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摘要：单板受力是小桥涵比较普遍和严重的桥梁病害之一,它削弱了桥涵上部结构的整体性，降低了桥涵的整体承载能力，使上部承重结构处于非常不利的受力状态， 它不但影响公路的正常通行和桥梁的使用安全,而且还使公路养护部门每年都花费大量的资金用于加固维修。本文对单板受力产生的原因作了较全面的分析总结,并从设计、施工、养护管理方面找出了病害的控制方法,以便达到防患于未然的目的。
关键词：单板受力；铰缝；横向联系；控制与加固
装配式铰接板在施工、造价、施工组织及便于标准化施工方面具有明显的优势，在广西地区，上世纪九十年代至今的路网公路的建设中，跨径为4m、6m、8m、10m、13m、16m、20m的桥涵绝大部分采用了这种结构，目前，随着运营时间的增长，车辆超载现象日趋严重，有许多桥梁因超载的作用发生了不同程度的损坏，桥梁上部结构单板受力是一种常见病害。
一、桥梁单板受力的破坏性
所谓单板受力，即桥梁上部板梁结构中部分板梁之间失去横向联系后，造成车轮直接作用于单个板梁,使其独自承受行车荷载。桥梁出现单板受力病害后，由于荷载横向分布系数比设计值增大，板梁不能共同受力，桥梁的整体承载能力降低，桥梁横载面上的梁板之间无法相互传力，引起荷载横向分布不利变化和桥面板的内力集中。某块板梁单独承受荷载，加剧单板疲劳破坏，使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态，降低桥梁的耐久性和使用寿命，对行车安全造成极大隐患。如不及时处理,逐渐使桥梁承载能力进一步降低和桥面板产生结构性破坏。
二、单板受力的一般规律及病害特征
经调查，发现近1／4的小桥涵出现了不同程度的单板受力病害，主要集中在8ｍ～18ｍ的钢筋混凝土矩形实心板小桥涵上，桥梁单板受力的一般规律为：（1）由于重车车速慢，很少占用超车道，使行车道部分的开裂频率远大于超车道部分。（2）重轮直接作用在梁板导致位于行车道轮迹部位的梁板更容易产生单板受力。（3）实心板比空心板更容易出现单板受力。这是由于实心板的梁高通常比空心板小，铰纹受剪面积也小，在轮载相同的情况下，剪切作用更为明显。（4）跨径小的桥梁发生单板受力的几率更高。因为跨径小，梁高小，铰缝受剪面积小，故剪切效应更为显著。（5）渗水的桥面比不渗水的桥面更容易发生。这是水分和除雪渗盐对混凝土的腐蚀作用所致，尤其是冬季的冻融作用，也有些情况是先剪裂以后才引起渗水的。（6）桥面铺装层较厚者单板受力较少，它得益于轮载传力面积的扩散效果。（7）水泥混凝土的抗剪能力远大于沥青混凝土，对应的扩散作用较大，在桥面厚度相同的情况下，水泥混凝土铺装的抗剪能力比沥青混凝土要好些。（8）支座顶为湿接头（即现浇混凝土）的梁端受力能力优于预制梁板直接压设在橡胶支座上的梁端受力能力。这是由于每块预制板通常都设四个支座，施工中很难保证四个支座受力完全一致。橡胶支座上有一个较大的接触面，施工时即使是同一支座，也难以保证接触面全面与梁板底面紧密接触，这样就造成受力不匀，给梁端受剪留下隐患。
病害特征主要为：（1）一般发生在铰接板桥梁行车道范围内。（2）带有这种病害的板桥,其铰缝混凝土被破坏,并逐步破碎而脱落。在桥面铺装层上沿铰缝方向产生不规则的纵向裂缝,严重时形成一条破碎带。雨雪水常通过破碎后的铰缝渗入板底,留下明显的渗水痕迹。当重型车辆通过“单板受力”的板梁时产生明显弹性下挠,使其与两侧的梁板上下错位后,形成台阶。待重车过后,这种错位消除,又恢复原状。（3）如果长期经受超过设计标准的重型车辆作用, “单板受力”现象会逐渐加重。进入这种病害“后期”阶段,则弹性下挠逐渐变成塑性变形,“单板受力”的梁板与两侧的梁板之间形成永久性台阶。
由于桥梁上部结构的各梁板间横向联结主要依靠铰缝及混凝土铺装层实现，上述病害将导致横向联结失效，造成单板受力的存在从而削弱了桥涵上部结构的整体性，降低了桥涵的整体承载能力，同时使得上部主要承重结构处于非常不利的受力状态，对交通安全构成隐患。
三、形成单板受力的原因分析 从根本上说, 单板受力是由于板间铰缝被剪断所致。其产生的原因可以从设计、施工和使用三个方面来分析。1．设计方面的原因：车辆超载是产生单板受力的主要原因所在,但从设计角度来看,为什么在已出现单板受力的桥梁中, 却极少发生 预制空心板顶板被压碎的情况?这至少说明铰缝部位在设计方面的安全储备远低于顶板的设计。目前常用的预制板设计,一般都存在以下缺憾： （1）铰缝的形式不够合理。例如梁端一定范围的铰缝宽度只用1cm,如果出现梁板预制和安装就位时的误差,则铰缝的浇注质量难以保障。另外,在跨中部位的铰缝形式也不尽合理,其抗剪效率不够理想。 （2）设计中没有虑及铰缝混凝土自身的收缩作用,没有足够重视新旧混凝土间粘结力的弱化作用。 （3）铰缝钢筋布置太少,顶板连接钢板抗力不足。 （4）铰缝设计理论不够完善,在结构计算中,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严密。
（5）桥面排水不良以及铺装防水性能差，也会加剧铰缝的破损失效。
2．施工方面的原因：预制梁板的单板受力与施工质量有着密切的关系,因为在同一条路线、同一种结构形式的桥梁,有的发生单板受力,有的却没有发生,便足以说明这一问题。在施工时一般应注意如下几个问题： （1）預制板侧面应认真凿毛,并仔细清除由于凿毛而产生的松动混凝土块,以增强新旧混凝土间的粘结和抗剪能力。 （2）铰缝混凝土浇注前,应对梁体侧面进行洒水湿润,以保证新旧混凝土间的良好结合。 （3）铰缝混凝土务必灌满振实,并进行必要的养护。 （4）最好能够使用防收缩或微膨胀水泥浇注铰缝混凝土。 （5）梁板吊装时,要密切关注支座受力的均衡性,切忌支座悬空。 （6）铰缝混凝土未达到设计强度前,严禁在桥上行驶车辆等重型荷载,以免使铰缝产生内伤。
3．使用方面的原因：车辆的荷载超过设计值,尤其是集中荷载(例如车辆的单侧轮组)严重超过设计标准。
四、单板受力的预防措施与加固措施
1．对于小跨径的桥梁,尽量设计成整体现浇结构。 2．在预制板的跨中和两端设计横隔暗梁,以加强相邻梁体间的联结作用。铰缝相应部位的钢筋也须予以加强。 3．桥面铺装层设置两层钢筋网,增强桥面板的整体刚度。 4．铰缝混凝土和防水混凝土均采用40#,并在防水混凝土中掺聚丙烯纤维,改善混凝土的抗裂、抗渗和抗磨性能。 5．在板顶面钻孔植筋,并将锚固筋顶部与桥面铺装层内上层钢筋网纵向钢筋进行焊接,以加强板与板面铺装的共同受力。 6．铰缝处设联结钢板以增强横向联系,原预留铰缝连接钢筋若有缺失损坏,需按原样焊接恢复。 7．对预制板设置横向预应力筋。因为预制板(多数为空心板)的跨径一般读在20m以下,所以横向预应力筋的设置一般只在跨中和两端共设三道即可。其中两端的横向预应力筋,除了加强铰缝的抗剪能力外,尚有克服支座不均匀变形方面的的作用。但对于现浇接头的一端,因为支座受力基本一致,如果不会出现支座本身质量问题的话,不设横向预应力筋也可以。铰缝的抗剪强度除了混凝土质量以外,在很大程度上还取决于新旧混凝土间的粘结力和摩阻力,其中摩阻力=垂直力×摩阻力系数,由此可见,设置横向预应力(即上式中的垂直力)可以大大增强铰缝的抗剪强度。
五、单板受力加固具体施工工艺
1．凿除桥面铺装和铰缝混凝土。注意保留原有板的预留钢筋。
2．对于跨中已经发生开裂，刚度降低的重车道下的梁板，如果裂缝较大，不能闭合、破坏严重，应更换新梁板。
3．钢筋植筋。钻孔时用冲击钻钻孔,确保有足够的粗糙度；清理孔内的灰尘及混凝土碎屑,并保持孔内干燥,采用专用的植筋胶从孔的底部开始注射至满孔的1/3；将钢筋缓缓旋入孔中,保证钢筋植入部分完全粘上了胶；固化前不能施加任何荷载。
4．提高铰缝混凝土标号，在大企口铰缝中增设钢筋，在小企口铰缝顶面增设铰缝横向联结钢板，以加强铰缝横向传力增强上部承重构件的横向联系。
5．加强上部结构整体性，水泥混凝土桥面铺装厚度应加大。改变原两层桥面铺装结构层为一层防水混凝土，加强桥面铺装的布筋加粗、加密铺装层钢筋网中的横向钢筋，以实现有效的横向传力。
6．防水混凝土宜使用强制式搅拌机,先投入碎石,然后投入聚丙烯纤维,再投入砂子搅拌两分钟,然后投入水泥和水搅拌均匀即可。
7．浇筑铰缝混凝土和桥面铺装前，将结合面凿毛,并冲刷干净,先在铰缝底部填塞12.5号水泥砂浆,待砂浆强度达50%后,再在铰缝内浇筑小石子混凝土,并振捣密实,最后浇筑桥面铺装混凝土。
8．桥面铺装混凝土的强度未达到设计强度的80%时,在桥面上禁止车辆通行。
9．施工完成后应加强交通管制，采取相应的限载控制措施，设置超限运输检查站，加大管理及查处力度，对超载车辆予以卸载后通行。单板受力是比较普遍和严重的桥梁病害之一,它不但影响高速公路的正常通行和桥梁的使用安全,而且还使公路养护部门每年都花费大量的资金用于加固维修。因此我们要从设计、施工及养护管理等诸多方面入手,减少病害的发生,保证高速公路的快捷畅通。
参考文献：
[1]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范．
关键词：单板受力；铰缝；横向联系；控制与加固
装配式铰接板在施工、造价、施工组织及便于标准化施工方面具有明显的优势，在广西地区，上世纪九十年代至今的路网公路的建设中，跨径为4m、6m、8m、10m、13m、16m、20m的桥涵绝大部分采用了这种结构，目前，随着运营时间的增长，车辆超载现象日趋严重，有许多桥梁因超载的作用发生了不同程度的损坏，桥梁上部结构单板受力是一种常见病害。
一、桥梁单板受力的破坏性
所谓单板受力，即桥梁上部板梁结构中部分板梁之间失去横向联系后，造成车轮直接作用于单个板梁,使其独自承受行车荷载。桥梁出现单板受力病害后，由于荷载横向分布系数比设计值增大，板梁不能共同受力，桥梁的整体承载能力降低，桥梁横载面上的梁板之间无法相互传力，引起荷载横向分布不利变化和桥面板的内力集中。某块板梁单独承受荷载，加剧单板疲劳破坏，使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态，降低桥梁的耐久性和使用寿命，对行车安全造成极大隐患。如不及时处理,逐渐使桥梁承载能力进一步降低和桥面板产生结构性破坏。
二、单板受力的一般规律及病害特征
经调查，发现近1／4的小桥涵出现了不同程度的单板受力病害，主要集中在8ｍ～18ｍ的钢筋混凝土矩形实心板小桥涵上，桥梁单板受力的一般规律为：（1）由于重车车速慢，很少占用超车道，使行车道部分的开裂频率远大于超车道部分。（2）重轮直接作用在梁板导致位于行车道轮迹部位的梁板更容易产生单板受力。（3）实心板比空心板更容易出现单板受力。这是由于实心板的梁高通常比空心板小，铰纹受剪面积也小，在轮载相同的情况下，剪切作用更为明显。（4）跨径小的桥梁发生单板受力的几率更高。因为跨径小，梁高小，铰缝受剪面积小，故剪切效应更为显著。（5）渗水的桥面比不渗水的桥面更容易发生。这是水分和除雪渗盐对混凝土的腐蚀作用所致，尤其是冬季的冻融作用，也有些情况是先剪裂以后才引起渗水的。（6）桥面铺装层较厚者单板受力较少，它得益于轮载传力面积的扩散效果。（7）水泥混凝土的抗剪能力远大于沥青混凝土，对应的扩散作用较大，在桥面厚度相同的情况下，水泥混凝土铺装的抗剪能力比沥青混凝土要好些。（8）支座顶为湿接头（即现浇混凝土）的梁端受力能力优于预制梁板直接压设在橡胶支座上的梁端受力能力。这是由于每块预制板通常都设四个支座，施工中很难保证四个支座受力完全一致。橡胶支座上有一个较大的接触面，施工时即使是同一支座，也难以保证接触面全面与梁板底面紧密接触，这样就造成受力不匀，给梁端受剪留下隐患。
病害特征主要为：（1）一般发生在铰接板桥梁行车道范围内。（2）带有这种病害的板桥,其铰缝混凝土被破坏,并逐步破碎而脱落。在桥面铺装层上沿铰缝方向产生不规则的纵向裂缝,严重时形成一条破碎带。雨雪水常通过破碎后的铰缝渗入板底,留下明显的渗水痕迹。当重型车辆通过“单板受力”的板梁时产生明显弹性下挠,使其与两侧的梁板上下错位后,形成台阶。待重车过后,这种错位消除,又恢复原状。（3）如果长期经受超过设计标准的重型车辆作用, “单板受力”现象会逐渐加重。进入这种病害“后期”阶段,则弹性下挠逐渐变成塑性变形,“单板受力”的梁板与两侧的梁板之间形成永久性台阶。
由于桥梁上部结构的各梁板间横向联结主要依靠铰缝及混凝土铺装层实现，上述病害将导致横向联结失效，造成单板受力的存在从而削弱了桥涵上部结构的整体性，降低了桥涵的整体承载能力，同时使得上部主要承重结构处于非常不利的受力状态，对交通安全构成隐患。
三、形成单板受力的原因分析 从根本上说, 单板受力是由于板间铰缝被剪断所致。其产生的原因可以从设计、施工和使用三个方面来分析。1．设计方面的原因：车辆超载是产生单板受力的主要原因所在,但从设计角度来看,为什么在已出现单板受力的桥梁中, 却极少发生 预制空心板顶板被压碎的情况?这至少说明铰缝部位在设计方面的安全储备远低于顶板的设计。目前常用的预制板设计,一般都存在以下缺憾： （1）铰缝的形式不够合理。例如梁端一定范围的铰缝宽度只用1cm,如果出现梁板预制和安装就位时的误差,则铰缝的浇注质量难以保障。另外,在跨中部位的铰缝形式也不尽合理,其抗剪效率不够理想。 （2）设计中没有虑及铰缝混凝土自身的收缩作用,没有足够重视新旧混凝土间粘结力的弱化作用。 （3）铰缝钢筋布置太少,顶板连接钢板抗力不足。 （4）铰缝设计理论不够完善,在结构计算中,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严密。
（5）桥面排水不良以及铺装防水性能差，也会加剧铰缝的破损失效。
2．施工方面的原因：预制梁板的单板受力与施工质量有着密切的关系,因为在同一条路线、同一种结构形式的桥梁,有的发生单板受力,有的却没有发生,便足以说明这一问题。在施工时一般应注意如下几个问题： （1）預制板侧面应认真凿毛,并仔细清除由于凿毛而产生的松动混凝土块,以增强新旧混凝土间的粘结和抗剪能力。 （2）铰缝混凝土浇注前,应对梁体侧面进行洒水湿润,以保证新旧混凝土间的良好结合。 （3）铰缝混凝土务必灌满振实,并进行必要的养护。 （4）最好能够使用防收缩或微膨胀水泥浇注铰缝混凝土。 （5）梁板吊装时,要密切关注支座受力的均衡性,切忌支座悬空。 （6）铰缝混凝土未达到设计强度前,严禁在桥上行驶车辆等重型荷载,以免使铰缝产生内伤。
3．使用方面的原因：车辆的荷载超过设计值,尤其是集中荷载(例如车辆的单侧轮组)严重超过设计标准。
四、单板受力的预防措施与加固措施
1．对于小跨径的桥梁,尽量设计成整体现浇结构。 2．在预制板的跨中和两端设计横隔暗梁,以加强相邻梁体间的联结作用。铰缝相应部位的钢筋也须予以加强。 3．桥面铺装层设置两层钢筋网,增强桥面板的整体刚度。 4．铰缝混凝土和防水混凝土均采用40#,并在防水混凝土中掺聚丙烯纤维,改善混凝土的抗裂、抗渗和抗磨性能。 5．在板顶面钻孔植筋,并将锚固筋顶部与桥面铺装层内上层钢筋网纵向钢筋进行焊接,以加强板与板面铺装的共同受力。 6．铰缝处设联结钢板以增强横向联系,原预留铰缝连接钢筋若有缺失损坏,需按原样焊接恢复。 7．对预制板设置横向预应力筋。因为预制板(多数为空心板)的跨径一般读在20m以下,所以横向预应力筋的设置一般只在跨中和两端共设三道即可。其中两端的横向预应力筋,除了加强铰缝的抗剪能力外,尚有克服支座不均匀变形方面的的作用。但对于现浇接头的一端,因为支座受力基本一致,如果不会出现支座本身质量问题的话,不设横向预应力筋也可以。铰缝的抗剪强度除了混凝土质量以外,在很大程度上还取决于新旧混凝土间的粘结力和摩阻力,其中摩阻力=垂直力×摩阻力系数,由此可见,设置横向预应力(即上式中的垂直力)可以大大增强铰缝的抗剪强度。
五、单板受力加固具体施工工艺
1．凿除桥面铺装和铰缝混凝土。注意保留原有板的预留钢筋。
2．对于跨中已经发生开裂，刚度降低的重车道下的梁板，如果裂缝较大，不能闭合、破坏严重，应更换新梁板。
3．钢筋植筋。钻孔时用冲击钻钻孔,确保有足够的粗糙度；清理孔内的灰尘及混凝土碎屑,并保持孔内干燥,采用专用的植筋胶从孔的底部开始注射至满孔的1/3；将钢筋缓缓旋入孔中,保证钢筋植入部分完全粘上了胶；固化前不能施加任何荷载。
4．提高铰缝混凝土标号，在大企口铰缝中增设钢筋，在小企口铰缝顶面增设铰缝横向联结钢板，以加强铰缝横向传力增强上部承重构件的横向联系。
5．加强上部结构整体性，水泥混凝土桥面铺装厚度应加大。改变原两层桥面铺装结构层为一层防水混凝土，加强桥面铺装的布筋加粗、加密铺装层钢筋网中的横向钢筋，以实现有效的横向传力。
6．防水混凝土宜使用强制式搅拌机,先投入碎石,然后投入聚丙烯纤维,再投入砂子搅拌两分钟,然后投入水泥和水搅拌均匀即可。
7．浇筑铰缝混凝土和桥面铺装前，将结合面凿毛,并冲刷干净,先在铰缝底部填塞12.5号水泥砂浆,待砂浆强度达50%后,再在铰缝内浇筑小石子混凝土,并振捣密实,最后浇筑桥面铺装混凝土。
8．桥面铺装混凝土的强度未达到设计强度的80%时,在桥面上禁止车辆通行。
9．施工完成后应加强交通管制，采取相应的限载控制措施，设置超限运输检查站，加大管理及查处力度，对超载车辆予以卸载后通行。单板受力是比较普遍和严重的桥梁病害之一,它不但影响高速公路的正常通行和桥梁的使用安全,而且还使公路养护部门每年都花费大量的资金用于加固维修。因此我们要从设计、施工及养护管理等诸多方面入手,减少病害的发生,保证高速公路的快捷畅通。
参考文献：
[1]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范．