基于实体模型的空心板梁横向连接构造形式优化研究综述

杨忠 李微 秦立新 郭阔

摘要：中国的桥梁发展具有十分历史的悠久，随着桥梁结构形式的不断创新，预制空心板桥是我国目前中小跨径桥梁中最为常见的结构形式，其在我国桥梁工程中具有十分重要的作用。然而空心板梁桥的绞缝连接构造问题是当前面临的一项难题，合理优化空心板梁横向连接构造形式能够有效缓解桥面铺装破坏和钢筋锈蚀等问题，避免空心板承载力不足损坏。本文对我国空心板梁桥的发展过程进行了总结分析，对国内外空心板梁横向连接构造形式的研究成果进行了概述，以期在总结前人研究成果的基础上，为空心板梁横向连接构造形式优化提供参考。

【关键词】空心板梁;横向连接;构造形式优化

1.我国空心板梁桥的发展过程

空心板在我国起步较发达国家晚一些，从起步到现在经历了较长时间，从上世纪60、70年代开始，进入起步阶段，进入到上世纪80，90年代的总结、成长阶段，到后来开始发现问题，改善问题，发展到现在多种工艺并存在情况。

1.1起步阶段

空心板从上世纪60年代开始在我国起步，由于当时科学技术水平发展有限，其施工工艺在很大程度上受到限制，那个阶段的梁板大多是实心结构，直到后来，木制芯模和抽芯工艺开始发展成熟，空也板才开始逐渐被广泛应用。

到了20世纪70年代，由交通部组织，第二公路勘察设计院编制了装配式后张法预应力混凝土简支梁标准图JT/GQB-025-75，至此，空心板开始走向标准化道路。

1.2发展阶段

进入80年代，我国预应力技术逐渐成熟，该技术的应用很好的降低了梁板结构高度，减轻结构自重。在预应力技术与空心板很好的融合的基础上，交通部于1993年颁布施行空心板梁标准图。

上世纪90年代，我国在结构设计、施工以及材料方面取得了一定的进步，部分空心板实现了跨径的突破，比如25m、30m跨径的使用。在适合使用T梁跨径的桥梁中，如果项目地址在城镇边缘，对被交河道和道路的净空有较高的要求，则会选择空心板形式。这时候，在确定桥型的时候，在满足通航净空与泄洪量的基础上，为了提高项目与城市建设的协调性，应该适当降低桥面标高，减少引道坡长，这时就要降低量的高度，那么空心板的使用将刚好满足这些要求，显现出优势。

1.3完善阶段

随着空心板的使用，在1993年颁布施行的标准图中的一些缺陷慢慢显现出来，尤其是一些梁板裂缝，已经影响到结构的安全与正常的使用。因此，项目的各个参建方对其十分重视，都开始从各自的角度对这些缺陷进行分析，提出设计优化方案。

为了适应现代社会的经济发展，同时结合铰接空心板梁桥梁的发展经验，交通部颁布施行了新的宽幅空心板标准图，在标准图中，要求梁板板宽为1.25m～1.5m，这个尺寸能够提高经济性，同时也能够大大降低上部梁板材料的使用量，如此一来就可以减少下部结构的荷载，降低工程成本。另一方面，在尺寸调整之后，板宽变大，板块的数量就相应减少，提高运输及安装效率，进一步降低成本。最后，由于空心板桥常常存在单板受力现象，所以宽幅空心板的使用增加了板桥的横向整体性，优化了铰缝尺寸。

2.国内外研究现状

2.1国内研究现状

受到空心板本身缺陷因素的影响，装配式空心板梁桥铰接缝经常发生病害，我国有一部分的学者开始关注这个现象，并逐渐着手研究，其中，一些研究人员基于设计理论，对空心板铰接缝做了如下假设：空心板铰接缝只承受竖向剪力作用，不承受弯矩作用。在以上假设的基础上，将理论推导进行简化，同时将其与对比试验进行结合，最终得出有利于空心板铰接缝剪力的计算、强度验算及施工等的结论;还有一部分的研究人员重点研究相关试验，探寻横向铰接缝病害的原因，并通过反复的试验，得出预防方法，从而形成有效的试验研究方法，对空心板横向铰接缝设计进行优化，继而对相关病害进行防治。在我国，从上世纪80年代开始，部分学者开始对受荷状态下的铰接板横向受力分布情况进行研究，但是由于当时的技术水平有限，智能在简化理论的基础上，对桥梁进行设计计算，并且当时信息技术有限，研究人员智能通过手算完成，对理论状态下的装配式空心板受力性能做出分析，旨在简化分析方法。进入21世纪，装配式空心板梁桥开始在我国广泛应用，随之出现的是更加常见的铰接缝病害，成为这类桥梁的主要问题之一，所以，很多研究人员将重点转移至因分析铰缝的病害问题上来。

2004年王东科针对某段高速公路装配式空心板桥上部结构以桥面铺装损害为主要形式的早期病害，发现桥面铺装纵缝一般发生在行车道汽车轮迹线附近2～3块空心板间企口缝上方的桥面附近，分析了其产生的设计、施工及养护管理等原因，提出了将空心板上表面做凿毛处理，并清洗干净和加大桥面铺装层的结构等提高横向连接的能力。

2017年，吴庆雄等提出了在铰缝和空心板结合面底部增加横向钢板的构造措施，改变了铰缝的开展路径，延缓空心板与铰缝结合面的开裂，并且进行了8m跨径的铰接空心板足尺模型试验来验证。以此改善空心板桥的横向连接。在试验和非线性有限元分析的基础上，与结合面底部带钢筋的铰接空心板试验进行了对比。

2.2国外研究现状

在国外，装配式空心板梁桥在中小型桥梁中广泛使用，通过长期的实践发现，同样存在空心板桥梁铰缝的问题。1985年Gandhidasan P对预制空心板梁桥的3种横向连接方式进行了总结。在空心板梁设计中，最突出的问题，就是采取什么样的措施提高空心板的整体性能，并且优化荷载传递。2011年Fu等基于剪切理论的概念，对加横向预应力但不加横隔板的装配式空心板桥的横向连接进行了分析，对其剪力键进行了优化分析。然后对采用这样的连接方式的一座新桥进行了荷载试验，并与有限元模型做对比。最终得到了一些对设计和施工有用的建议，特别是剪力键的构造和布置。

3.结束语

目前，在我国公路建设中，中小跨径装配式空心板梁桥普遍采用混凝土企口缝进行铰接连接，我国交通流量日益增加，重型车辆频繁出现，同时还存在违法超載等现象，并且企口施工困难，受到以上荷载的长期往复作用，桥梁一般会沿空心板间企口缝出现纵向裂缝，若不加以及时处理，甚至会发展成贯穿裂缝，导致板间横向联系失效，最终出现单板受力和桥梁损坏等现象。所以，新结构设计形式的提出非常重要，通过理论分析，结合试验，对桥梁的实际使用效果进行验证，不仅可以提高桥梁结构的耐久性，还可以降低工程造价。

【参考文献】

[1]何逢康，朱耀铿.集中荷载作用下横向铰接板的荷载分布计算[J].华南工学院学报，1980，8（4）：51-63.

[2]王东科.高速公路装配式板桥上部结构早期病害分析[J].石家庄铁道学院学报，2004（S1）：62-65.

[3]吴庆雄，黄宛昆，陈宝春，陈康明，中村聖三.结合面底部设开孔钢板的铰接空心板力学性能[J].交通运输工程学报，2017，17（04）：45-54.

资助课题：预应力混凝土空心板梁横向连接构造优化研究