陳俞宏，曹新建，2

（1.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江省建筑科學設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

1 鉸接板法理論

混凝土企口縫連接的裝配式空心板橋（圖1），2＃板承受荷載P作用，除了2＃板本身引起的縱向撓曲外，其他板塊也會受力發(fā)生撓曲變形。這主要是因為各板之間通過結(jié)合縫所承受的內(nèi)力在一起傳遞荷載作用。由于企口縫的高度不大，剛性弱，通常視作鉸接，所以假定豎向荷載作用下，鉸接縫只傳遞豎向剪力g（x）。

圖1 空心板受力整體撓曲示意

對于n條板梁組成的橋梁，必然有n-1條鉸縫，在板梁間沿鉸縫切開，則每個鉸縫內(nèi)作用著一對大小相等、方向相反的內(nèi)力。因此，對于n條板梁，就有n-1個欲求的未知力gi，則根據(jù)力的平衡原理，可得分配到各板塊的豎向荷載Pi1。如圖2所示，以5塊板為例。對于具有n-1個未知鉸接力的超靜定問題，總有n-1個鉸縫，將每個鉸接縫切開形成基本體系，假設(shè)鉸縫完好，利用相鄰板塊在鉸縫處的豎向相對位移為零的變形協(xié)調(diào)條件列出矩陣方程式（1）。

圖2 空心板受力橫截面計算

根據(jù)鉸縫及梁板的扭轉(zhuǎn)及撓曲的變形協(xié)調(diào)條件，δik和Δip均可利用材料力學中的公式求得。故可以得出方程的解式（2）如下所示：

同理，P＝1作用其他板塊時也可求出鉸縫內(nèi)力，從而可得到各板塊的荷載橫向分布系數(shù)影響線［1-2］。

2 實例分析

2.1 工程概況

某橋位于臨海市，為單跨簡支梁橋，跨徑13 m。機動車道為四車道，由18塊空心板鉸接形成，梁板高0.6 m，寬1.0 m，主梁、鉸縫采用C50混凝土。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺。在對該橋進行結(jié)構(gòu)定期檢測時，發(fā)現(xiàn)2條鉸縫存在嚴重的破壞現(xiàn)象，部分位置鉸縫連接已經(jīng)完全失效，分別位于2＃板到3＃板間，5＃板到6＃板間，見圖3。

圖3 板間鉸縫失效

2.2 鉸縫破壞模擬

空心板之間通過現(xiàn)澆混凝土企口鉸縫連接，當鉸縫發(fā)生開裂破壞時，橋面鋪裝在鉸縫處會形成縱向開裂，這樣鉸縫連接剛度會折減；所以，為了模擬鉸縫破壞程度，利用企口縫混凝土彈性模量折減的方法實現(xiàn)［3］，見圖4。本橋2?！?＃和5?！?＃間的鉸接縫剛度按8個等級進行折減劃分。

圖4 鉸縫破壞示意

3 模型數(shù)據(jù)分析

3.1 計算模型

利用Midas/Civil建立全橋模型，利用鉸接板法理論來模擬實際結(jié)構(gòu)，兩端簡支，共設(shè)置72個支座。根據(jù)鉸接板法理論，梁板間的連接可視作鉸接，所以在Midas/Civil模型中設(shè)置虛擬橫梁來模擬橫向連接，其板寬取1 m，板厚取空心板頂板厚度［4］。在主梁交接處需要對虛擬橫梁增設(shè)節(jié)點且釋放該節(jié)點的橫向彎矩來模擬板間鉸接。彈性模量E取3.45×104MPa，見圖5。

圖5 整體計算模型

3.2 加載荷載

該橋梁設(shè)計荷載等級為公路I級，采用車道布載為最不利加載方式，4車道加載。限于篇幅本文只討論在偏載工況下1?！??？招陌宓臉蛄汉奢d橫向分布情況［5］。

3.3 計算結(jié)果分析

3.3.1 鉸縫剛度折減下各空心板跨中位置截面內(nèi)力對比

本橋2?！?＃板間和5?！?＃板間的鉸縫剛度按8個等級進行折減，按荷載公路I級，利用Midas/Civil有限元軟件分別進行加載計算，得到各工況下1?！??？招陌宓目缰袕澗刂岛臀灰浦?，見表1、表2。

表2 鉸縫剛度折減下各空心板跨中截面位置位移值 單位：mm

鉸縫剛度折減后，各空心板內(nèi)力進行了重分布，由表1可以看出，隨著鉸縫剛度的折減，3?！??？招陌鍍?nèi)力值增加幅度最大，最大為33.02%，同時從圖6可以看出，3?！?＃空心板處于最不利位置。從圖7中可以看出，隨著鉸縫剛度從0.5E到0.01E折減，各梁彎矩值有明顯的增值變化。鉸縫剛度折減到0.01E后，1?！?＃梁內(nèi)力值有確定的橫向分布特征，不再隨鉸縫剛度折減發(fā)生變化；3?！??？招陌鍍?nèi)力最大，1?！??？招陌鍍?nèi)力次之，6＃～8?？招陌鍍?nèi)力最小。

圖7 各級鉸縫剛度折減下空心板彎矩曲線

表1 鉸縫剛度折減下各空心板跨中截面位置彎矩值 單位：kN·m

圖6 偏載工況空心板模型彎矩

3.3.2 鉸縫剛度折減下各空心板跨中位置截面位移對比

鉸縫剛度折減后，各空心板內(nèi)力進行了重分布，由表2可以看出，隨著鉸縫剛度的折減，3?！??？招陌逦灰浦翟黾臃茸畲螅畲鬄?8.92%，同時從圖8中明顯看出，3?！??？招陌逦灰浦底畲?。從圖9中可以看出，隨著鉸縫剛度從0.5E到0.01E折減，各梁位移值有明顯的增值變化，鉸縫剛度折減到0.01E后，1＃～8＃梁位移值不再隨鉸縫剛度折減發(fā)生變化，3＃～5?？招陌逦灰浦底畲?，1?！?＃空心板位移值次之，6＃～8?？招陌逦灰浦底钚?。

圖8 偏載工況空心板模型位移

3.3.3 鉸縫剛度折減下各相鄰空心板跨中位置位移差值百分比

從上面的分析中可知，各空心板內(nèi)力值和位移值相對應(yīng)，因此可以從相鄰空心板位移的差值角度來分析鉸縫失效程度，見圖10。

圖10 各級鉸縫剛度折減下相鄰空心板位移差值百分比

該橋梁2?！?＃板間鉸縫和5＃～6＃板間鉸縫出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，從圖10中可以看出，鉸縫剛度折減區(qū)間為E～0.5E時，各相鄰板的位移差值沒有明顯變化，所以這個區(qū)間鉸縫的破壞程度不影響荷載的橫向傳遞。但隨著鉸縫破壞程度的增加，2＃和3?？招陌逡约?＃和6＃空心板間位移差值百分比迅速增大，最大為29.8%。但荷載橫向分布理論依據(jù)是鉸縫相對位移為零，所以此時的鉸縫已經(jīng)完全失效。因此根據(jù)相鄰鉸縫的位移差值百分比來反映鉸縫的破壞程度，從而來判定橋梁鉸縫的失效狀態(tài)是可行的。

4 結(jié) 語

在裝配式空心板梁中，鉸縫經(jīng)常會因車輛荷載及沖擊力的反復(fù)作用，使得鉸縫發(fā)生破壞，進而影響梁板的荷載橫向傳遞，使其分布不均勻。根據(jù)模型計算結(jié)果，當橋梁鉸縫破壞程度不大時，即鉸縫剛度處于E～0.5E區(qū)間，對荷載橫向分布影響不大；當鉸縫破壞到一定程度時，即鉸縫剛度處于0.5E～0.01E區(qū)間，鉸縫傳力能力快速降低，荷載橫向傳遞受較大影響，威脅到橋梁的安全。同時計算結(jié)果表明，相鄰板跨中位移差值百分比與鉸縫破壞程度緊密相關(guān)，可以通過比較相鄰空心板的跨中位置位移的差值百分比來判斷鉸縫的破壞程度，進而判斷橋梁的安全狀況。