企口縫

概述

裝配式預應力混凝土空心板橋的空心板塊之間一般採用企口縫橫向連接，以保證空心板塊之間的整體。裝配式預應力混凝土空心性，共同承受車輛荷載板橋的橋面鋪裝層普遍存在著沿空心板企口縫縱向開裂、鉸縫處混凝土破碎、脫落、大面積滲漏等現象。出現這種成為空心板橋最典型的早期病害之一病害後會致使空心板間橫向聯繫失效，出現單板受力，使橋樑的整體受力性能發生改變，影響橋樑結構的安。裝配式預應力混凝土空心板橋全和交通的暢通產生沿企口縫縱向開裂病害的原因是多方面的，主要是由空心板橋設計理論方面的理想企口縫與實際的企口縫構造有差別、施工質量以及運營階段工作條件惡。另外，空心板在澆築混凝土過化等因素造成的程中，目前一般採用橡膠膠囊作空心板內膜，由於橡膠膠囊內膜密度較小，重量輕，經常偏位和上浮，導致空心板的頂板和腹板厚度減小，使空心板受壓高度不夠，承載力不足; 橡膠膠囊內膜位置偏移或上浮也會造成混凝土保護層厚度變小，甚至鋼筋裸露，使空心板產生。各種裂縫等病害，影響橋樑的耐久性針對裝配式空心板預製過程中橡膠氣囊偏移和上浮等問題，可採用聚苯乙烯泡沫塑料內膜替代傳統的，由於聚苯乙烯泡沫塑料內模具有一橡膠氣囊內膜定的強度，重量較輕，可預製生產，而且澆築完混凝土后可留在結構內不必取出，因此，不用沿橋跨通長設置，可以在空心板端部和跨中位置設置橫隔板。為了解空心板橋在設置橫隔板后能否改善企口縫混凝土的受力性能，本文以一座 22. 5 m 裝配式預應力混凝土空心板橋為例，探討空心板設置橫隔板后對企口縫混凝土力學性能的影響。

1 有限元計算模型

以連霍高速公路改擴建工程中的一座典型的裝配式預應力混凝土空心板橋為研究對象，該橋縱向跨徑為 22. 5 m，計算跨徑為 22. 44 m，兩端簡支，橫向由寬為 1. 49 m 的 7 片空心板組成。各空心板由混凝土企口縫連接。應用有限元程序 Midas /Civil，選用空間 8 節點 6面體實體單元，建立該橋樑整橋三維實體有限元計算模型。在有限元建模中，對截面頂板處的普通鋼筋區採用鋼筋與混凝土的折算彈性模量考慮頂板處普通鋼筋的影響，對底部的預應力鋼筋作用區域，採用預應力筋、普通筋以及混凝土折算后的彈性模量，即取均化的 ; 橋面板、企口縫、混凝土鋼筋混凝土折算彈性模量橋面鋪裝及護欄等均用實體單元，其中企口縫混凝土與空心板單元之間採用共節點處理。在計算模型中，採用的坐標係為: X 軸為沿橋縱向( 向右為正向) ，Y 軸為沿橋橫向( 向內為正向) ，Z 軸為豎直向( 向上為正向) 。該橋為簡支空心板橋，邊界條件設為兩端簡支，該空心板橋共設有 28 個支座。根據橫隔板設置的情況，共考慮 3 種計算模型:

1) 無橫隔板，無橫隔板的橋樑整體空間有限元計算模型;

2)端橫隔板，在兩端部位設有端橫隔板的橋樑整體空間有限元計算模型;

3)有橫隔板，在兩端及跨中部位均設有橫隔板的橋樑整體空間有限元計算模型。根據工程實際所採用的數據，橫隔板的厚度為20cm，在計算中考慮兩種活載工況。

工況1:對稱荷載，即在橋樑橫向以橋中心線為中心對稱設兩列車輛，縱向按橋樑最不利彎矩位置布置;

工況2:偏載，即沿橋樑橫向距護欄0. 5 m 處設兩列車輛，縱向按橋樑最不利彎矩位置布置。

2 計算結果及分析

通過對3 種橫隔板設置模型分別在2 種荷載工況作用進行計算，得出各企口縫混凝土的受力性能，選用5 種應力來說明設置橫隔板對企口縫混凝土受力性能的影響。這5 種應力分別是:SIG-XX———縱向正應力；號。2. 1 析1SIG-YZ———橫向剪應力;SIG-XZ———縱向剪應力;MAX-SHARE———最大剪應力;SIG-EFF———有效應力。由左至右分別為1 ～6對稱荷載作用下企口縫混凝土應力分析由於模型及荷載的對稱性，對於對稱荷載僅需分號～3 號企口縫混凝土應力變化情況。對稱荷載下3 種計算模型計算得到的各企口縫混凝土應力值列於表1。由表1 可知，在對稱荷載作用下，設置橫隔板與不設橫隔板相比，1 號企口縫混凝土的應力總體呈增大趨勢。說明設置橫隔板可將遠處的荷載傳遞到1 號企口縫位置，有利於空心板間受力協同工作。設置端橫隔板和中橫隔板比僅設置端橫隔板，其抗剪性能有所增強，最大剪應力減小2. 242% ，但抗拉能力則有所減弱，最大正應力增大1. 458% 。在對稱荷載作用下，設置橫隔板與不設橫隔板相比，2 號企口縫的各應力總體呈減小趨勢，只有縱向剪應力有所增加。

3 號企口縫的各應力總體也呈減小趨勢。分析2 號、3 號企口縫混凝土應力可知：設置端橫隔板可將荷載傳遞到更遠的位置，使2 號、3 號企口縫混凝土應力值降低，並且在端部和跨中位置設置橫隔板比僅設端橫隔板時對應力的降低幅度大，這是由於設置中橫隔板，在使跨中截面各企口縫應力總體減小的同時，又將該企口縫應力傳遞到其它鉸縫，從而使企口縫的應力得到降低，各板受力均勻，提高了各空心板間協同工作的作用。綜上所述，在對稱荷載作用下，設置端橫隔板后，2號、3 號企口縫承擔的空心板間剪應力減小，1 號企口縫剪應力增大，說明設置端橫隔板，可使空心板間剪力從原來相對集中在中間位置2 號、3 號企口縫上，逐漸向邊緣傳遞，從而使中間企口縫混凝土應力峰值降低，而端部企口縫混凝土應力增加，各企口縫受力均勻; 設置端橫隔板和中橫隔板，可使跨中截面各企口縫應力在整體降低的同時，分佈也更為均勻，板間協同工作能力提高。2. 2 偏載作用下企口縫混凝土應力分析在偏。由於荷載不對稱，需要分析 1 號 ～6 號企口縫混凝土應力變化情況。在偏載作用下，設置橫隔板與不設橫隔板相比，1 號 ～ 4 號企口縫混凝土各應力總體均呈現減小趨勢。

分析 1 號 ～ 4 號企口縫混凝土應力可知，設置橫隔板可將荷載傳遞到更遠的位置，有利於空心板間受力協同工作，且端部和跨中均設置橫隔板比只，在端部設置橫隔板應力減小的幅度更大 說明設置中橫隔板，在使跨中截面各企口縫混凝土應力總體減小的同時又將該企口縫混凝土的應力傳遞到其它的鉸縫上，使各企口縫混凝土的應力得到了有效降低，從而促使各板受力均勻。分析 5 號、6 號企口縫混凝土應力可知: 設置橫隔板后，5 號、6 號企口縫混凝土各應力總體呈增大趨勢，且 5 號企口縫比 6 號企口縫混凝土應力增大更多，這說明設置端橫隔板可使距離荷載較近的 1 號 ～ 4 號企口縫混凝土應力降低，同時使距離荷載作用位置相對較遠的 5 號、6 號企口縫混凝土的應力增大，即空心板間協同工作性能更好。在端部和跨中均設置橫隔板比僅在端部設置橫隔板應力降低幅度略小，這更有利於各空心板間企口縫的受力。

綜上所述，在偏載作用下設置端橫隔板后，使距離荷載位置近的 1 號 ～ 4 號企口縫混凝土剪應力減小，距離荷載位置遠的 5 號、6 號企口縫混凝土剪應力增大，說明設置端橫隔板使板間剪力從原來的相對集中在 1 號 ～ 4 號企口縫上，逐漸向另一端傳遞，從而使荷載作用位置附近企口縫混凝土應力峰值降低，而使遠處企口縫應力增加，這樣各企口縫受力均勻; 在端部與跨中位置均設橫隔板，在使跨中截面各企口縫混凝土應力整體降低的同時，也使各企口縫混凝土應力分佈均勻，空心板間協同工作能力提高。

3 結論

本文以工程實際中常用的裝配式預應力混凝土空心板為例，運用有限元程序 Midas /Civil 建立了跨徑為22. 5 m 的裝配式預應力混凝土簡支空心板橋的整橋三維實體有限元計算模型，分別考慮了無橫隔板、僅設端橫隔板、同時設端橫隔板與中橫隔板 3 種情況，分析了設置橫隔板對裝配式預應力混凝土空心板橋企口縫混凝土受力性能的影響。根據計算結果可以得出結論:

1) 設置橫隔板后，企口縫混凝土的應力值變得均勻，企口縫的抗剪性能有所增強，表現為控制應力較大的 2 號 ～ 4 號企口縫控制應力均有不同程度降低;

2) 端部和跨中位置均設橫隔板比僅設端橫隔板時應力降低更多，但遠離車輛荷載位置的 1 號、5 號、6 號企口縫，端部和跨中均設橫隔板時比僅設端橫隔板時抗剪能力增強，抗拉性能略被削弱。