李洞明

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 概述

目前随着经济飞速发展和环保要求的提高，桥梁装配法施工已经成为趋势。其中预制简支梁结构构造简单、施工方便、安全可靠、造价低，是一种适用性很广的桥梁结构形式。但是由于传统桥面连续缝安全性、耐久性差，常发生开裂、渗水等病害，限制了预制简支梁结构的使用，因此解决桥面连续缝的开裂、渗水病害将带来巨大的社会和经济效益。通过对桥面连续缝受力状况分析，设计了一种新型桥面连续缝，其安全可靠、造价低、构造简单、便于施工、适用性广，并且经实际工程检验，使用效果好。

2 传统桥面连续缝构造

传统桥面连续缝构造常采用刚接板，其构造为梁端缝内塞入聚乙烯泡沫板，其上覆盖橡胶垫片（宽度约600 mm），隔离混凝土铺装与主梁，并在梁端缝两侧一定范围的钢筋混凝土铺装中增设纵向加强钢筋（见图1）。传统桥面连续缝设计时对其受力认识不够充分，对其未进行专门的计算分析，混凝土铺装的配筋、厚度、隔离段长度按经验设计，留下了安全隐患。

3 桥面连续缝受力状况分析[1]

桥面连续缝为嵌固于主梁的固端梁，跨径为橡胶垫片的宽度，受力模式如图2所示。影响桥面连续缝的主要因素有梁端缝处车轮局部荷载、梁端转角引起的梁端缝张开、主梁挠曲引起的梁体纵向位移、整体升降温、日照温差、汽车制动力、混凝土收缩徐变、支座不均匀压缩和沉降。

图1 传统桥面连续缝构造

图2 桥面连续缝受力图示

（1）车轮局部荷载。梁端缝处桥面连续缝受车轮反复冲击，连续缝易损坏，且由于施工原因，端缝尺寸常常与设计尺寸偏差较大，加剧了连续缝的损坏。

（2）梁端转角。在二期恒载、活载、温度和收缩徐变等荷载作用下，梁端产生转角，端缝顶部张开，并且主梁端部上角点向上顶起，在连续缝中产生较大拉力，并产生弯矩和局部压应力。

（3）主梁挠曲。在外荷载作用下，主梁产生挠曲，导致主梁梁长缩短，在连续缝中产生拉力。

（4）整体升降温和制动力。在整体升降温和制动力作用下，连续缝中产生拉力和压力。

（5）支座不均匀压缩和沉降。在支座不均匀压缩和沉降的作用下，连续缝中产生弯矩和局部压应力。

（6）收缩徐变。在收缩徐变的作用下，连续缝受拉弯。

根据对连续缝损坏情况的调查，车路局部冲击荷载和梁端转角是连续缝损坏的主要因素。在梁端转角作用下，连续缝的轴向刚度决定了连续缝中拉力大小，连续缝刚度大则拉力大，连续缝刚度小则拉力小，故应根据计算确定连续缝的长度。

4 新型桥面连续缝的结构设计

根据桥面连续缝的受力特点，采取针对性的措施：梁端缝上覆盖钢板，钢板与连续缝混凝土结合，形成钢混凝土组合结构，承受车轮局部冲击，并且钢板承受梁端上角点处局部压应力；梁端局部区域连续缝与梁体隔离，按控制裂缝宽度的原则，经计算确定隔离范围；连续缝与主梁之间设置软垫层（橡胶片），以削弱甚至消除梁端上顶的影响；在连续缝内设置加强钢筋，以承受拉力；此外在梁端缝内设置膨胀型止水橡胶圆条，防止渗水。

新型桥面连续缝的构造由三大部分构成：第一部分在梁端缝内塞入横向通长膨胀型止水橡胶圆条，塞入距梁顶0.1 m，用双组分聚硫密封胶把缝内橡胶圆条以上部分剩余空隙填满，其中要求圆条直径要比预留缝宽，圆条内反向插入M8六角头螺栓，螺母朝上；第二部分在梁顶面用M10水泥砂浆找平，再用树脂胶将2～3 mm厚橡胶片粘铺上，其中心与缝中心对齐；在橡胶片上压镀锌钢板，横向并列通长布满，安装时钢板预留孔对应穿入预埋螺栓，拧紧螺母固定钢板；第三部分在连续缝混凝土铺装内设置加强钢筋。具体构造如图3所示。

该新型桥面连续缝构造通过在梁端缝处安装钢板及加强钢筋，比传统连续缝强度和刚度大，减少因车轮碾压导致连续缝开裂，避免梁端上角点处连续缝局部承压碎裂，从而减少桥面水渗入连续缝内；通过拧紧螺栓，压紧梁顶橡胶片、挤密密封胶，防水性比传统连续缝要好，当因密封胶老化后小部分水穿透时，橡胶圆条遇水膨胀，防止水穿过。合理控制隔离范围，将梁端转动产生的水平位移均匀分布在隔离范围的连续缝上，裂缝宽度满足规范要求。通过以上措施，连续缝能有效防水抗裂且更耐久，构造所需材料均为市场常见建材，无须特制，安装简单，施工方便。

图3 新型桥面连续缝构造

5 新型桥面连续缝的应用

此新型连续缝在上海度假区高架中首先使用，经四年多运营，使用情况良好，未发现沥青路面开裂和渗水。目前在建的上海S7公路和龙东大道高架工程中也采用此新型连续缝。

此新型连续缝设计关键为确定连续缝的长度，以龙东大道高架工程为例，简述连续缝长度的计算。龙东大道高架工程标准段桥梁结构为30 m简支小箱梁，桥面连续，2～5跨一联，下部结构为平头盖梁。

5.1 计算模型

采用桥梁博士有限元计算程序，选取2×30 m简支小箱梁（桥面连续）结构进行分析。小箱梁采用梁单元模拟；考虑到连续缝为钢筋混凝土构件，在拉力作用下开裂，故仅考虑连续缝中纵向钢筋的作用，采用梁单元模拟，面积为纵向钢筋面积。由于结构纵向对称，故纵桥向选取半结构。连续缝中纵向钢筋取1/2连续缝长度，在梁端处采用固端约束条件，在另一端采用刚性连接于小箱梁顶，通过计算得到钢筋应变、钢筋应力，从而计算出连续缝的裂缝宽度。模型如图4、图5所示。

图4 有限元分析模型示意（一）

图5 有限元分析模型示意（二）

5.2 荷载

模型计算考虑了恒载、活载、温度梯度和沉降等荷载作用。整体升降温、制动力在连续缝中的效应经单独计算后，与有限元模型计算结果组合。

5.3 计算结果

经试算，连续缝长度取2 m，纵向钢筋直径为18 mm、间距为100 mm时，在荷载最不利频遇组合作用下，钢筋应力为166 MPa。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018），裂缝宽度为 0.151 mm，满足规范要求[2]。

6 结语

对桥面连续缝受力状况进行了详细分析后，针对其受力特点和病害，设计了新型防水抗裂连续缝。经实际工程检验，使用状况良好，能有效防水抗裂且更耐久，所需材料均为市场常见建材，无须特制，安装简单，施工方便。