空心板病害原因分析：

空心板梁的病害不是獨(dú)立的，而是相互影響、相互制約的。譬如最常見的病害支座脫空危害較大，支座脫空勢(shì)必造成其他支座反力增大，超過支座承載能力，易引起支座本身的損壞；支座脫空會(huì)大大增加板梁橫向彎矩，易引起板梁板底縱裂；支座脫空對(duì)鉸縫的工作狀況會(huì)產(chǎn)生不利影響，會(huì)加劇鉸縫損壞，進(jìn)而會(huì)形成單板受力，最終造成對(duì)板梁本身的損傷。

1、設(shè)計(jì)原因

對(duì)鉸縫的驗(yàn)算理論不完善，原設(shè)計(jì)中采用鉸接板理論計(jì)算鉸縫剪力較實(shí)際作用偏小忽略了鉸縫與預(yù)制空心板接觸面之間的粘結(jié)作用。

空心板鉸縫破損引起的“單板受力”問題是空心板簡(jiǎn)支梁橋最常見同時(shí)也是最致命的病害。這一病害不僅直接導(dǎo)致梁體開裂，降低結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性，同時(shí)還會(huì)引起和加速橋梁其他病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

在我國(guó)，目前還沒有明確規(guī)定鉸縫如何進(jìn)行抗剪計(jì)算，在以往的計(jì)算中，通常是以將鉸縫混凝土看作圬工材料，按圬工結(jié)構(gòu)(《圬工規(guī)范》)直接受剪來計(jì)算鉸縫抗剪強(qiáng)度。由于《圬工規(guī)范》未考慮鉸縫屬于先后澆混凝土粘結(jié)，導(dǎo)致鉸縫抗剪承載力計(jì)算值往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其設(shè)計(jì)值。

2、施工原因

鉸縫淺而窄，不利于鉸縫混凝土的振搗，導(dǎo)致混凝土不密實(shí)，強(qiáng)度達(dá)不到要求。

板梁鉸縫接觸面混凝土未進(jìn)行粗糙處理，或鑿毛后沒有清除松動(dòng)混凝土塊，從而降低了預(yù)制板與鉸縫混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度。

鉸縫混凝土澆注前，應(yīng)將梁體側(cè)面濕潤(rùn)，否則新老混凝土接觸面粘結(jié)性能較差。

支座安裝不平導(dǎo)致支座脫空，形成“三條腿”現(xiàn)象。車輛通過時(shí)造成空心板的振動(dòng)，使鉸接縫混凝土處于很不利的受力狀態(tài)，久而久之，鉸接縫混凝土逐漸破碎脫落。

施工時(shí)對(duì)整體化層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)位置控制不準(zhǔn)等原因?qū)︺q縫也有不利影響。

3、運(yùn)營(yíng)因素

重載運(yùn)輸現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，重載車輛對(duì)小跨徑橋梁的影響尤為顯著。

板梁損傷降低板梁剛度，又會(huì)反過來影響荷載的橫向分布，從另一方面增大鉸縫的內(nèi)力行車軌跡固定，車輛荷載的反復(fù)作用下某些預(yù)制板鉸縫更易發(fā)生疲勞破壞。

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鉸縫病害：鉸縫開裂、脫落等病害的產(chǎn)生原因可主要?dú)w結(jié)于計(jì)算理論、設(shè)計(jì)因素、施工因素、其它因素。

計(jì)算理論方面。鉸接板計(jì)算理論假設(shè)豎向荷載作用下鉸縫只傳遞豎向剪力，然而空心板鉸接縫處受力復(fù)雜，用傳統(tǒng)的鉸接板計(jì)算理論不能滿足目前交通運(yùn)輸發(fā)展下橋梁的使用要求。

設(shè)計(jì)方面。計(jì)算理論方面的不足直接影響了空心板橋鉸縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。鉸縫結(jié)構(gòu)尺寸偏小，縫間連接鋼筋薄弱，設(shè)計(jì)中沒有足夠重視新舊混凝土之間的粘結(jié)力弱化問題均會(huì)導(dǎo)致鉸縫病害的產(chǎn)生。

施工方面。施工隊(duì)伍普遍對(duì)鉸縫不夠重視，不能做到嚴(yán)格按照規(guī)范和施工工藝的相關(guān)要求進(jìn)行施工。鉸縫混凝土振搗不密實(shí)，鉸縫內(nèi)鋼筋保留不全，鉸縫底部用布條、麻布等雜物填充，沒有澆筑鉸縫砂漿等，均會(huì)導(dǎo)致鉸縫混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。澆注鉸縫混凝土前對(duì)空心板側(cè)沒有認(rèn)真鑿毛，不仔細(xì)清除鑿毛產(chǎn)生的松動(dòng)混凝土塊，或是沒有將板側(cè)進(jìn)行灑水濕潤(rùn)，都會(huì)降低新舊混凝土之間的粘結(jié)能力。

此外，超載車、地震、下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降等其他非正常原因也能導(dǎo)致鉸縫的破壞。唐先習(xí)通過試驗(yàn)分析得出超載車輛產(chǎn)生的疲勞作用會(huì)對(duì)鉸接板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較嚴(yán)重的破壞。在大幅值疲勞荷載作用下，深鉸縫的應(yīng)用性能要好于淺鉸縫。

空心板裂縫：空心板常見病害形式之一為正彎矩處的橫向裂縫，主要是由于梁板之間的橫向聯(lián)系破壞，車輪荷載不能得到有效傳遞，導(dǎo)致單塊空心板承受的車輪荷載作用大于設(shè)計(jì)荷載而開裂。

橋面系病害：橋面鋪裝既保護(hù)行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕，還起著分布車輪荷載的作用，對(duì)荷載的橫向傳遞有利，橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫或損壞必然會(huì)影響板的受力。橋面鋪裝發(fā)生不同程度的裂縫或損壞的原因，可分為設(shè)計(jì)因素和施工因素。

設(shè)計(jì)因素包括：橋面鋪裝層設(shè)計(jì)理論不足；荷載因素考慮不充分；橋面鋪裝層混凝土強(qiáng)度不足；橋面鋪裝層厚度局部偏??；橋面鋪裝層配筋偏??；排水設(shè)計(jì)不合理；橋面板剛度不夠等。

施工因素包括：橋面鋪裝層與梁板粘結(jié)不好；橋面鋪裝層鋼筋網(wǎng)定位不準(zhǔn)確；橋面鋪裝層混凝土施工控制不嚴(yán)格；橋面鋪裝層特殊位置處理不當(dāng)，如施工縫、伸縮縫以及橋梁拓寬改建時(shí)新老橋交界處；橋面鋪裝層混凝土養(yǎng)護(hù)較差；橋面防水層的影響等。

鋪裝縱向開裂機(jī)理：運(yùn)營(yíng)期間縱向開裂主要原因?yàn)闃蛎鏈囟葢?yīng)力和荷載應(yīng)力疊加造成；施工期間縱向開裂是溫度應(yīng)力和微差收縮應(yīng)力疊加造成。橋面鋪裝縱向開裂是由于空心板橋的橫向剛度較小，板間橫向傳力靠鉸縫和鋪裝層共同承擔(dān)。在行車荷載作用下，板縫間鋪裝層受彎剪作用，且以抗剪為主。受長(zhǎng)期重復(fù)荷載的作用，橋面鋪裝極易發(fā)生疲勞破壞，沿板縫縱向開裂。當(dāng)橋梁承受超限車載時(shí)，主板撓度進(jìn)一步加大，從而加劇橋面鋪裝的縱向開裂。

整橋病害：鉸縫是板間傳遞內(nèi)力的關(guān)鍵構(gòu)件。鉸縫損壞會(huì)大大削弱板間的橫向聯(lián)系，進(jìn)而增大板受力，最終形成單板受力狀態(tài)。

橋面鋪裝既保護(hù)行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕，還起著分布車輪荷載的作用，對(duì)荷載的橫向傳遞有利，橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫或損壞必然會(huì)影響板的受力。

空心板承受外荷載作用離不開下部結(jié)構(gòu)的支撐，是支座將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到下部墩臺(tái)，支座的損傷會(huì)導(dǎo)致橋梁受力狀態(tài)的改變。

除了以上原因，超載因素和行車軌跡過于規(guī)則也是導(dǎo)致空心板各個(gè)病害產(chǎn)生的重要原因。從現(xiàn)實(shí)的交通狀況看，實(shí)際行駛的重載車輛普遍存在超載運(yùn)輸現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查，高等級(jí)公路上空心板橋損壞情況較一般等級(jí)公路嚴(yán)重。盡管高等級(jí)公路采取了限制措施，在利益驅(qū)動(dòng)下仍有重載車選擇夜間行駛。超載車輛載重大、車速慢，形成“重車集中、成串通行”現(xiàn)象，給橋梁和路面造成嚴(yán)重的損壞。車輛荷載在小跨徑橋的荷載總效應(yīng)中所占比例遠(yuǎn)大于大、中橋，所以超載對(duì)小跨徑空心板橋尤為不利。高等級(jí)公路，尤其是高速公路對(duì)行車道的劃分，使車輛行駛軌跡具有規(guī)律性。重車一般行駛在靠右側(cè)的行車道上，大大提高了若干空心板塊承受重車荷載的機(jī)率，致使這些板塊間的鉸縫更容易發(fā)生破壞，各支座壓縮變形不均勻。

國(guó)內(nèi)外空心板橋加固技術(shù)

1、體外橫向預(yù)應(yīng)力加固

體外橫向預(yù)應(yīng)力加固原理為通過施加橫向預(yù)應(yīng)力使橋板橫向下緣混凝土處于受壓狀態(tài)，平衡了橫向彎矩，消除了應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)，空心板間可以同時(shí)傳遞豎向剪力和彎矩，變鉸接板結(jié)構(gòu)形式為剛接板結(jié)構(gòu)形式，以增強(qiáng)裝配式板橋的橫向聯(lián)結(jié)能力，改善了橋梁的橫向分布，從而可提高裝配式板橋的承載能力。近年來，體外橫向預(yù)應(yīng)力加固法在空心板橋的加固中應(yīng)用逐漸增多。

體外預(yù)應(yīng)力加固法作為一種主動(dòng)加固方法，不存在應(yīng)力滯后現(xiàn)象，保證了空心板間整體協(xié)同工作。采用該法對(duì)空心板橋進(jìn)行整體性加固，同樣存在一定缺陷。這些缺點(diǎn)在一定程度上限制了體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用。

①橫向預(yù)應(yīng)力法加固改變了裝配式空心板梁橋結(jié)構(gòu)的受力體系（鉸接變剛接），增大了橫向彎矩，導(dǎo)致板梁原有底板縱向裂縫的加劇和新縱向裂縫的出現(xiàn)。

②需要通過增加配筋或特殊措施來克服張拉體外預(yù)應(yīng)力時(shí)錨固區(qū)產(chǎn)生的局部應(yīng)力。

③本加固方法有的需在板梁上打孔，穿預(yù)應(yīng)力束，會(huì)破壞原有結(jié)構(gòu)。

④加固時(shí)需要可靠的錨固條件，預(yù)應(yīng)力筋的防腐成本高，且技術(shù)難度大，施工工藝較為繁瑣。

⑤預(yù)應(yīng)力張拉和使用過程中的預(yù)應(yīng)力損失、預(yù)應(yīng)力筋變形量的確定較為復(fù)雜。

2、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固

橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固，即通過加強(qiáng)橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采取措施使原橋跨結(jié)構(gòu)與鋪裝層形成整體，增大主梁有效高度及抗彎能力來改善行車條件和橋梁橫向分布荷載能力。

橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固有如下特點(diǎn)：

①施工時(shí)需鑿除原有橋面鋪裝，同時(shí)考慮到新舊混凝土相結(jié)合，新澆混凝土的干燥收縮影響等，尚需設(shè)置連接鋼筋和鋼筋網(wǎng)；

②橋面補(bǔ)強(qiáng)加固后，自重增加，承載能力提高不顯著，此法利于在抗壓截面較小的場(chǎng)合使用。

③該法能提高鉸縫的工作性能，改善空心板橋荷載的橫向分布，提高橋梁的整體受力效果。

除非空心板鉸縫破壞病害十分嚴(yán)重，對(duì)于只是提高空心板橋橫向整體性的加固而言，不宜單獨(dú)采用橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固。采用本方法加固時(shí)應(yīng)視加固效果、受力分析來考慮是否配合其他的加固方法，以達(dá)到整體性和承載力均提高的效果，不推薦單獨(dú)使用。

3、橫向粘貼鋼板加固

橫向粘貼鋼板加固是用粘結(jié)劑及錨栓把鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部位，將鋼板與被加固的混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，可以提高結(jié)構(gòu)承載力、剛度及延性。

工程上較為成熟的粘貼方式有兩種，一種是橫橋向通長(zhǎng)整體粘貼，一種是將鋼板橫橋向垂直粘貼錨固在空心板鉸縫處，使相鄰空心板共同受力。

橫向粘貼鋼板加固法對(duì)交通影響小、不改變?cè)Y(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)可靠、工藝成熟且短期加固效果好。同時(shí)也存在以下缺陷：

①在短期內(nèi)本加固方法鋼板粘結(jié)較為牢固，鋼板通過粘鋼膠與板梁共同受力。在汽車荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用下，鉸縫兩側(cè)板梁容易發(fā)生豎向變位，進(jìn)而引起鋼板的錯(cuò)動(dòng)，造成鋼板的剪切破壞、錨固失效及脫落。若鉸縫存在滲漏水現(xiàn)象，鋼板的剝離脫落速度將更快。

②采用本加固方法增加了加固后的鉸縫傳遞橫向彎矩的能力，但在荷載反復(fù)作用下容易導(dǎo)致板梁出現(xiàn)新的底板縱向裂縫或加劇原有縱向裂縫病害。

③為了加強(qiáng)鋼板與空心板的連接，一般需要在空心板表面鉆孔，因而會(huì)造成空心板的損傷。

④由于橋梁加固通常是在不卸載的情況進(jìn)行，故鋼板在受力過程中存在著應(yīng)力滯后現(xiàn)象。加固前原結(jié)構(gòu)已存在一定應(yīng)力，而所粘貼的鋼板僅在加荷載后才產(chǎn)生應(yīng)力。

⑤另外，粘貼鋼板錨固結(jié)點(diǎn)的處理比較困難，鋼板防腐的成本高，施工工藝亦較為復(fù)雜。

4、去梁增肋加固

去梁增肋加固法是針對(duì)多梁式橋梁提出的一種新穎的體系加固法，加固思路是：去掉個(gè)別（1或2片）損傷較嚴(yán)重的空心板，剩余空心板維修后在原橋梁寬度范圍內(nèi)重新間隔排列，利用舊板之間的空間新增預(yù)應(yīng)力混凝土梁肋，新增梁肋內(nèi)布設(shè)鋼鉸線和普通鋼筋，與舊板共同承擔(dān)荷載。

①去梁增肋加固法由于增加了材料用量，施工時(shí)要起吊梁板，工程量稍大。

②施工技術(shù)難度小，改善了舊梁板的橫向分布，新增的預(yù)應(yīng)力混凝土梁肋對(duì)原結(jié)構(gòu)整體剛度和承載力都有明顯提升。

③舊板吊起后可以進(jìn)行檢查維修，加固方法可靠易行，在舊板裂縫嚴(yán)重的情況下是較為適宜的加固方法。

5、Π形鋼板加固

Π形鋼板加固板梁是一項(xiàng)新型加固技術(shù)，它是指沿空心板縱向利用Π形鋼板將相鄰空心板連接起來，Π形鋼板與空心板之間采用膠粘劑、膨脹螺絲連接，進(jìn)而可以把荷載傳遞到鋼板，使鋼板與空心板協(xié)同工作。這種加固方法充分發(fā)揮了鋼的材料特性，混凝土主梁的剛度與強(qiáng)度得到了提高。該加固方法施工快速簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)可靠，并能有效提高主梁的抗彎、抗剪能力。

底部采用Π形鋼板加固后橋梁的整體性都得到了大大的加強(qiáng)，各項(xiàng)受力情況都有所降低。利用ANSYS程序?qū)Ζ靶武摪寮庸谭ㄟM(jìn)行有限元數(shù)值模擬，在提高橋梁承載力方面可以得出以下結(jié)論：

①Π形鋼板加固能提高主梁抗彎剪能力，有效地控制梁的彎曲變形與主應(yīng)力。在同樣的用鋼量條件下，Π形鋼板加固加固效果高于粘貼鋼板加固。

②Π形鋼板其他尺寸不變，隨著肋板高度變化，加固主梁的最大豎向撓度、最大壓應(yīng)力均呈線性變化，可以根據(jù)工程需要，利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)插值計(jì)算，即可得出所需的肋板高度。

③同樣的用鋼量條件下進(jìn)行主梁Π形鋼板加固，提高主梁抗彎剪能力，肋板高度比肋板厚度起的作用大；增大板肋板高度加固效果高于增大肋板厚度。

Π形鋼板加固不僅能改善橫向聯(lián)系，提高橋梁整體性，還能提高空心板橋受力性能，在今后空心板橋加固設(shè)計(jì)中可以作為一種可行的加固方案予以考慮。

6、縱向粘貼加固

縱向粘貼加固法常用的加固材料為鋼板和纖維復(fù)合材料，國(guó)內(nèi)還開展了粘貼竹片加固空心板的試驗(yàn)研究?？v向粘貼加固材料可提高空心板的承載能力。粘貼鋼板的加固方法的施工工藝及優(yōu)缺點(diǎn)與橫向粘貼鋼板大致相同，不再詳細(xì)介紹。

粘貼纖維復(fù)合材料加固法是用專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂將具有高彈性模量或高強(qiáng)度的纖維復(fù)合材料粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件表面，使復(fù)合材料與原構(gòu)件形成整體，目前常用的纖維復(fù)合材料為CFRP（Carbon FiberReinforced Polymer/Plastic，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）。研究人員通過空心板試驗(yàn)、 數(shù)值模擬、理論分析證明，粘貼纖維復(fù)合材料加固空心板可有效提高截面抗彎承載能力，尤其是構(gòu)件的屈服荷載和極限荷載顯著提高，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性也有重要作用。