大家好，2020年难忘的一年。我们经历了新冠疫情。我们众志成城抗新冠，万众一心。言归正传，此次分享的是浅谈预制空心板梁的“单板受力”现象。
预制江西空心板梁的单板受力是该桥型的致命病害，当桥梁出现单板受力现象时，在重载、超载车辆的作用下可能会导致桥梁结构出现断板、甚至桥梁垮塌的事故。既然单板受力是预制空心板梁的致命病害，对于桥梁检测工程师应对这种病害有深刻的认识，才能在桥梁检测时在早期及时发现，并及时反馈给相关部门采取相应措施以确保桥梁结构能够安全运营。本文对预制板梁“单板受力”的基本概念、病害的特征、形成的主要原因以及如何在检测、监测的相关内容进行总结，希望对从事桥梁检测的人员有所帮助。
什么是“单板受力”？
所谓单板受力，就是指预制空心板梁铰缝部分丧失传力功能或全部失效，使得车辆荷载直接由单块空心板梁承担。横向分配作用是预制空心板粱桥上部结构受力的体系特点，即相邻多块空心板利用铰缝传递作用共同分担受力。预制板梁一旦出现单板受力，一般会导致空心板梁底板出现严重弯曲裂缝，严重时发生断板甚至导致桥梁的局部破坏.
单板受力”的病害特征
预制江西空心板梁的“单板受力”形成主要是由于铰缝工作性能退化、桥面铺装层质量及防水性能的降低、重载车辆等因素综合作用所形成的综合性病害。根据预制板梁的受力机理，铰缝在预制板梁中主要传递剪力作用而不传递弯矩（对于实际桥梁结构由于铺装层等作用实际也传递部分弯矩），铰缝是承担预制板梁横向传递车辆荷载使其共同受力的重要构件。“单板受力”现象的形成过程是在超载车辆作用下因铰缝混凝土的剪切破坏逐步导致其功能降低，引起铰缝混凝土逐步松散甚至脱落；病害的进一步发展会引起桥面铺装层沿铰缝出现纵向的开裂和桥面防水层的损坏；桥梁在雨雪等自然环境中运营会导致雨雪水沿铰缝下渗，从而加剧铰缝工作性能退化；在超载、重载车辆的作用下会加剧“单板受力”现象的形成，不及时采取措施处理会导致铰缝功能完全丧失。“单板受力”病害形成有以下主要特征：
（1）桥面铺装铰縫处纵向裂缝，严重时形成一条破碎带，甚至出现上、下通透现象；
（2)雨雪水常通过破碎后的铰缝渗人板底，留下明显的渗水、渗浆痕迹。因此其显著特征为空心板梁底铰缝勾缝处出现钙化吸附或钟乳状悬挂物或勾缝处长期渗水;
（3）主要特征为其铰缝混凝土被剪切破坏，损坏后混凝土逐步松散而脱落；板梁底勾缝脱落，相邻板错台严重(非设计构造及施工安装原因);
（4）预制板梁铰缝在板端出现支座脱空时会出现扭转作用，导致其工作性能下降，因此板梁支座脱空或失效也是其出现“单板受力”的典型特征或前兆
（5）超过设计标准的重型车辆作用，使“单板受力”现象逐渐加重，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”的空心板与两侧的空心板之间的台阶或造成两端伸缩缝开裂，更为严重的造成板底开裂。因此重车或超载车辆过桥时，单板明显下挠甚至铰缝两侧出现台阶。
“单板受力”形成的主要原因
“单板受力”产生的受内外多种因素影响，这种病害的一般成因有以下几点：
（1）桥面沥青混凝土面层的水破坏。
由于沥青面层与防水混凝土铺装层在材料特性上存在较大差异，往往存在“两张皮”现象。由于雨雪水等沿沥青混凝土的下渗，使水封闭于夹层间，首先造成沥青面层破坏；此外会逐渐使防水混凝土薄弱地带(如局部凸起或局部低洼、微小麻面蜂窝、铰缝处等)的唧浆、破损，直接导致桥面横向作用降低。
（2）桥梁结构自身特点决定横向整体作用薄弱。江西空心板梁由于受结构高度的限制，它在强度与刚度方面（与其它梁式结构比较）相对偏小。因此预制空心板梁的铰缝承担上部构造的横向分配作用相对薄弱，尤其是早期建造的桥梁采用浅铰缝的构造形式。因此预制空心板梁在受到超过设计标准的重型车辆作用，易造成“单板受力”现象的产生。
（3）桥梁长期受到重载、超载车辆的作用，这也是出现“单板受力”现象的重要因素。
（4）施工质量的影响。桥梁的施工质量也是预制板梁出现“单板受力”现象的重要因素：板梁施工质量控制不到位可能因强度低、出现纵横向裂缝等减低板梁自身的承载性能而导致铰缝出现功能性损坏；铰缝施工质量以及和连接界面处理不满足要求会导致铰缝工作性能的降低；预制板梁支座高程不准确或梁端底部不平整（坡度出现偏差）导致支座脱空等施工质量问题。
“单板受力”现象如何检测？
对于预制空心板梁由于“单板受力”是结构的致命病害，虽然按照桥梁检测相关技术规范“铰缝”属于上部结构一般承重构件，但笔者认为在该类桥梁的检测中应进行重点关注。对于“单板受力”现象的检测应注意以下方面：
（1）铰缝的检查应采取上下对照的原则。在进行铰缝检测时应根据预制板梁的结构尺寸采用上下对照检查，根据桥梁每1条铰缝的位置在桥面确定其对应的位置。根据铰缝上下对照位置分别检查铰缝的工作性能，对于铰缝混凝土重点检查有无松散、脱落、破碎及渗水等病害，其对应桥面应详细检查桥面铺装层是否沿铰缝出现开裂、松散、破碎等病害。
（2）支座和伸缩缝的检查。由于支座脱空及伸缩缝的开裂可能是引起“单板受力”的原因，因此这两个部位病害的检查也应予以关注。
（3）板梁错台以及在行车状态下挠度的观测。预制板梁的“错台”不一定是铰缝损坏所导致的，其可能是由于设计、施工等所设置的正常“错台”。在预制板梁桥梁较宽的情况下，桥面横坡坡度通常采用墩台帽的横坡来进行调整，板梁顺应坡度需要设置成台阶状。因此板梁间铰缝的错台在检测时应区别是正常错台，还是由于铰缝损坏所导致的。在铰缝工作性能检测时，应在正常行车条件下（尤其是超载情况）对铰缝两侧板梁的在车辆行驶时的挠度差进行测量，根据挠度差大致对铰缝的工作性能进行评价。
“铰缝”工作性能如何评价？
目前桥梁检测相关规范对于铰缝工作性能没有定量的评价方法，铰缝工作性能的定量评价可能是判断预制板梁结构的安全状况的一个重要指标。对于铰缝的工作性能如何评价？本文从桥梁的外观检测、静载试验以及健康监测等方面进行简单的思考，还需要桥梁检测、科研人员进行深入的研究。
1、桥梁外观检测
在《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）中明确了铰缝在“梁式结构桥”中属于上部结构一般承重构件，但没有具体评定标度的相关规定。因此建议在“铰缝”工作性能评价可以参照“单板受力”典型特征，如铰缝开裂、松散、脱落；桥面铺装沿铰缝的纵向开裂、破损；板端和伸缩缝支座病害等进行综合考虑。
2、静载试验
对于预制江西空心板梁的整体横向分配性能通常采用横向分配系数来进行评价，因此铰缝工作性能也可以参照横向分配系数来定性进行判断。目前规范对于静载试验中相关规范对于铰缝工作性能没有定量的判断方法，因此笔者建议在荷载试验时可以采用定性的方法进行判定。具体判定方法就是采用有限元模型进行分析计算桥梁各片板的横向分配系数；静载试验时，采用实测各板挠度（笔者认为采用挠度比应变效果好）测试值计算其实测横向挠度分布系数；通过对比实测横向分布系数和计算横向分布系数（或对比曲线图来定性判断各铰缝工作性能。
3、桥梁健康监测
对于桥梁健康监测系统实施来讲，预制江西空心板梁各板横向协同工作性能的监测和评价也是应重点关注的。国内一些学者和教授在装配式桥梁监测系统中提出采用不同的静、动力指标作为评估指标来评估其横向协同工作性能（也就是铰缝工作性能）。同济大学淡丹辉教授对于装配式梁桥协同性能监测进行了深入的研究，并对国内相关评价指标进行了总结，评价指标有动应变相关系数、冲击系数谱相关系数、谱形状差异性指数、频响函数相关性指数、模态幅值比、相对位移等
时间过得真快，疫情期间大家记得戴口罩，注意安全，此次分享的是浅谈预制空心板梁的“单板受力”现象。介绍完毕，下期再见！