空心板病害原因分析：

空心板梁的病害不是独立的，而是相互影响、相互制约的。譬如最常见的病害支座脱空危害较大，支座脱空势必造成其他支座反力增大，超过支座承载能力，易引起支座本身的损坏；支座脱空会大大增加板梁横向弯矩，易引起板梁板底纵裂；支座脱空对铰缝的工作状况会产生不利影响，会加剧铰缝损坏，进而会形成单板受力，最终造成对板梁本身的损伤。

1、设计原因

对铰缝的验算理论不完善，原设计中采用铰接板理论计算铰缝剪力较实际作用偏小忽略了铰缝与预制空心板接触面之间的粘结作用。

空心板铰缝破损引起的“单板受力”问题是空心板简支梁桥最常见同时也是最致命的病害。这一病害不仅直接导致梁体开裂，降低结构的承载能力与耐久性，同时还会引起和加速桥梁其他病害的产生和发展。

在我国，目前还没有明确规定铰缝如何进行抗剪计算，在以往的计算中，通常是以将铰缝混凝土看作圬工材料，按圬工结构(《圬工规范》)直接受剪来计算铰缝抗剪强度。由于《圬工规范》未考虑铰缝属于先后浇混凝土粘结，导致铰缝抗剪承载力计算值往往远远大于其设计值。

2、施工原因

铰缝浅而窄，不利于铰缝混凝土的振捣，导致混凝土不密实，强度达不到要求。

板梁铰缝接触面混凝土未进行粗糙处理，或凿毛后没有清除松动混凝土块，从而降低了预制板与铰缝混凝土间的粘结强度。

铰缝混凝土浇注前，应将梁体侧面湿润，否则新老混凝土接触面粘结性能较差。

支座安装不平导致支座脱空，形成“三条腿”现象。车辆通过时造成空心板的振动，使铰接缝混凝土处于很不利的受力状态，久而久之，铰接缝混凝土逐渐破碎脱落。

施工时对整体化层内的钢筋网位置控制不准等原因对铰缝也有不利影响。

3、运营因素

重载运输现象越来越严重，重载车辆对小跨径桥梁的影响尤为显著。

板梁损伤降低板梁刚度，又会反过来影响荷载的横向分布，从另一方面增大铰缝的内力行车轨迹固定，车辆荷载的反复作用下某些预制板铰缝更易发生疲劳破坏。

铰缝病害：铰缝开裂、脱落等病害的产生原因可主要归结于计算理论、设计因素、施工因素、其它因素。

计算理论方面。铰接板计算理论假设竖向荷载作用下铰缝只传递竖向剪力，然而空心板铰接缝处受力复杂，用传统的铰接板计算理论不能满足目前交通运输发展下桥梁的使用要求。

设计方面。计算理论方面的不足直接影响了空心板桥铰缝结构的设计。铰缝结构尺寸偏小，缝间连接钢筋薄弱，设计中没有足够重视新旧混凝土之间的粘结力弱化问题均会导致铰缝病害的产生。

施工方面。施工队伍普遍对铰缝不够重视，不能做到严格按照规范和施工工艺的相关要求进行施工。铰缝混凝土振捣不密实，铰缝内钢筋保留不全，铰缝底部用布条、麻布等杂物填充，没有浇筑铰缝砂浆等，均会导致铰缝混凝土强度达不到设计要求。浇注铰缝混凝土前对空心板侧没有认真凿毛，不仔细清除凿毛产生的松动混凝土块，或是没有将板侧进行洒水湿润，都会降低新旧混凝土之间的粘结能力。

此外，超载车、地震、下部结构不均匀沉降等其他非正常原因也能导致铰缝的破坏。唐先习通过试验分析得出超载车辆产生的疲劳作用会对铰接板结构产生较严重的破坏。在大幅值疲劳荷载作用下，深铰缝的应用性能要好于浅铰缝。

空心板裂缝：空心板常见病害形式之一为正弯矩处的横向裂缝，主要是由于梁板之间的横向联系破坏，车轮荷载不能得到有效传递，导致单块空心板承受的车轮荷载作用大于设计荷载而开裂。

桥面系病害：桥面铺装既保护行车道板不受车辆直接磨损、防止板遭受雨雪侵蚀，还起着分布车轮荷载的作用，对荷载的横向传递有利，桥面铺装产生裂缝或损坏必然会影响板的受力。桥面铺装发生不同程度的裂缝或损坏的原因，可分为设计因素和施工因素。

设计因素包括：桥面铺装层设计理论不足；荷载因素考虑不充分；桥面铺装层混凝土强度不足；桥面铺装层厚度局部偏薄；桥面铺装层配筋偏小；排水设计不合理；桥面板刚度不够等。

施工因素包括：桥面铺装层与梁板粘结不好；桥面铺装层钢筋网定位不准确；桥面铺装层混凝土施工控制不严格；桥面铺装层特殊位置处理不当，如施工缝、伸缩缝以及桥梁拓宽改建时新老桥交界处；桥面铺装层混凝土养护较差；桥面防水层的影响等。

铺装纵向开裂机理：运营期间纵向开裂主要原因为桥面温度应力和荷载应力叠加造成；施工期间纵向开裂是温度应力和微差收缩应力叠加造成。桥面铺装纵向开裂是由于空心板桥的横向刚度较小，板间横向传力靠铰缝和铺装层共同承担。在行车荷载作用下，板缝间铺装层受弯剪作用，且以抗剪为主。受长期重复荷载的作用，桥面铺装极易发生疲劳破坏，沿板缝纵向开裂。当桥梁承受超限车载时，主板挠度进一步加大，从而加剧桥面铺装的纵向开裂。

整桥病害：铰缝是板间传递内力的关键构件。铰缝损坏会大大削弱板间的横向联系，进而增大板受力，最终形成单板受力状态。

桥面铺装既保护行车道板不受车辆直接磨损、防止板遭受雨雪侵蚀，还起着分布车轮荷载的作用，对荷载的横向传递有利，桥面铺装产生裂缝或损坏必然会影响板的受力。

空心板承受外荷载作用离不开下部结构的支撑，是支座将上部结构荷载传递到下部墩台，支座的损伤会导致桥梁受力状态的改变。

除了以上原因，超载因素和行车轨迹过于规则也是导致空心板各个病害产生的重要原因。从现实的交通状况看，实际行驶的重载车辆普遍存在超载运输现象。据调查，高等级公路上空心板桥损坏情况较一般等级公路严重。尽管高等级公路采取了限制措施，在利益驱动下仍有重载车选择夜间行驶。超载车辆载重大、车速慢，形成“重车集中、成串通行”现象，给桥梁和路面造成严重的损坏。车辆荷载在小跨径桥的荷载总效应中所占比例远大于大、中桥，所以超载对小跨径空心板桥尤为不利。高等级公路，尤其是高速公路对行车道的划分，使车辆行驶轨迹具有规律性。重车一般行驶在靠右侧的行车道上，大大提高了若干空心板块承受重车荷载的机率，致使这些板块间的铰缝更容易发生破坏，各支座压缩变形不均匀。

国内外空心板桥加固技术

1、体外横向预应力加固

体外横向预应力加固原理为通过施加横向预应力使桥板横向下缘混凝土处于受压状态，平衡了横向弯矩，消除了应力集中的薄弱环节，空心板间可以同时传递竖向剪力和弯矩，变铰接板结构形式为刚接板结构形式，以增强装配式板桥的横向联结能力，改善了桥梁的横向分布，从而可提高装配式板桥的承载能力。近年来，体外横向预应力加固法在空心板桥的加固中应用逐渐增多。

体外预应力加固法作为一种主动加固方法，不存在应力滞后现象，保证了空心板间整体协同工作。采用该法对空心板桥进行整体性加固，同样存在一定缺陷。这些缺点在一定程度上限制了体外预应力的应用。

①横向预应力法加固改变了装配式空心板梁桥结构的受力体系（铰接变刚接），增大了横向弯矩，导致板梁原有底板纵向裂缝的加剧和新纵向裂缝的出现。

②需要通过增加配筋或特殊措施来克服张拉体外预应力时锚固区产生的局部应力。

③本加固方法有的需在板梁上打孔，穿预应力束，会破坏原有结构。

④加固时需要可靠的锚固条件，预应力筋的防腐成本高，且技术难度大，施工工艺较为繁琐。

⑤预应力张拉和使用过程中的预应力损失、预应力筋变形量的确定较为复杂。

2、桥面补强层加固

桥面补强层加固，即通过加强桥面铺装层结构强度，采取措施使原桥跨结构与铺装层形成整体，增大主梁有效高度及抗弯能力来改善行车条件和桥梁横向分布荷载能力。

桥面补强层加固有如下特点：

①施工时需凿除原有桥面铺装，同时考虑到新旧混凝土相结合，新浇混凝土的干燥收缩影响等，尚需设置连接钢筋和钢筋网；

②桥面补强加固后，自重增加，承载能力提高不显著，此法利于在抗压截面较小的场合使用。

③该法能提高铰缝的工作性能，改善空心板桥荷载的横向分布，提高桥梁的整体受力效果。

除非空心板铰缝破坏病害十分严重，对于只是提高空心板桥横向整体性的加固而言，不宜单独采用桥面补强层加固。采用本方法加固时应视加固效果、受力分析来考虑是否配合其他的加固方法，以达到整体性和承载力均提高的效果，不推荐单独使用。

3、横向粘贴钢板加固

横向粘贴钢板加固是用粘结剂及锚栓把钢板粘贴锚固在混凝土结构的薄弱部位，将钢板与被加固的混凝土结构形成整体，可以提高结构承载力、刚度及延性。

工程上较为成熟的粘贴方式有两种，一种是横桥向通长整体粘贴，一种是将钢板横桥向垂直粘贴锚固在空心板铰缝处，使相邻空心板共同受力。

横向粘贴钢板加固法对交通影响小、不改变原结构尺寸、技术可靠、工艺成熟且短期加固效果好。同时也存在以下缺陷：

①在短期内本加固方法钢板粘结较为牢固，钢板通过粘钢胶与板梁共同受力。在汽车荷载的长期反复作用下，铰缝两侧板梁容易发生竖向变位，进而引起钢板的错动，造成钢板的剪切破坏、锚固失效及脱落。若铰缝存在渗漏水现象，钢板的剥离脱落速度将更快。

②采用本加固方法增加了加固后的铰缝传递横向弯矩的能力，但在荷载反复作用下容易导致板梁出现新的底板纵向裂缝或加剧原有纵向裂缝病害。

③为了加强钢板与空心板的连接，一般需要在空心板表面钻孔，因而会造成空心板的损伤。

④由于桥梁加固通常是在不卸载的情况进行，故钢板在受力过程中存在着应力滞后现象。加固前原结构已存在一定应力，而所粘贴的钢板仅在加荷载后才产生应力。

⑤另外，粘贴钢板锚固结点的处理比较困难，钢板防腐的成本高，施工工艺亦较为复杂。

4、去梁增肋加固

去梁增肋加固法是针对多梁式桥梁提出的一种新颖的体系加固法，加固思路是：去掉个别（1或2片）损伤较严重的空心板，剩余空心板维修后在原桥梁宽度范围内重新间隔排列，利用旧板之间的空间新增预应力混凝土梁肋，新增梁肋内布设钢铰线和普通钢筋，与旧板共同承担荷载。

①去梁增肋加固法由于增加了材料用量，施工时要起吊梁板，工程量稍大。

②施工技术难度小，改善了旧梁板的横向分布，新增的预应力混凝土梁肋对原结构整体刚度和承载力都有明显提升。

③旧板吊起后可以进行检查维修，加固方法可靠易行，在旧板裂缝严重的情况下是较为适宜的加固方法。

5、Π形钢板加固

Π形钢板加固板梁是一项新型加固技术，它是指沿空心板纵向利用Π形钢板将相邻空心板连接起来，Π形钢板与空心板之间采用胶粘剂、膨胀螺丝连接，进而可以把荷载传递到钢板，使钢板与空心板协同工作。这种加固方法充分发挥了钢的材料特性，混凝土主梁的刚度与强度得到了提高。该加固方法施工快速简便、经济可靠，并能有效提高主梁的抗弯、抗剪能力。

底部采用Π形钢板加固后桥梁的整体性都得到了大大的加强，各项受力情况都有所降低。利用ANSYS程序对Π形钢板加固法进行有限元数值模拟，在提高桥梁承载力方面可以得出以下结论：

①Π形钢板加固能提高主梁抗弯剪能力，有效地控制梁的弯曲变形与主应力。在同样的用钢量条件下，Π形钢板加固加固效果高于粘贴钢板加固。

②Π形钢板其他尺寸不变，随着肋板高度变化，加固主梁的最大竖向挠度、最大压应力均呈线性变化，可以根据工程需要，利用简单的数学插值计算，即可得出所需的肋板高度。

③同样的用钢量条件下进行主梁Π形钢板加固，提高主梁抗弯剪能力，肋板高度比肋板厚度起的作用大；增大板肋板高度加固效果高于增大肋板厚度。

Π形钢板加固不仅能改善横向联系，提高桥梁整体性，还能提高空心板桥受力性能，在今后空心板桥加固设计中可以作为一种可行的加固方案予以考虑。

6、纵向粘贴加固

纵向粘贴加固法常用的加固材料为钢板和纤维复合材料，国内还开展了粘贴竹片加固空心板的试验研究。纵向粘贴加固材料可提高空心板的承载能力。粘贴钢板的加固方法的施工工艺及优缺点与横向粘贴钢板大致相同，不再详细介绍。

粘贴纤维复合材料加固法是用专门配置的粘贴树脂或浸渍树脂将具有高弹性模量或高强度的纤维复合材料粘贴在桥梁混凝土构件表面，使复合材料与原构件形成整体，目前常用的纤维复合材料为CFRP（Carbon FiberReinforced Polymer/Plastic，碳纤维增强复合材料）。研究人员通过空心板试验、 数值模拟、理论分析证明，粘贴纤维复合材料加固空心板可有效提高截面抗弯承载能力，尤其是构件的屈服荷载和极限荷载显著提高，对钢筋混凝土构件耐久性也有重要作用。

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知识点：空心板桥加固设计