论文部分内容阅读
摘要：由于对于斜交空心板桥结构研究较少，受力特性不明确，施工工艺粗糙，常造成裂缝等病害。本文着重从斜交空心板受力特性进行分析，探讨裂缝产生的原因，并对相关设计和施工工艺进行优化。
关键词：斜交空心板桥病害设计施工优化
为了满足地形或高速公路线性的需要，桥梁建设中经常采用斜交桥梁，空心板桥也因其结构简单，技术成熟得到广泛应用。但是由于对于斜交空心板桥结构研究较少，设计方法不完善，常造成裂缝等病害，这些病害严重影响桥梁的承载力和正常使用，对人民的生命财产造成威胁。因此笔者对斜交空心板桥的裂缝产生的原因进行分析，对相关施工质量控制技術进行探讨。达到延长使用寿命，降低病害的发生率，使斜交空心板桥更好的为交通运输服务。
1、斜交空心板桥病害现象
随着斜交空心板桥在工程实践中的应用日益增多，伴随而来的病害问题也逐渐凸显出来，根据病害产生的位置及重要性，大体可分为主体结构病害和附属结构病害。
（1）主体结构病害。斜交空心板板底混凝土密实程度不高，底板渗水和漏水的现象较多。两块空心板间湿接缝处易出现开裂甚至漏水现象，空心板麻面，由于保护层厚度不够，露筋现象严重。边梁的横向裂缝沿腹板高度开裂，甚至接近顶板。混凝土开裂后出现结晶体。在顶板横向或板底纵向，常出现预应力空心板裂纹的问题。底板混凝土钢筋保护层的厚度不足，导致钢筋外漏现象的出现，使钢筋被脱模剂污染。
（2）附属结构病害。斜交桥防撞墙在梁端处易断开，桥面变形缝附近往往出现贯穿的斜裂缝。易出现桥头路面塌陷，支座受力不均甚至支反力的出现导致支座变形严重的现象。理论支持线部分的底座平面不平整，预制板两端安设支座的位置高度不一致，从而使板产生扭曲力。
2、 斜交空心板桥病害成因
（1）斜交空心板桥传力复杂性导致病害
根据国内外对斜交空心板桥的研究，由于弯扭耦合作用对斜交梁的影响，最大弯矩的发生位置往往不是出现在跨中截面，而是相对离钝角较近的位置。斜交桥梁受力较复杂，与正交桥有很大差别。钝角角隅出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘起。结构易出现较大扭矩，同时对边梁靠近支承位置扭矩较大。板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢，随斜交的增大从跨中向钝角部位移动。处理在斜跨径方向的主弯矩外，在钝角部位的角平分线垂直方向，将产生接近于跨中弯矩值相当大的负弯矩。此外，主弯矩的方向近似垂直于两边支承线，如图1所示，而在实际配筋中较少考虑传力方向的影响，成为造成病害的原因。
图1
（2）施工工艺和设计缺陷导致病害
施工中，预应力空心板的芯模固定不牢，受到挤压力的作用使芯模上浮，使得空心板底板的厚度增加，为了保证截面高度一致，不得不减少顶板的厚度，使得顶板的厚度得不到保证，或者因此增加顶板的厚度，从而减少了桥面铺装层的厚度。水灰比也是影响截面开裂干缩的重要原因。由于支座反力不均匀，不均匀沉降的出现导致支座变形。斜交桥梁中，由于不垂直配筋的因素，混凝土的密实度难以保证，振捣不到位也是预应力空心板的顶板和底板常出现纵向裂缝的重要原因。
斜交桥梁的尺寸不规则，施工难度大，空心板的几何尺寸与设计不符合的情况时有发生，特别是长度的影响。斜交桥梁配筋复杂，除了布置垂直于桥梁轴心线的钢筋外为了防止翘曲现象的发生，还应布置垂直于梁端的斜向钢筋；张拉预应力时，桥梁的空心板厚度太小，底板出现纵向裂缝，导致预应力传递不到位。加上空心板绞缝混凝土脱落，空心板的横向联系不够，横向分布系数在设计中采用简化计算，桥梁的整体刚度与实际差别大，各板受力不均匀，变形缝深度达不到要求，混凝土发生膨胀破裂。
3、斜交空心板桥梁病害处理重要性
人民的生命财产安全重于泰山，桥梁承担着连接线路，跨越江河的重任，往往是线路的控制工程，甚至是地标性工程，对桥梁病害处理的重要性就显得尤为突出。
在修建较早的斜交桥梁中，由于当时人们对铺装功能、病害认识的局限性，有时存在钢筋用量不足，角隅处钢筋配置不合理，铺装与承载构件的界面连续不牢靠等问题。桥梁受到超载货车的作用，这使斜交桥梁存在极大安全隐患。
桥梁有着投资大，成本高，使用年限久的特点。斜交桥梁在市政工程特别是立交以及特殊线路中运用广泛，重新修建造成的损失巨大；因此在施工时便应充分考虑导致各种病害的因素，优化设计，提高施工质量和施工工艺，保证斜交空心板桥的质量。
4、斜交空心板桥施工设计优化
桥梁施工中，设计考虑不周的情况常有出现，为保障施工质量达到设计强度要求，笔者结合工作经验，总结斜交空心板桥设计与施工中的注意事项，以供读者探讨。
（1）斜交空心板桥优化设计
出于提高安全可靠性的考虑，减少弯扭耦合的影响，在跨中位置，应当采用对称配置，对称段的长度可以取（0.2~0.6）L或在跨中两端取L/8.在钝角角隅处，局部弯矩同主梁正交方向一致，故应将其布置成与主梁垂直，端部构造成扇形，钝角局部加密。若采用单点支承，剪力弯矩较大，在支座上方必需配置补助钢筋。如图2所示：
图2
设计时，通常以弯矩控制设计。斜交桥梁中，虽然荷载产生的剪力和扭矩大部分被抵消，但剩余部分必需调整预应力筋或布置附加钢筋来抵消。预应力钢筋的布置方式应尽量采用对称布置，并调整上下配筋数量以优化设计。为加强横向联系，使得荷载在横桥向有效分布，同正交桥梁一样，也应该设计横梁，与之不同的是，横梁有两种方法，即正交格子梁桥和斜交格子梁桥。工程实践表明，荷载按最段跨径进行传递，因此前者在传力和细部构造来说，相对较好。此外，斜交板桥不应太宽，宽跨比不宜大于1，值得注意。
（2）斜交空心板桥优化施工
针对空心板顶板开裂的现象，若顶板厚度小于7cm，，应当凿除厚度不足的部分，并冲装芯模，增加补强钢筋，浇筑等级更高的混凝土，保证顶板的厚度达到设计标准，同时，应该在顶板上的桥面铺装层加设10cmX10cm 的φ12mm 钢筋网，钢筋网应于相邻空心板的湿接缝钢筋焊接牢固。
斜交空心板板底若出现不够密实的现象，经常出现渗水现象和漏水现象和纵向局部裂缝或钢筋混凝土保护层不足等问题，如果混凝土强度合格，没有在静载实验中出现问题，可以采用防水措施，比如采用防水材料，在不密实的混凝土底板顶面上进行喷涂，经过渗透化学作用，使混凝土密实度和强度得到提高，从而能够防止水和空气侵蚀钢筋。
预应力空心板建筑高度超过设计标准，使桥面铺装层的厚度受到直接影响，凡是桥面铺装厚度不能够达到设计要求的，可以进行墩台帽或垫石高度或凿除超厚的顶板部分的调，如果已经将上部结构安装就位，无法调整墩台帽及垫石，可采用对纵坡进行调整的方法来解决问题。预应力空心板的长短不一致，在安装时，梁端伸缩处有的没有伸缩空隙，有的呈锯齿壮，导致伸缩缝安装难度增加，要解决这种问题，可以在安装就位前，凿除整齐超长部分，从而使伸缩缝的准确安装得到有效的保证。
7、结论
目前，斜交空心板桥广泛运用于对地形和道路线型有特殊要求的桥梁，随着社会的发展，汽车及铁路运输能力的增强，桥梁的设计荷载也在提高，对已有和将建的斜交空心板桥提出了更高的要求。如何提高斜交空心板桥的承载能力，延长使用年限，已成为设计和施工人员都必须认真面对和必须解决的问题。只有充分掌握斜交桥梁的受力特性，仔细分析裂缝发生和发展的机理，对已有的设计和施工进行优化，才能有效的解决这个问题。才能充分利用斜交桥对线型的优化和对空心板施工的简化，使其真正成为设计理念清晰，施工过程简单，质量保障过硬的桥型。
参考文献：
[1] 张修萍, 李涛, 张淑丽. 桥梁工程预制空心板施工中出现的质量问题及防治[J]. 治黄科技信息,2008,(02).
[2] 张锐. 公路控制测量中误差来源及分析 [J]. 淮北职业技术学院学报,2009,(01).
[3] 葛成龙, 赵凤勤. 预制预应力空心板梁施工中应注意的几个技术问题[J]. 科技资讯,2006(29).
[4] 周海华. 预应力T 梁施工全过程的质量控制[J]. 中国水运( 下半月),2009,(02).
[5]陈忠. 预应力混凝土空心板桥应用与施工相关问题[J].中国高新技术企业,2009,(22).
[6] 陈春华, 张利燕. 浅析公路桥梁工程路面施工的病害及工艺质量控制[J]. 四川建材
,2009,(03).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：斜交空心板桥病害设计施工优化
为了满足地形或高速公路线性的需要，桥梁建设中经常采用斜交桥梁，空心板桥也因其结构简单，技术成熟得到广泛应用。但是由于对于斜交空心板桥结构研究较少，设计方法不完善，常造成裂缝等病害，这些病害严重影响桥梁的承载力和正常使用，对人民的生命财产造成威胁。因此笔者对斜交空心板桥的裂缝产生的原因进行分析，对相关施工质量控制技術进行探讨。达到延长使用寿命，降低病害的发生率，使斜交空心板桥更好的为交通运输服务。
1、斜交空心板桥病害现象
随着斜交空心板桥在工程实践中的应用日益增多，伴随而来的病害问题也逐渐凸显出来，根据病害产生的位置及重要性，大体可分为主体结构病害和附属结构病害。
（1）主体结构病害。斜交空心板板底混凝土密实程度不高，底板渗水和漏水的现象较多。两块空心板间湿接缝处易出现开裂甚至漏水现象，空心板麻面，由于保护层厚度不够，露筋现象严重。边梁的横向裂缝沿腹板高度开裂，甚至接近顶板。混凝土开裂后出现结晶体。在顶板横向或板底纵向，常出现预应力空心板裂纹的问题。底板混凝土钢筋保护层的厚度不足，导致钢筋外漏现象的出现，使钢筋被脱模剂污染。
（2）附属结构病害。斜交桥防撞墙在梁端处易断开，桥面变形缝附近往往出现贯穿的斜裂缝。易出现桥头路面塌陷，支座受力不均甚至支反力的出现导致支座变形严重的现象。理论支持线部分的底座平面不平整，预制板两端安设支座的位置高度不一致，从而使板产生扭曲力。
2、 斜交空心板桥病害成因
（1）斜交空心板桥传力复杂性导致病害
根据国内外对斜交空心板桥的研究，由于弯扭耦合作用对斜交梁的影响，最大弯矩的发生位置往往不是出现在跨中截面，而是相对离钝角较近的位置。斜交桥梁受力较复杂，与正交桥有很大差别。钝角角隅出现较大的反力和剪力，锐角角隅处出现较小的反力，还可能出现翘起。结构易出现较大扭矩，同时对边梁靠近支承位置扭矩较大。板边缘或边梁最大弯矩向钝角方向靠拢，随斜交的增大从跨中向钝角部位移动。处理在斜跨径方向的主弯矩外，在钝角部位的角平分线垂直方向，将产生接近于跨中弯矩值相当大的负弯矩。此外，主弯矩的方向近似垂直于两边支承线，如图1所示，而在实际配筋中较少考虑传力方向的影响，成为造成病害的原因。
图1
（2）施工工艺和设计缺陷导致病害
施工中，预应力空心板的芯模固定不牢，受到挤压力的作用使芯模上浮，使得空心板底板的厚度增加，为了保证截面高度一致，不得不减少顶板的厚度，使得顶板的厚度得不到保证，或者因此增加顶板的厚度，从而减少了桥面铺装层的厚度。水灰比也是影响截面开裂干缩的重要原因。由于支座反力不均匀，不均匀沉降的出现导致支座变形。斜交桥梁中，由于不垂直配筋的因素，混凝土的密实度难以保证，振捣不到位也是预应力空心板的顶板和底板常出现纵向裂缝的重要原因。
斜交桥梁的尺寸不规则，施工难度大，空心板的几何尺寸与设计不符合的情况时有发生，特别是长度的影响。斜交桥梁配筋复杂，除了布置垂直于桥梁轴心线的钢筋外为了防止翘曲现象的发生，还应布置垂直于梁端的斜向钢筋；张拉预应力时，桥梁的空心板厚度太小，底板出现纵向裂缝，导致预应力传递不到位。加上空心板绞缝混凝土脱落，空心板的横向联系不够，横向分布系数在设计中采用简化计算，桥梁的整体刚度与实际差别大，各板受力不均匀，变形缝深度达不到要求，混凝土发生膨胀破裂。
3、斜交空心板桥梁病害处理重要性
人民的生命财产安全重于泰山，桥梁承担着连接线路，跨越江河的重任，往往是线路的控制工程，甚至是地标性工程，对桥梁病害处理的重要性就显得尤为突出。
在修建较早的斜交桥梁中，由于当时人们对铺装功能、病害认识的局限性，有时存在钢筋用量不足，角隅处钢筋配置不合理，铺装与承载构件的界面连续不牢靠等问题。桥梁受到超载货车的作用，这使斜交桥梁存在极大安全隐患。
桥梁有着投资大，成本高，使用年限久的特点。斜交桥梁在市政工程特别是立交以及特殊线路中运用广泛，重新修建造成的损失巨大；因此在施工时便应充分考虑导致各种病害的因素，优化设计，提高施工质量和施工工艺，保证斜交空心板桥的质量。
4、斜交空心板桥施工设计优化
桥梁施工中，设计考虑不周的情况常有出现，为保障施工质量达到设计强度要求，笔者结合工作经验，总结斜交空心板桥设计与施工中的注意事项，以供读者探讨。
（1）斜交空心板桥优化设计
出于提高安全可靠性的考虑，减少弯扭耦合的影响，在跨中位置，应当采用对称配置，对称段的长度可以取（0.2~0.6）L或在跨中两端取L/8.在钝角角隅处，局部弯矩同主梁正交方向一致，故应将其布置成与主梁垂直，端部构造成扇形，钝角局部加密。若采用单点支承，剪力弯矩较大，在支座上方必需配置补助钢筋。如图2所示：
图2
设计时，通常以弯矩控制设计。斜交桥梁中，虽然荷载产生的剪力和扭矩大部分被抵消，但剩余部分必需调整预应力筋或布置附加钢筋来抵消。预应力钢筋的布置方式应尽量采用对称布置，并调整上下配筋数量以优化设计。为加强横向联系，使得荷载在横桥向有效分布，同正交桥梁一样，也应该设计横梁，与之不同的是，横梁有两种方法，即正交格子梁桥和斜交格子梁桥。工程实践表明，荷载按最段跨径进行传递，因此前者在传力和细部构造来说，相对较好。此外，斜交板桥不应太宽，宽跨比不宜大于1，值得注意。
（2）斜交空心板桥优化施工
针对空心板顶板开裂的现象，若顶板厚度小于7cm，，应当凿除厚度不足的部分，并冲装芯模，增加补强钢筋，浇筑等级更高的混凝土，保证顶板的厚度达到设计标准，同时，应该在顶板上的桥面铺装层加设10cmX10cm 的φ12mm 钢筋网，钢筋网应于相邻空心板的湿接缝钢筋焊接牢固。
斜交空心板板底若出现不够密实的现象，经常出现渗水现象和漏水现象和纵向局部裂缝或钢筋混凝土保护层不足等问题，如果混凝土强度合格，没有在静载实验中出现问题，可以采用防水措施，比如采用防水材料，在不密实的混凝土底板顶面上进行喷涂，经过渗透化学作用，使混凝土密实度和强度得到提高，从而能够防止水和空气侵蚀钢筋。
预应力空心板建筑高度超过设计标准，使桥面铺装层的厚度受到直接影响，凡是桥面铺装厚度不能够达到设计要求的，可以进行墩台帽或垫石高度或凿除超厚的顶板部分的调，如果已经将上部结构安装就位，无法调整墩台帽及垫石，可采用对纵坡进行调整的方法来解决问题。预应力空心板的长短不一致，在安装时，梁端伸缩处有的没有伸缩空隙，有的呈锯齿壮，导致伸缩缝安装难度增加，要解决这种问题，可以在安装就位前，凿除整齐超长部分，从而使伸缩缝的准确安装得到有效的保证。
7、结论
目前，斜交空心板桥广泛运用于对地形和道路线型有特殊要求的桥梁，随着社会的发展，汽车及铁路运输能力的增强，桥梁的设计荷载也在提高，对已有和将建的斜交空心板桥提出了更高的要求。如何提高斜交空心板桥的承载能力，延长使用年限，已成为设计和施工人员都必须认真面对和必须解决的问题。只有充分掌握斜交桥梁的受力特性，仔细分析裂缝发生和发展的机理，对已有的设计和施工进行优化，才能有效的解决这个问题。才能充分利用斜交桥对线型的优化和对空心板施工的简化，使其真正成为设计理念清晰，施工过程简单，质量保障过硬的桥型。
参考文献：
[1] 张修萍, 李涛, 张淑丽. 桥梁工程预制空心板施工中出现的质量问题及防治[J]. 治黄科技信息,2008,(02).
[2] 张锐. 公路控制测量中误差来源及分析 [J]. 淮北职业技术学院学报,2009,(01).
[3] 葛成龙, 赵凤勤. 预制预应力空心板梁施工中应注意的几个技术问题[J]. 科技资讯,2006(29).
[4] 周海华. 预应力T 梁施工全过程的质量控制[J]. 中国水运( 下半月),2009,(02).
[5]陈忠. 预应力混凝土空心板桥应用与施工相关问题[J].中国高新技术企业,2009,(22).
[6] 陈春华, 张利燕. 浅析公路桥梁工程路面施工的病害及工艺质量控制[J]. 四川建材
,2009,(03).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。