葛金城（河北省高速公路石安改擴建籌建處，石家莊050000）

結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸接空心板設(shè)計與施工

葛金城
（河北省高速公路石安改擴建籌建處，石家莊050000）

針對現(xiàn)有鉸接空心板橋的薄弱部位——鉸縫，采用一種在空心板與鉸縫結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的構(gòu)造，通過開孔鋼板改變結(jié)合面裂縫開展的路徑，達到延緩空心板與鉸縫結(jié)合面通縫形成的目的。進行了一座3×10m的結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸接空心板橋的設(shè)計與施工，開展了該空心板橋的靜載試驗，結(jié)果表明結(jié)合面底板開孔鋼板的空心板橋在1.3倍公路-I級荷載作用下鉸縫不會開裂。

鉸接空心板橋鉸縫開孔鋼板靜載試驗

1 前言

2007年我國依據(jù)交通部頒布的《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJD60-2004）和《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJD62-2004）出版了新的公路橋涵標準圖（新標準圖）。新標準圖中的空心板橋為增強空心板與鉸縫的共同作用，在空心板底部增設(shè)了門式鋼筋或單肢鋼筋。針對新標準圖中的鉸縫構(gòu)造，葉見曙等[1]、吳慶雄等[2]分別針對底部采用單肢鋼筋和門式鋼筋的鉸接空心板鉸縫進行了試驗研究，結(jié)果表明空心板與鉸縫的結(jié)合面依舊是新標準圖的薄弱環(huán)節(jié)。

此外，有學者提出新的鉸縫鋼筋構(gòu)造[3-5]以及建議提高鉸縫填料強度[6]等措施以提高鉸縫性能。陳康明等[7]進行的參數(shù)分析表明所提出的新的鉸縫鋼筋構(gòu)造和增大鉸縫混凝土強度等級對結(jié)合面性能沒有明顯改善。

既有研究表明，我國目前采用的所有鉸縫構(gòu)造形式，在豎向荷載作用下，空心板與鉸縫結(jié)合面最先發(fā)生開裂，并沿結(jié)合面擴展，最終導致結(jié)合面通縫形成并引起鉸縫構(gòu)造失效，形成“單板受力”。因此，為延緩鉸縫構(gòu)造結(jié)合面通縫的形成，保證鉸縫構(gòu)造與空心板的受力性能相接近，本文介紹一種在結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的空心板橋的設(shè)計與施工，并采用實橋靜載試驗以驗證結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造對延緩鉸縫結(jié)合面開裂的有效性。

2 結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造

為了延緩空心板與鉸縫的結(jié)合面開裂，保證鉸縫構(gòu)造與空心板的受力保持接近的狀態(tài)，文獻[8]提出一種結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造。通過足尺模型試驗和非線性有限元分析研究了在車輛荷載作用下，結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸接空心板橋的受力性能。研究表明：與新標準圖中空心板橋相比，在結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板，對鉸接空心板橋整體受力性能沒有明顯影響；但在結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板后，空心板與鉸縫構(gòu)造結(jié)合面開裂時，裂縫的擴展不會按照原來的結(jié)合面向上擴展，而是繞過開孔鋼板后再沿結(jié)合面向上擴展，鉸縫裂縫開展路徑的變化大幅度延緩了空心板與鉸縫結(jié)合面的開裂，鉸縫開裂荷載提高3.50倍，鉸縫形成通縫時的荷載提高4.51倍。

3 結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的空心板橋設(shè)計

以某高速公路一座3×10m跨徑裝配式鋼筋混凝土空心板橋為例，介紹結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的空心板橋的設(shè)計。

空心板橋每跨計算跨徑9.60m，橫斷面由7片中板和2片邊板組成，板高50cm，板和板之間底緣間距1cm。全橋立面布置見圖1，中板橫截面見圖2，上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置見圖3。

鉸縫構(gòu)造及鉸縫內(nèi)配筋與新標準圖中空心板橋鉸縫構(gòu)造相似。中板鉸縫構(gòu)造見圖4（a），鉸縫構(gòu)造內(nèi)的鋼筋見圖4（b）所示，分別在鉸縫構(gòu)造內(nèi)配置的剪刀鋼筋（①號鋼筋）、縱向受力鋼筋（②號鋼筋），以及空心板結(jié)合面鋼筋（③號鋼筋）。

為了使結(jié)合面底部開孔鋼板與空心板鋼筋骨架連成整體，在空心板鉸縫結(jié)合面底部設(shè)置一塊預埋鋼板④與空心板內(nèi)箍筋焊接，如圖4（c）所示。為了使在澆筑鉸縫混凝土時使混凝土能順利填充鉸縫的下部空間，將鉸縫結(jié)合面底部設(shè)置的鋼板⑤設(shè)半圓形孔洞。預埋鋼板④和開孔鋼板⑤均采用寬6cm、厚2cm的鋼板，開孔鋼板的孔徑6cm，各孔中心距20cm，詳見圖4（d）。

圖1 橋型布置立面圖（單位：m）

圖2 中板截面圖

圖3 橫斷面布置圖（單位：cm）

圖4 結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造（單位：cm）

4 結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的空心板橋施工

結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板空心板橋施工步驟為：

（1）根據(jù)設(shè)計圖紙綁扎鋼筋，在空心板底部預埋底部結(jié)合面構(gòu)造鋼筋，其在預制時沿縱橋向彎折并緊貼內(nèi)模，同時在箍筋上按照設(shè)計位置焊接一塊沿縱橋向全長布置的預埋鋼板④，如圖5（a）所示。

（2）制作空心板模板，并進行空心板混凝土澆筑，進行養(yǎng)護。

（3）拆除空心板模板后，將底部結(jié)合面構(gòu)造鋼筋扳出，并清除預埋鋼板④表面的浮漿，將開孔鋼板⑤焊接在預埋鋼板上，并調(diào)整底部結(jié)合面鋼筋使其穿過半圓形開孔，如圖5（b）所示。

（4）將空心板吊裝至設(shè)計位置。

（5）將鉸縫構(gòu)造鋼筋通過雙面焊接的方式連接到結(jié)合面底部預埋鋼筋，并使其延伸至相鄰空心板頂部，并放置剪刀鋼筋，如圖5（c）所示。

（6）鉸縫及鋪裝層混凝土澆筑，并進行養(yǎng)護。

圖5 現(xiàn)場施工圖

5 實橋靜載試驗

5.1 有限元模型

采用橋梁專用有限元程序MIDAS/Civil建立有限元模型，主梁采用三維梁單元進行模擬，支座采用彈性連接進行模擬。簡支空心板橋采用梁格法進行建模，模型共劃分261個節(jié)點、348個單元。空心板簡支梁橋的有限元模型見圖6。

圖6 有限元模型示意圖

5.2 靜載試驗工況

為驗證結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的鉸縫性能，根據(jù)簡支梁橋的受力特點，選擇第一跨跨中截面（圖7中I-I截面）為控制截面，進行靜載試驗。

分別根據(jù)鉸縫彎矩最不利和剪力最不利原則進行等效加載。本橋設(shè)計荷載為公路—I級，為了驗證開孔鋼板能否提高鉸縫開裂荷載，本次試驗采用分級加載的方式，鉸縫彎矩最不利和剪力最不利工況均等效加載至1.3倍公路—I級荷載。本次靜載試驗采用3輛550kN的三軸載重汽車加載。按1.0倍公路—I級荷載和1.3倍公路—I級荷載進行等效加載時荷載試驗效率均介于0.95～1.05間。

圖7 靜載測試截面示意圖（單位：m）

圖8 鉸縫位移測點布置圖

5.3 測點布置

鉸縫位移采用位移計測量，取測試跨測試斷面下游側(cè)第一個、第四個鉸縫作為觀測對象。如圖8所示。通過在鉸縫左右兩側(cè)布置豎向和水平位移計分別測試鉸縫左右兩側(cè)空心板的相對豎向位移和鉸縫張開量，以此判斷在1.0倍和1.3倍公路—I級等效荷載作用下鉸縫是否會開裂。

5.4 試驗結(jié)果分析

通過鉸縫位移的測試得到：1.0倍和1.3倍公路—I級荷載作用下，鉸縫彎矩最不利工況時，鉸縫兩側(cè)空心板相對豎向撓度分別為0.008mm和0.011mm，鉸縫張開量分別為0.015mm和0.021mm；鉸縫剪力最大工況時，鉸縫兩側(cè)空心板相對豎向撓度分別為0.032和0.042mm，鉸縫張開量分別為0.024和0.031mm。

通過實橋靜載試驗結(jié)果說明，在1.3倍公路-I級荷載作用下結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的空心板橋鉸縫不會開裂。

6 結(jié)論

（1）針對現(xiàn)有鉸接空心板橋的薄弱部位——鉸縫構(gòu)造，介紹了一種空心板與鉸縫構(gòu)造結(jié)合面底部設(shè)開孔鋼板的構(gòu)造，通過開孔鋼板改變結(jié)合面裂縫開展的路徑，達到延緩空心板與鉸縫構(gòu)造結(jié)合面通縫形成的目的。

（2）介紹了一種鉸縫與空心板結(jié)合面底板設(shè)開孔鋼板的空心板橋的設(shè)計與施工，為今后裝配式空心板橋的設(shè)計和施工提供參考。

（3）對有結(jié)合面底板設(shè)開孔鋼板的空心板橋進行了靜載試驗，驗證了結(jié)合面底板設(shè)開孔鋼板的鉸縫構(gòu)造能夠有效地控制鉸縫開裂。在1.3倍公路-I級荷載作用下，結(jié)合面底板設(shè)開孔鋼板的空心板橋鉸縫不會開裂。

[1]葉見曙，劉九生，俞博，等.空心板混凝土鉸縫抗剪性能試驗研究[J].公路交通科技，2013，30（6）∶33-39.

[2]吳慶雄，陳悅馳，陳康明.結(jié)合面底部帶門式鋼筋的鉸接空心板破壞模式分析[J].交通運輸工程學報，2015，5（3）∶15-25.

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[7]陳康明，吳慶雄，黃宛昆，陳寶春.結(jié)合面底部帶門式鋼筋的鉸接空心板橋受力性能參數(shù)分析[J].公路交通科技，2016，33（8）∶65-75.

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