装配式空心板桥铰缝受力性能研究

【摘要】：随着交通量的日益增大,空心板铰缝的病害也越来越普遍。尽管目前已经采取了加强铰缝钢筋连接等措施来改善铰缝病害引起的单板受力状况,但是问题仍没有得到根本性的解决。目前,专门针对铰缝的研究并不多,我国桥梁规范中也没有明确的对铰缝构造提出要求。为此,本文以装配式空心板桥的铰缝为对象,对其受力性能、破坏模式和验算方法等进行研究。本文的主要工作包括以下几个方面：(1)对某高速公路的308座装配式空心板桥的病害进行实地调查和统计分析,了解铰缝病害形式及出现频率,总结了装配式空心板桥铰缝破坏的一般特征,并从设计、施工和运营管养等方面分析了铰缝破坏的原因。(2)应用通用有限元程序ANSYS建立了五片8m空心板桥的实体有限元模型,分析了铺装层厚度对荷载横向分布的影响,指出对桥面铺装较厚(特别是整体化铺装层加固)的桥梁应该考虑桥面铺装层对横向分布的影响。进行了车辆荷载作用下横向正应力和竖向剪应力最不利工况下铰缝破坏的全过程分析,结果表明横向正应力最不利工况下铰缝受弯破坏,破坏位置在铰缝与空心板的结合面；竖向剪应力最不利工况下铰缝受剪破坏,破坏位置在铰缝内部。(3)对于铰缝的横向分析,采用不同的荷载横向分布计算方法讨论了铺装层厚度变化时的影响。结果表明,采用铰接板法分析时将得到桥面铺装层越厚则荷载横向分布越不均匀的错误结论;对于考虑桥面铺装层(特别是整体化铺装层加固)的装配式空心板桥,荷载横向分布计算时采用板铰接桥面刚接法更符合横向受力特性。(4)对于铰缝的纵向分析,对铰缝竖向抗剪验算中的受剪高度取值进行了探讨,建议取空心板梁形心轴以上高度为铰缝的有效抗剪高度,建议通过加强铰缝构造的措施来提高铰缝的有效抗剪高度；建议增加铰缝的纵向抗弯强度验算,可以参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)第5.2.2条；建议进行空心板和铰缝结合面的验算,可以参照欧盟规范PrEN-1992-1-1第6.2.5条,并根据装配式空心板桥的特点对该公式进行了简化,便于设计验算。(5)对比了交通部1996年和2008出版的装配式空心板桥标准图中的铰缝构造并进行了铰缝验算。结果表明,铰缝构造的竖向抗剪、纵向抗弯均满足要求,但铰缝下部的结合面无法满足结合面抗剪要求,故建议加强该结合面的配筋。