饫逼建筑 ２１ ２０１６年第１２期 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３－１９９５（２０１６）１２—００２１—０３ 胶接缝节段预制拼装桥梁的抗裂性计算 曹增华 （中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００４３） 摘要 目前在胶接缝节段预制拼装桥梁设计中关于抗裂性的计算，偏安全的计算方法是不考虑混凝 土抗拉强度，导致了胶接缝节段预制拼装桥梁预应力度偏高。本文结合试验结果提出了抗裂性计算公 式，并对《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（ＴＢ １０００２．３—１９８５）（以下简称８５版桥 规）的适用性进行了验证，为胶接缝节段拼装桥梁抗裂性计算提供参考依据。胶接缝节段拼装桥梁抗 裂性与节段端面处理方法和清理干净程度有关，在节段拼装桥梁的施工中需重视节段端面的清理质量。 在节段端面清理较好的情况下可以考虑环氧胶层与混凝土粘结抗拉强度对抗裂性的贡献，采用８５版桥 规的计算方法是安全可靠的，能够有效降低预应力度，节省材料。 关键词胶接缝；节段拼装；抗裂性；计算公式 文献标识码Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３．１９９５．２０１６．１２．０６ 中图分类号 Ｕ４４８．３５；Ｕ４４１ ．１ 目前，我国铁路节段拼装桥梁均采用湿接缝，且积 累了大量的设计和施工经验。胶接缝节段预制拼装桥 梁的研究和应用始于２０世纪６０年代，由于材料、技 限强度； 为计算荷载产生的拉应力； 为考虑混凝土 塑性的修正系数， ＝２Ｓ。／Ｗｏ，Ｓ。为面积矩， 为对检 算的受拉边缘的换算截面抵抗矩。 在常规设计中，对胶接缝节段拼装梁的接缝截面， 偏安全地忽略环氧胶与混凝土的粘结抗拉强度，即＝． 术、设备等原因没有取得长足的发展，近２０年来没有 应用。近年来国内轨道交通和公路行业也对胶接缝节 段拼装桥梁进行了少量的试点，但没有系统的研究，没 有形成成熟的工法和设计施工规范。 胶接缝节段预制拼装桥梁接缝处混凝土和普通钢 ０，于是其抗裂安全系数计算公式简化为 Ｋｆ＝０－。／０－ （２） 由式（２）可以看出，在不考虑环氧胶与混凝土的 粘结抗拉强度情况下，胶接缝节段拼装梁其抗裂安全 筋不连续，节段端面存在薄弱环氧胶层，环氧胶层与混 凝土抗拉粘结强度也没有规范标准。目前在胶接缝节 段预制拼装桥梁设计中关于抗裂性的计算，偏安全的 计算方法是不考虑混凝土抗拉强度，导致了胶接缝节 段预制拼装桥梁预应力度偏高。而在８５版桥规中提 出了接缝处抗裂性降低的参考计算方法，文章结合试 验结果提出了抗裂性计算公式，并对８５版桥规的适用 性进行了验证，为胶接缝节段拼装桥梁抗裂性计算提 系数即为预应力度。因抗裂安全系数 ≥１．２，即胶 接缝节段拼装梁胶接缝处预应力度不小于１．２，也即 在荷载作用下受拉侧的剩余预压应力≥０．２０－。这种 设计方法，使得胶接缝桥梁梁高和预应力钢束大大增 加，造成了材料的浪费，经济性差。 在８５版桥规条文解释中提出：采用环氧树脂接缝 时，抗裂性按０．５ 计算，同时将抗裂安全系数 提 供参考依据。 高到１．２５。 为准确研究环氧胶与混凝土粘结抗拉性能，提出 胶接缝桥梁抗裂性计算公式，验证８５版桥规的适用性， 开展了环氧胶与混凝土粘结轴向抗拉强度试验研究。 １ 整体梁抗裂性计算方法 根据铁路桥梁设计规范，其抗裂安全系数Ｋ 计算 见公式（１） Ｋｆ＝（ ＋ ）／０－ （１） ２ 环氧胶与混凝土粘结抗拉强度试验 节段拼装胶接梁的节段预制是通过节段间的匹配 式中：－０ 为计算点处的预压应力； ．，为混凝土抗拉极 面作为端模实现的，节段预制时为方便脱模，需在已成 收稿日期：２０１６－０７—１２：修回日期：２０１６－０９—２３ 型的节段端头涂抹脱模剂，粘结在节段端面上的脱模 剂会影响节段拼装时环氧胶与混凝土的粘结强度。拼 装前需对已成型的节段端头进行清洗，清洗的干净程 基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划（２０１０Ｇ０１０－Ｅ） 作者简介：曹增华（１９７１一），男，高级工程师。 ２２ 铁道建筑 度将直接影响环氧胶与混凝土的粘结强度。 接缝面密封胶需采用无溶剂型双组分触变性环氧 粘结剂，涂抹厚度及工艺根据试验情况参照相关规定 执行。接缝面临时预压应力保持不小于０．３ ＭＰａ直至 固化为止 。 （ａ）试块立面 抗拉试件共３组，第１组试件接缝面采用电动砂 轮打磨，清理脱模剂和混凝土表面浮浆，清理最彻底； 第２组试件接缝面采用电动钢丝刷打磨，清理脱模剂 和混凝土表面浮浆，清理次之；第３组试件接缝面采用 砂纸手工打磨，清理脱模剂，接缝面清理效果最差。每 组３个试件，共９个试件。 ｌｌ ｎ Ｉ ｌｌ。ｌＩ Ｉ Ｉ－ 环氧胶 Ｉｌ甘ｌ ＩＩ ｌＩ ＪＩ ｌ ｌＩ ＩＩ ／——＿＼ 平面 ｌ 试件采用哑铃形混凝土块，长２ ｍ，接缝面高 ０．５５ ｍ，宽０．４ ＩＴＩ，１个试件由２段组成，每段长１ ｉｎ， 试件采用Ｃ６０混凝土。为真实反映施工状态，设计的 试件与原设计梁剪力键尺寸一致，每个试件在接缝面 设２个连续的剪力键。接缝面积０．２２ Ｉ１３ ，剪力键根部 面积０．１２ ｍ ，见图１。 凸侧 凹侧 （Ｃ）试块横截面 （ｄ）抗剪试块剪力键大样 图１抗拉试件（单位：ｃｍ） 假定环氧胶与混凝土粘结强度为３ ＭＰａ，则最大 破坏轴向拉力约为６６０ ｋＮ。 下 上 试验结果见表１。从试验结果可以看出，３组试件 环氧胶与混凝土粘结抗拉强度与Ｃ６０极限抗拉强度 基本符合规律。实测结果说明接缝混凝土界面的处理 好坏程度对环氧胶和混凝土表面的粘结抗拉极限强度 影响比较明显，施工时应采取有效措施提高接缝｝昆凝 土界面的处理干净程度 。 ３ ３ ２ ２ ３ ３ ２ ２ 的比值分别为０．８９，０．８５和０．７４，３组试件的实测值 表１ 抗拉强度试验模型测试结果 如 加如 ＫＬＡ—ｌ ８１８ 第１组 较彻底 ＫＬＡ．２ ＫＬＡ一３ ＫＬＢ一１ ７２７ ５１３ ２ ６８６ ３．１２ ０．８９ 第２组 管中等 ＫＬＢ一２ ＫＬＢ一３ ５９０ ６５３ ６６０ ０．９８９ ２．９７ ０．８５ 下 ●● 上７１５ ＫＬＣ—ｌ ６７５ 第３组 较差 ＫＬＣ一２ ＫＬＣ一３ ４８４ ５５１ ５７０ ２．５９ ０．７４ 注：所有试件都是从接缝处断裂，ＫＬＢ一１模型没有粘结好。 ３ 节段拼装梁抗裂性计算公式 基于以上试验结果，在胶接缝桥梁抗裂性计算中 理及电动砂轮打磨处理， 分别取０．５，０．６及０．８。 根据８５版桥规，抗裂性按０．５ 计算，同时将抗 裂安全系数 提高到１．２５。该规定将 取为０．５，而 且提高了 值，抗裂性折减后较第３组试验结果保 守，可以应用于胶接缝节段拼装桥梁的抗裂性计算。 引入胶接缝截面混凝土抗拉强度的修正系数，此修正 系数为环氧胶与混凝土粘结抗拉强度与混凝土极限抗 拉强度试验结果比值。考虑到试验结果的离散性，对 试验数据进行了保守处理。从而得出胶接缝节段拼装 桥梁抗裂性计算公式 ≤（ｏｒ ＋ｙ 。 ）／ｏ－ （３） ４模型梁试验验证 为验证胶接缝节段拼装梁抗裂性计算的正确性， 开展了１片跨度为２４ ｍ的简支工型模型梁破坏试验， 模型梁全长２４．９ ｉｎ，计算跨度２４ ｍ，梁高２．１ Ｉｌｌ，腹板 式中，ｋ ．为胶接缝截面混凝土抗拉强度的修正系数。 根据节段端面手动砂纸打磨处理、电动钢丝刷打磨处 厚０．３８ ｉｎ，顶板宽２．３５ ｍ，底板宽１．４２ １ＴＩ。梁体沿纵 ２０１６年第１２期 曹增华：胶接缝节段预制拼装桥梁的抗裂性计算 ２３ 向分为１１个节段，ｌ０个接缝面，跨中不设接缝，接缝 拼装面采用环氧树脂胶粘结。破坏试验采用５点加 载，各加载点沿梁纵向间距为４ ｍ。 据偏少，目前的设计都偏于保守。后续应加强系统性 课题研究，通过大量科学试验数据，得出设计计算方法 和施工工艺要求，为今后制定适合于节段拼装桥梁的 设计施工规范奠定良好的基础。在今后的结构设计施 工中做到有据可依，规范设计施工行为，才能更好地将 胶接缝节段拼装梁大范围推广应用。 参 考 文 献 试验结果显示，开裂荷载下梁体裂缝首先从跨中 预制梁段实体截面出现，实测开裂荷载与计算开裂荷 载一致。推算抗裂安全系数１．４３５与根据铁路桥规公 式计算的设计抗裂安全系数１．４４一致。从裂缝分布 情况看，其破坏形态表现为弯曲破坏的特征 ，抗裂 控制截面是跨中截面而不是接缝截面。由此判断，胶 接缝节段拼装梁具有很好的抗裂性能，其受力形式基 本与整体梁相似。 根据模型梁试验结果，在胶接缝节段拼装桥梁设 ［１］中华人民共和国铁道部．ＴＢ １０００２．３—２Ｏ０５ 铁路桥涵钢 筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［ｓ］．北京：中国铁 道出版社，２００５． ［２］ＡＡＳＨＴＯ．２００３ Ｉｎｔｅｒｉｍ Ｒｅｖｉｓｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｇｕｉｄｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｇｍｅｎｔａｌ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅ，Ｓｅｃ－ 计中，抗裂安全系数计算时不考虑接缝处环氧胶与混 凝土粘结抗拉强度是偏于保守的，在一定程度上造成 了材料的浪费。考虑抗裂性的降低，根据不同的接缝 面处理形式，将混凝土的抗拉极限强度乘以相应的修 正系数的抗裂性计算公式是可行的。 ｏｎｄ Ｅｉｄｔｉｏｎ（１９９９）［Ｓ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｈｉｇｈｗａｙ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｅａｉｓ，２００３． ［３］李学斌，杨心怡，李东界，等．节段梁环氧树脂胶接缝抗拉强 度的试验研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１５（１）：２３—２６． ［４］中铁第一勘察设计员集团有限公司．节段预制胶接拼装箱 梁设计研究［Ｒ］．西安：中铁第一勘察设计员集团有限公 司，２０１４． ５ 结语 胶接缝节段预制拼装桥梁技术优势明显，具有广 阔的应用前景。目前国内应用较少，由于试验研究数 ［５］中铁第一勘察设计员集团有限公司．节段预制胶接拼装箱 梁模型试验研究［Ｒ］．西安：中铁第一勘察设计员集团有限 公司，２ｏｌ４． Ｃｒａｃｋ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃａｓｔ Ｓｅｇｍｅｎｔａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ Ｊｏｉｎｔｓ ＣＡＯ Ｚｅｎｇｈｕａ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７１００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｅｃａｓｔ ｓｅｇｍｅｎｔａｌ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｈ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｔｉｎ ｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ． Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｎｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｃｕｌｖｅｒｔ（ＴＢ １０００２．３—１９８５）ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｅｃａｓｔ ｓｅｇｍｅｎｔａｌ ａｓｓｅｍｂｈｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｈａｓ ａ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ．Ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｌｅａｎ ｕｐ ｇｏｏｄ ｃａｓｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｅｐｏｘｙ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏ ｃｒａｃｋ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅ ８５ ｅｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｓａｆｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｓａｖｅ ｍａｔｅｒｉａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｊｏｉｎｔ；Ｓｅｇｍｅｎｔ ａｓｓｅｍｂｌｎｇ；Ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｉｓｔａｎｃｅ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ （责任审编 赵其文）
