摘要：介绍了单板受力状态的概念、破坏原因、危害性及有的预防措等对设计、施工等具有一定的借鉴作用。
关键词：单板受力；铺装；横向联结强度
一、单板受力的危害性
在我国公路建设中，大部分中小型构造物采用装配式铰接板梁结构，其原理是：各板梁横向之间通过现浇的企口混凝土铰接和焊接钢板联结，借此将各板梁横向连成整体，使作用于行车道板上的局部荷载分配给各板梁共同承受，这样就能显著地减小单根板梁受力，达到经济目的。然而，如果铰缝或横向联结破坏，则当车轮作用于某一根板梁时，全部轮重将由该板梁单独承受，即形成了单板受力状态。
近两年来，我国高速公路大量桥梁出现单板受力现象。单板受力状况的出现，使预制板的承载能力大大降低、挠度增大，这意味着在正常荷载作用下预制板超出了极限状态，正弯矩处将产生裂缝。当裂缝发展到一定程度时，梁板内钢筋则会受有害介质的侵蚀而锈蚀，混凝土材料的性能也因此不断降低，梁的刚度也相应降低，从而使梁的寿命相应缩短。
二、产生单板受力的原因剖析
2．1 公路自身特点因素高等级公路特别是高速公路行车道的划分，使行驶车辆轨迹具有规律性，因此行车道上的板梁承受重复荷载的机率大大增加，在车辆荷载反复作用下导致某些预制板铰缝疲劳破坏。
2．2 运输方面因素正常使用下桥梁的承载能力是由其设计荷载标准确定的。随着车辆总重和轴重日趋增大，轴数也日渐增多，特别是近年来大型集装箱运输的发展，公路运输对桥梁的要求也在提高。从现实的交通结构情况看，实际行驶的车辆中，一些重车、大型车辆的载重往往超过桥梁承载能力，导致构造物破坏。
2．3 设计方面因素
1）构造物上部的梁板设计中，采用的铰缝结构尺寸、断面较小，板间横向联结力量薄弱，较难使铰缝与预制板牢固结合，在横向不能形成一定的强度。
2）桥面铺装是车辆在桥梁行驶过程中直接作用的部位，它能保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起分布作用，使桥梁能够正常使用。由于铺装层工程量小，又是在主体工程结束以后进行，往往在设计和施工中得不到应有的重视，从而造成桥梁在使用中的弊病如平整度差造成的行车不舒适、表面不够粗糙导致车辆打滑酿成事故等等，或者过早地进行维修、养护，甚至会中断交通。因此桥面铺装的质量对于桥梁的使用功能和社会影响有着重要的意义。目前对于桥面铺装在活载作用下的力学分析研究较少，桥面铺装在一般情况下不作受力计算，设计时只考虑了防止开裂，表面粗糙度以及保证耐磨等。所以选择好合适的铺装材料、确定适当的铺装厚度也是设计的重要一项。在设计中，有时由于设置桥面超高或预制板设置预拱度等原因造成某些局部铺装厚度不够；另一方面，铺装钢筋直径较小、间距设置较大等情况，使铺装的抗拉性能差、与梁体的协同作用减小、整体刚度降低。
3）结构计算中，受力假设与实际不符，安全系数不够；结构设计阶段，对施工中出现的可能性考虑不周密。
2．4 施工方面因素
1）材料不符合要求。设计铰缝混凝土应不低于30号。但从某些工程现场破坏情况看，铰缝混凝土呈粉碎状，经检测混凝土标号未达到设计要求，振捣不密实。另外，钢筋绑扎不合要求，施工时对板梁的横向联结没有引起足够重视。分析水泥混凝土破坏原因，认为国内大多数水泥混凝土均未达到设计年限，因此目前的断板破坏大都不是由于混凝土面板厚度不足引起的，而是因为度不均匀造成的。频繁地出现早期破坏，及半填半挖处过早地出现纵向开裂就是明显例证。为此，填挖交界处应超挖８０ｃｍ，然后再回填。设计是一个方面，施工中也应严把路基质量关。
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2）梁下部或预制板梁等各部位标高控制不准，安装后导致梁顶标高偏高，而利用桥面铺装层厚度来进行调整标高施工误差，或由于其他原因使防水混凝土铺装层厚度远小于设计值，再加上采取措施不够，防水混凝土铺装层与行车道板粘结不好，未能形成很好的整体，中间有“空洞”现象，造成滑移、坑槽等病害，使混凝土铺装层未发挥其应有的作用，因此也会增加铰缝破坏的机率。
3）施工时对防水混凝土铺装层内的钢筋网位置控制不准。施工完成后，相当一部分钢筋网位于铺装层与板梁间，形成一道夹层，不但钢筋网未达到使用效果，还导致混凝土铺装层与行车道板粘结不牢固情况更加严重，这是导致铰缝损坏的另一个原因。自然灾害与突发事件的影响由于地震、爆炸、山体滑坡、车船撞击等致使下部基础产生不均匀沉降，使上部结构中产生附加应力，超出结构的抗拉能力，导致横向联结或板件破坏。
三、预防单板受力状况采取的措施
在桥梁的使用过程中，当问题出现后，必须及时对其产生的原因、现状、发展趋势以及桥梁遭受破坏的程度、对使用的影响等进行调查、分析研究，并采取相应的措施进行维修加固。从工程的病害维修及预防工作看效果比较明显的措施主要有：
1）在进行桥梁设计计算时，必须考虑到各种现实情况，使桥梁设计与计算始终处于安全状态。
2）结构受力假设应与实际受力相符。在设计计算桥梁行车道板时，考虑部分防水混凝土铺装参与行车道板的受力，从理论上似乎是合理的；但从施工后的情况来看，防水混凝土铺装层与行车道板的粘结很难达到理想的程度，实际上防水混凝土铺装层根本无法与行车道板联结成整体共同受力，当然还有其他诸多方面的原因。因此，在设计计算桥梁行车道板时，笔者认为不宜考虑防水混凝土参与行车道板的受力。
3）适当加大铰缝的结构设计尺寸，以插入式振捣器能正常工作为宜，使铰缝内混凝土能够得到充分振捣。铰缝内混凝土标号要达到设计要求，且铰缝混凝土须达到设计强度时方能通车使用。同时行车道板的侧面应为毛面，行车道板内的钢筋应伸入铰缝内，另可适当增加铰缝钢筋。铰缝在顺桥向每隔100~200CM焊接一块厚度10MM的钢板，以加强行车道的横向联结。
4）考虑行车道板的挠度及其他因素的影响，在施工完成后桥面防水混凝土的最小厚度必须保证不小于8CM，保证其有足够的刚度和强度，提高抗变形能力。
5）铺装层在设计上应适当考虑桥面铺装的实际受力情况，不仅要在整个面积上设计一定的钢筋网，钢筋网直径不小于12MM，间距宜设为8~10CM，还应考虑受拉区钢筋布置，在受拉区部分的桥面铺装应将钢筋加密。桥面铺装层强度应不低于主梁（板）的混凝土强度，严格控制原材料的质量，严格按照配比进行施工，严格控制铺装层厚度。加强混凝土的养生也是置关重要的，特别在夏季施工，含水量蒸发快，混凝土养生要提早，还要对原材料进行降温。
6）在混凝土铺装层中掺加适量钢纤维，钢纤维在混凝土中形成乱向分布的三维网状结构，能抑制混凝土的干缩，且其抗折疲劳能力大幅提高，防止疲劳裂缝产生，从而为主体结构的稳定提供了保障。
7）行车道板为空心板时，不管是简支还是连续结构，均应在桥面防水混凝土铺装层顶面设置防水层，防水层可设为1--2MM改性沥青粘层。在纵桥向，可在护栏底座与沥青混凝土交界处设置10CM宽的盲沟，高与沥青混凝土厚度相同。
四、结束语
通过实际出现的单板受力状态理论分析、检测及采取的改善措施，笔者认为设计中的荷载标准、铰缝的结构设计尺寸及安全系数、施工的程序、材料的质量、桥面铺装如何与预制板梁很好的结合等是解决此类问题的关键。无论是设计、施工还是后期养护、运营管理等各部门，均应尊重科学、重视质量，用科学的设计理论、施工方法和有效的管理措施把好每道技术关，预防公路病害的发生
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》
[2]姚玲森。《桥梁工程》
论文作者:左俊峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：混凝土论文; 行车道论文; 桥面论文; 受力论文; 单板论文; 桥梁论文; 钢筋论文; 《基层建设》2019年第6期论文;