企口縫

1 有限元計(jì)算模型

以連霍高速公路改擴(kuò)建工程中的一座典型的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)檠芯繉?duì)象，該橋縱向跨徑為 22. 5 m，計(jì)算跨徑為 22. 44 m，兩端簡(jiǎn)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(yīng)用有限元程序 Midas /Civil，選用空間 8 節(jié)點(diǎn) 6面體實(shí)體單元，建立該橋梁整橋三維實(shí)體有限元計(jì)算模型。在有限元建模中，對(duì)截面頂板處的普通鋼筋區(qū)采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(duì)底部的預(yù)應(yīng)力鋼筋作用區(qū)域，采用預(yù)應(yīng)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(hù)欄等均用實(shí)體單元，其中企口縫混凝土與空心板單元之間采用共節(jié)點(diǎn)處理。在計(jì)算模型中，采用的坐標(biāo)系為: X 軸為沿橋縱向( 向右為正向) ，Y 軸為沿橋橫向( 向內(nèi)為正向) ，Z 軸為豎直向( 向上為正向) 。該橋?yàn)楹?jiǎn)支空心板橋，邊界條件設(shè)為兩端簡(jiǎn)支，該空心板橋共設(shè)有 28 個(gè)支座。根據(jù)橫隔板設(shè)置的情況，共考慮 3 種計(jì)算模型:

1) 無橫隔板，無橫隔板的橋梁整體空間有限元計(jì)算模型;

2)端橫隔板，在兩端部位設(shè)有端橫隔板的橋梁整體空間有限元計(jì)算模型;

3)有橫隔板，在兩端及跨中部位均設(shè)有橫隔板的橋梁整體空間有限元計(jì)算模型。根據(jù)工程實(shí)際所采用的數(shù)據(jù)，橫隔板的厚度為20cm，在計(jì)算中考慮兩種活載工況。

工況1:對(duì)稱荷載，即在橋梁橫向以橋中心線為中心對(duì)稱設(shè)兩列車輛，縱向按橋梁最不利彎矩位置布置;

工況2:偏載，即沿橋梁橫向距護(hù)欄0. 5 m 處設(shè)兩列車輛，縱向按橋梁最不利彎矩位置布置。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

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

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

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

綜上所述，在偏載作用下設(shè)置端橫隔板后，使距離荷載位置近的 1 號(hào) ～ 4 號(hào)企口縫混凝土剪應(yīng)力減小，距離荷載位置遠(yuǎn)的 5 號(hào)、6 號(hào)企口縫混凝土剪應(yīng)力增大，說明設(shè)置端橫隔板使板間剪力從原來的相對(duì)集中在 1 號(hào) ～ 4 號(hào)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(yīng)力峰值降低，而使遠(yuǎn)處企口縫應(yīng)力增加，這樣各企口縫受力均勻; 在端部與跨中位置均設(shè)橫隔板，在使跨中截面各企口縫混凝土應(yīng)力整體降低的同時(shí)，也使各企口縫混凝土應(yīng)力分布均勻，空心板間協(xié)同工作能力提高。

3 結(jié)論

本文以工程實(shí)際中常用的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板為例，運(yùn)用有限元程序 Midas /Civil 建立了跨徑為22. 5 m 的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋的整橋三維實(shí)體有限元計(jì)算模型，分別考慮了無橫隔板、僅設(shè)端橫隔板、同時(shí)設(shè)端橫隔板與中橫隔板 3 種情況，分析了設(shè)置橫隔板對(duì)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋企口縫混凝土受力性能的影響。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以得出結(jié)論:

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

2) 端部和跨中位置均設(shè)橫隔板比僅設(shè)端橫隔板時(shí)應(yīng)力降低更多，但遠(yuǎn)離車輛荷載位置的 1 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)企口縫，端部和跨中均設(shè)橫隔板時(shí)比僅設(shè)端橫隔板時(shí)抗剪能力增強(qiáng)，抗拉性能略被削弱。 2100433B

概述

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的空心板塊之間一般采用企口縫橫向連接，以保證空心板塊之間的整體 。裝配式預(yù)應(yīng)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(xiàn)象 。出現(xiàn)這種成為空心板橋最典型的早期病害之一病害后會(huì)致使空心板間橫向聯(lián)系失效，出現(xiàn)單板受力，使橋梁的整體受力性能發(fā)生改變，影響橋梁結(jié)構(gòu)的安 。裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋全和交通的暢通產(chǎn)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(shè)計(jì)理論方面的理想企口縫與實(shí)際的企口縫構(gòu)造有差別、施工質(zhì)量以及運(yùn)營(yíng)階段工作條件惡 。另外，空心板在澆筑混凝土過化等因素造成的程中，一般采用橡膠膠囊作空心板內(nèi)膜，由于橡膠膠囊內(nèi)膜密度較小，重量輕，經(jīng)常偏位和上浮，導(dǎo)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(nèi)膜位置偏移或上浮也會(huì)造成混凝土保護(hù)層厚度變小，甚至鋼筋裸露，使空心板產(chǎn)生。各種裂縫等病害，影響橋梁的耐久性針對(duì)裝配式空心板預(yù)制過程中橡膠氣囊偏移和上浮等問題，可采用聚苯乙烯泡沫塑料內(nèi)膜替代傳統(tǒng)的，由于聚苯乙烯泡沫塑料內(nèi)模具有一橡膠氣囊內(nèi)膜定的強(qiáng)度，重量較輕，可預(yù)制生產(chǎn)，而且澆筑完混凝土后可留在結(jié)構(gòu)內(nèi)不必取出，因此，不用沿橋跨通長(zhǎng)設(shè)置，可以在空心板端部和跨中位置設(shè)置橫隔板。為了解空心板橋在設(shè)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(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)槔?，探討空心板設(shè)置橫隔板后對(duì)企口縫混凝土力學(xué)性能的影響。