及剪力筋 ， 加强空心板的横向联系。 4 2 施工注意事项 ( 1 ) 施工前应对原桥面标高进行测量 ， 防止 由 于施工标高控制不严引起的铺装层厚度不足。 ( 2 ) 凿除桥面铺装层后 ， 要彻底清除板上浮浆 、 油污等杂物 ， 并对结构层表面凿毛成凹凸差不小于 6 mm的粗糙面 ， 从而保证新老混凝土粘结良好。 ( 3 ) 安装钢筋 网时要保证顶层钢筋 网净保护 层厚度为 3 c m。 并将原整体化层钢筋与新设钢筋网 焊接 ， 使桥面铺装与梁板协同受力。 ( 4 ) 空心板顶面植筋的施工注意事项如下 ： 钻孔时应确保孔的表面有足够的粗糙度； 植筋确保锚筋植入部分完全粘上胶 ； 在固化前不可对钢筋施加任何荷载， 也不 可浇筑混凝土， 养生时间一般在 2 4 h以上。 5 结语 针对预应力混凝土空心板单板受力现象 日益 普遍的现象 ， 本文综合分析 了该类病 害的基本特 征情况以及受力特点。在此基础上， 结合广东省 惠河高速公路通道桥单板受力 的实 际情 况， 提 出 了该类病害的处治措施和维修加 固方法。针对加 固后的营运情况， 委托专业桥梁检测机构对加固后 ( 下转第6 3页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 4期 黄云骢 ， 周建春某高速公路隧道施工初期支护参数分析与监测 总第 1 3 3期 结果与现场监测 的拱 顶下沉 、 周边 位移和 围岩 内 部位移结果一致。 ( 2 ) 两种方法的结果对 比表 明， 本 文方法可为 施工后续断面施工提供可靠的支护参数设计依据 和为施工方案的安全性提供科学论证 。 参考文献 ： 1 公路隧道设计规范 J T G D 7 0 2 0 0 4 s 北京： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 2 公路隧道施工技术规范 J T G F 6 0 2 0 0 9 s 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 0 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 2 ) Pa r a m e t e r s Ana l y s i s a nd M o ni t or i ng o f I n i t i a l S up po r t s f o r a n Ex pr e s s wa y Tun ne l und e r Co n s t r uc t i o n HU A NG Y u n c o n g ， ZHOU fia n c h u n ( 1 G u a n g d o n g P r o v i n c i a l F r e e w a y C o ， L t d ， G u a n g z h o u ， G u a n g d o n g 5 1 0 1 0 0 ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d T r a n s p o r t a t i o n，S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0) Ab s t r a c t ：S o me s i mu l a t i o n a n a l y s i s mo d e l s f o r t h e b e n c h i n g t u n n e l l i n g b y fi n i t e e l e me n t me t h o d a r e e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e t y p i c a l i n i t i a l s u p p o rts for a f r e e wa y t u n n e l u nd e r c o n s t r u c t i o n，a n d pa r a me t e r v a l u e s o f i n i t i a l s u p p o r t s a r e a n a l y z e d b y t h e c o mp u t e r s o f t w a r e MI DAS GT S a n d v e ri fi e d b y t h e mo n i t o ri n g a n d c o n t r o l l i n g o f t h e t u n n e l c o n s t r u c t i o n Ke y wor ds：t u nn e l ；p a r a me t e r o f i n i t i a l s u p po r t ；fi ni t e e l e me n t s i mu l a t i o n；mo n i t o r a n d c o n t r o l ( 上接 第4 6页) 的桥梁进行检测 ， 检测结果显示 ， 维修加 固后明显 增强了桥梁的整体工作性 能 ， 提 高了桥梁承载能 力 ， 单板受力的问题得到 较好的解决 ， 可为同类桥 梁的养护维修加 固提供参考经验。 参考文献： 1 公路桥涵养护技术规范 J T G H1 1 2 0 0 4 S 北京： 人 民交 通出版社 2 0 0 4 2 公路桥梁加固设计规范 J T G T J 2 2 2 0 0 8 S 北 京 ： 人民交通 出版社 2 0 0 8 3 混凝土外加剂应用技术规范G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 S 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 3 4王砚桐 高等级公路中“ 单板受力” 现象及原 因 分析 J 公路交通技术 ， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 2 9 3 2 5 申婧 空心板铰缝处理方法探讨 J 工程与建 设 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 2 6 1 2 7 6 刘华 ， 叶见曙， 俞博， 等 桥梁荷载横向分布系数 计算方法 J 交通运输工程学报， 2 0 0 9 ( 1 )： 6 2 6 6 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 1 0 ) Ca u s e An a l y s i s a n d M a i n t e n a nc e M e a s u r e f o r S i n g l e S l a b Be a r i l l g o f P r e s t r e s s e d Con c r e t e Ho l l o w S l a b Br i d g e HU A NG Z h e n f a n ( H e y u a n B r a n c h o f G u a n g d o n g P r o v i n c i a l F r e e w a y C o ， L t d ， H e y u a n G u a n g d o n g 5 1 7 4 0 0 ) Abs t r a c t ：Th e s i n g l e s l a b be a rin g o f p r e s t r e s s e d c o nc r e t e h o l l o w s l a b b r i d g e h a s be c o me a c o mmo n d i s e a s e o f e x p r e s s wa y b rid g e s Be i n g ba s e d o n t h e ma i n t e n a n c e o f b rid g e s a t Hu i h e Ex p r e s s wa y，i n t h i s p a p e r ，t h e c a us e s o f t h e s i n g l e s l a b be a rin g o f pr e - s t r e s s e d c o n c r e t e ho l l o w s l a b b r i d g e s ha v e b e e n a n a l y z e da n d t h e p r e v e n t i o n a nd ma i nt e n a n c e me a s u r e s f o r t h e h o l l o w s l a b b rid g e s h a v e b e e n p u t f o r wa r d Ke y wo r d s ：p r e s t r e s s e d c o n c r e t e h o l l o w s l a b；s i n g l e b e a m b e a r i n g ；t r e a t me n t me a s u r e s 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m