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板桥铰缝评定指标及分级评定标准的简化1引言桥梁，指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。按用途分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥；按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥、特大桥；按结构分为梁式桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥四种基本体系；按行车道位置分为上承式桥、中承式桥、下承式桥；按使用年限可分为永久性桥、半永久性桥；临时桥按材料类型分为木桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥。2005年我国公路总里程193万多公里，桥梁总数为33万多座，1474万多延米，截止2010年底，我国公路桥梁总计62万座，总长2.73万公里，其中特大桥2051座，大桥39381座，已成为仅次于美国的第二桥梁大国。但是近几年桥梁倒塌事件不断发生，给桥梁养护带来巨大的压力，新的公路桥梁技术状况评定标准的应用，实现了技术状况评价的定性定量化。板桥具有造价低、建筑高度小、结构简单、施工方便等优点，成为我国普通公路中小桥普遍采用的结构形式。在进行日常桥梁巡查中，发现该类桥梁普遍存在铰缝混凝土脱落、桥面纵向开裂等典型病害，导致桥梁出现单板受力现象，影响桥梁的结构安全。《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）中对梁式桥上部一般构件给出了具体的评定指标及分级评定标准，板桥的结构简单，上部一般构件为铰缝，由于板桥建造工艺及结构上的要求，铰缝很难直接观察到，而且铰缝的结构简单，可能存在的病害相对于其他上部一般构件也较少，铰缝评定指标及分级评定标准的简化可以更加快速，更加具有针对性地对板桥铰缝进行评定，并及时提出维修加固意见。2板桥受力特性及结构特点板桥的受力结构为板（板，平面尺寸大于板厚），板桥一般适用于：中小跨径桥梁（板厚与跨径的平方成正比。跨径大，板则厚，不经济）、城市立交桥、跨线桥等。按照结构受力特点，板桥常见结构形式有三种：简支、连续、悬臂；。板桥建筑高度小，可增大桥下净空高度、降低桥面高度、减少桥头路堤高度，形式简单、制造方便，重量轻、施工简便。但是板桥的跨径收到限制，钢筋混凝土板桥一般跨径不大于13m，预应力混凝土板桥跨径一般不大于25m。连续板桥的特点：受力合理、行车平顺，跨径一般在10~30m，不超过35m，不等跨的连续板桥受力较合理，边孔跨径是中孔的0.7~0.8倍，等跨的连续板桥预制施工较方便；悬臂板桥的特点：受力合理、行车不利，跨径上中孔跨径介于连续板和简支板之间，边孔为中孔跨径的0.3倍左右，属于静定结构；简支板桥的特点：施工简便、快捷，实心板在8m以内，空心板跨径通常在8~20m，预应力空心板可达到40m，有整体式和装配式之分。铰缝一般存在于装配式板桥中，装配式板桥的适用范围见表1，装配式板桥的横向连接的形式有企口铰（圆形、棱形、漏斗形）、钢板连接。装配式板桥一般采用先张法，主要配置纵向抗弯钢筋，抗剪不控制，一般只设箍筋，钢筋混凝土梁可设弯起钢筋，预应力筋在底板直线布置，梁端顶板设抗拉钢筋。表1装配式板桥适用范围结构类型截面形式标准跨径（m）截面高（m）钢筋混凝土实心＜80.16~0.36空心6~130.4~0.8预应力混凝土实心//空心8~400.4~1.63空心板梁横向连接的主要方式空心板梁桥采用横向连接的主要目的就是实现结构整体性，利于活载的横向分布。目前国内外空心板主要有以下几种横向连接方式（参见表2）。表2空心板横向连接方式序号连接方式简要说明使用国家1仅通过铰接缝连接纵向间隔80~120cm，铰缝中加入门筋和交叉钢筋中国2现浇混凝土连接增加混凝土用量，桥面铺装层厚度达15cm加拿大、英国3施加横向预应力连接架设预制板-连接各片梁的预应力管道-穿预应力束-灌注接缝间的现浇混凝土-张拉横向预应力-桥面铺装英国、日本4采用普通钢筋连接通过在桥梁纵向每隔一段距离设置横向普通钢筋进行连接美国4铰缝的受力特点及破坏机理在设计时通常将铰缝假设为理想的铰，用“铰接板法”进行荷载横向分布计算和铰缝受力分析。然而铰接板理论偏重铰缝受剪而忽视其受拉。实际上，拉（或压）剪是伴随发生的。铰接板通常承受偏离其纵轴线的偏心荷载，其变形既有挠曲也有转动。板的挠曲、转动引起的竖向位移分量带动了相邻板的挠曲与转动，向相邻板传递了剪力和扭矩，而板转动伴随产生的侧向水平位移分量，将通过铰缝及桥面铺装向邻板施加水平拉（或压）力。活载作用下板的变形及驶离后变形的恢复在铰缝中交替产生反向的拉、压作用。因此，每当活载通过时，各铰缝都会往复地收到水平拉、压力作用。近年，铰缝在设计上有一定的改进，适度地加大了铰缝的尺寸，且增设并加粗、加密了铰缝钢筋，施工方面应在铰缝混凝土浇筑前检查铰缝预留钢筋的完整性，浇筑时要充分振捣，适量掺加UEA防缩剂。但是目前高速公路上行驶的重载车辆较多，超载运输的现象比较严重，桥梁在超载车辆的长期重复作用下，加速了铰缝混凝土的破坏速度。超载现象是造成铰缝破坏，产生单板受力的主要原因。5铰缝破坏的具体表现通过近几年对高速公路桥梁的定期检查及特殊检查，板桥铰缝经常出现铰缝填料混凝土剥落、铰缝渗水等现象，进而引起桥面铺装层纵向开裂，最终导致单板受力，影响桥梁的承载能力及结构稳定性。其主要表现在以下四个方面：1.铰缝填料混凝土剥落由于板桥在设计、施工及使用过程中存在着一定的不足和弊端，经常出现板梁铰缝填料混凝土剥落的现象。首先，该类桥普遍采用的铰缝形式不够合理，并且设计时没有充分考虑铰缝混凝土的收缩变形及新旧混凝土的粘结力；其次，大多数施工单位对铰缝的施工不够重视，预制空心板时，未对梁侧充分凿毛，施工质量不能得到保证；再次，车辆超载现象严重，重车过桥时对桥梁的冲击及荷载作用，使得铰缝填料混凝土逐渐脱落，并进一步引发其他病害。2.铰缝渗水当桥面铺装层排水出现问题时，伴随着铰缝出现微裂缝并发展为通缝时，雨水会渗入铰缝裂缝，雨水里往往含有腐蚀性物质，将会对铰缝产生腐蚀作用，雨水伴随着铰缝断裂面磨损出的粉末，从铰缝中流出，显现成白色的物质。3.桥面铺装层沿铰缝纵向开裂在长期车辆荷载、温度、降水等因素的影响，桥面铺装层逐渐老化破坏。由于铰缝传递横向效应的不足，铰缝上部桥面铺装层横向受到的剪力作用较大，在荷载的持续影响下，桥面铺装层沿铰缝位置纵向开裂，进而造成桥梁横向刚度降低，荷载分布不均匀，进一步将造成桥梁出现单板受力现象，严重影响桥梁承载能力及耐久性。4.桥梁单板受力单板受力一般发生在行车道范围内的空（实）心板上，由于铰缝渗水，经过雨水的腐蚀作用、超重车的冲击及荷载作用，再加上雨雪的反复冻融作用，板间铰缝逐渐破坏，铰缝混凝土出现破碎并开始脱落，桥面铺装层沿铰缝纵向开裂，逐步形成一条破碎带，而且板桥的支座普遍存在局部脱空现象，形成“三条腿”的现象，车辆通过时造成空心板振动，加剧了铰缝破坏失效的过程。当重型车通过“单板受力”的桥时将产生明显的下挠，超重车会造成这种下挠由弹性变形转化为塑性变形，对桥梁的安全性和耐久性产生严重的影响。图11铰缝破坏过程铰缝破坏有一个过程，由于设计、施工、超重车的影响，铰缝一般先产生微裂缝，并逐渐扩展成通缝，通缝引导桥面铺装开裂，接着裂缝沿着铰缝纵向扩展。裂缝出现后，铰缝的作用不会马上失效，由于铰缝集料的耦合作用及少许钢筋的作用，还可以传递剪力，在车辆荷载的冲击及持续作用下，铰缝断裂面会产生轻微的相对位移，断裂面逐渐磨损磨平，雨水渗入带着磨出的细粉末，沿着铰缝裂缝流下。雨水里往往含有腐蚀性物质，加剧了断裂面的磨蚀，桥梁检查时看到的空心板下缘铰缝处流出的白色物质就是这些被磨出的粉末。从裂缝的出现到无法传递剪力，是铰缝传荷开始失效到完全失效的一个过程，这个过程短则一年，长则几年或更长。6新桥梁评定标准对于板桥铰缝评定不适用关于混凝土梁式桥上部承重构件和上部一般构件评定指标和分级评定标准有以下12条：1、蜂窝、麻面评定标准；2、剥落、掉角评定标准；3、空洞、孔洞评定标准；4、混凝土保护层厚度评定标准；5、钢筋锈蚀评定标准；6、混凝土碳化评定标准；7、混凝土强度评定标准；8、跨中挠度评定标准；9、结构变形评定标准；10、预应力构件损伤（锚头、钢绞线、齿板等）评定标准；11、简支梁（板）桥、刚架桥裂缝评定标准；12、连续梁桥、连续刚构桥、悬臂梁桥、T形刚构桥裂缝评定标准。参照以上12条，对结构简单的板桥的上部一般构件，也就是铰缝进行外观检查时，有些项目由于受到实际条件的限制根本无法进行，如混凝土强度、钢筋锈蚀、混凝土碳化等；而有些铰缝出现的病害，如渗水现象，确定为哪一项目往往意见无法统一，这样给铰缝技术状况评定的量化计算带来了难度，加大了工作量。7板桥铰缝评定与铰缝破坏形式的结合《公路桥梁技术状况评定标准》制定的目的是规范在用公路桥梁技术状况评定，提供桥梁养护决策依据。桥梁的技术状况反映了桥梁结构的损伤、功能不足和易损性，对既有桥梁进行技术评定，以便在其破坏前及时采取措施确保桥梁的安全使用。桥梁每个构件的技术状况评分反映了该构件的损伤情况，板桥结构简单，铰缝的破坏过程及形式比较单一，且连系紧密，可以试着将板桥铰缝的评定标准与其破坏过程和形式联系起来。参照规范中评定标准的制定形式，拟定表3作为铰缝技术状况评定标准：表3铰缝技术状况评定标准标度评定标准定性描述1完好2铰缝填料混凝土出现剥落3铰缝出现渗水4桥面铺装层沿铰缝纵向开裂*铰缝失效，桥梁单板受力（5类桥梁技术状况单项控制指标）注：以跨为单位评定，出现2种或2种以上病害时，以标度最高的病害作为评定标准。8桥梁评定实例茶山河中桥位于G15沈海高速K1755+961处，上部结构为预应力空心板梁，下部结构为多柱式墩台，设计等级公路-I级，通航等级为不通航，桥跨组合为5×16m，桥长84.5m，建成时间为1999年12月1日。茶山河中桥正面照茶山河中桥侧面照茶山河中桥左幅为空心板简支梁桥，单幅共计5×12块板，5×11条勾缝。经检查部分勾缝存在局部脱落、泛白现象。上部一般构件外观检查结果具体如表4：表4茶山河中桥左幅上部一般构件检查结果检查部位检查结果标度评分照片编号第1跨（共计11条勾缝）1-8#勾缝L/4处混凝土脱落275/第2跨（共计11条勾缝）技术状况良好1100/第3跨（共计11条勾缝）技术状况良好1100/第4跨（共计11条勾缝）技术状况良好1100/第5跨（共计11条勾缝）5-4#勾缝渗水2/P4-15-5#勾缝渗水256.4P4-25-5#勾缝混凝土填料脱落50%2P4-3P4-15-4#勾缝渗水泛白P4-25-5#勾缝泛白P4-35-5#铰缝混凝土填料脱落/9.1按照新标准对茶山河中桥上部一般构件评定：根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT/TH21-2011）规范，对桥梁上部一般构件进行评定。第1跨：1-8#铰缝L/4处混凝土填料脱落χ=1，U1=DPi1，确定检测指标为2类，查表得DPi1=251-8#铰缝评分PMCIi=100-U1=75第5跨：5-4#铰缝渗水χ=1，U1=DPi1，确定检测指标为2类，查表得DPi1=355-4#铰缝评分PMCIi=100-U1=655-5#铰缝渗水，确定检测指标为2类，查表得DPij=35铰缝混凝土填料脱落，确定检测指标为2类，查表得DPij=25χ=1，U1=DPi1=25；χ=2，U2==18.65-5#铰缝评分PMCIi=100-U1-U2=56.4上部一般构件评定：==98.1PCCI2=-（100-PMCImin）/t=87.7茶山河中桥左幅上部一般部件PCCI2得分为87.7分，技术状况等级为2类。9.2按照表3对茶山河中桥上部一般构件评定：第1跨：铰缝混凝土填料脱落χ=1，U1=DPi1，确定检测指标为2类，查表得DPi1=25第1跨铰缝评分PMCIi=100-U1=75第5跨：铰缝混凝土填料脱落，铰缝存在渗水现象χ=1，U1=DPi1，确定检测指标为3类，查表得DPi1=40第5跨铰缝评分PMCIi=100-U1=60上部一般构件评定：==87PCCI2=-（100-PMCImin）/t=82.7茶山河中桥左幅上部一般部件PCCI2得分为82.7分，技术状况等级为2类。9.3