1 有限元计算模型

以连霍高速公路改扩建工程中的一座典型的装配式预应力混凝土空心板桥为研究对象，该桥纵向跨径为 22. 5 m，计算跨径为 22. 44 m，两端简支，横向由宽为 1. 49 m 的 7 片空心板组成。各空心板由混凝土企口缝连接。应用有限元程序 Midas /Civil，选用空间 8 节点 6面体实体单元，建立该桥梁整桥三维实体有限元计算模型。在有限元建模中，对截面顶板处的普通钢筋区采用钢筋与混凝土的折算弹性模量考虑顶板处普通钢筋的影响，对底部的预应力钢筋作用区域，采用预应力筋、普通筋以及混凝土折算后的弹性模量，即取均化的 ; 桥面板、企口缝、混凝土钢筋混凝土折算弹性模量桥面铺装及护栏等均用实体单元，其中企口缝混凝土与空心板单元之间采用共节点处理。在计算模型中，采用的坐标系为: X 轴为沿桥纵向( 向右为正向) ，Y 轴为沿桥横向( 向内为正向) ，Z 轴为竖直向( 向上为正向) 。该桥为简支空心板桥，边界条件设为两端简支，该空心板桥共设有 28 个支座。根据横隔板设置的情况，共考虑 3 种计算模型:

1) 无横隔板，无横隔板的桥梁整体空间有限元计算模型;

2)端横隔板，在两端部位设有端横隔板的桥梁整体空间有限元计算模型;

3)有横隔板，在两端及跨中部位均设有横隔板的桥梁整体空间有限元计算模型。根据工程实际所采用的数据，横隔板的厚度为20cm，在计算中考虑两种活载工况。

工况1:对称荷载，即在桥梁横向以桥中心线为中心对称设两列车辆，纵向按桥梁最不利弯矩位置布置;

工况2:偏载，即沿桥梁横向距护栏0. 5 m 处设两列车辆，纵向按桥梁最不利弯矩位置布置。

2 计算结果及分析

通过对3 种横隔板设置模型分别在2 种荷载工况作用进行计算，得出各企口缝混凝土的受力性能，选用5 种应力来说明设置横隔板对企口缝混凝土受力性能的影响。这5 种应力分别是:SIG-XX———纵向正应力;号。2. 1 析1SIG-YZ———横向剪应力;SIG-XZ———纵向剪应力;MAX-SHARE———最大剪应力;SIG-EFF———有效应力。由左至右分别为1 ～6对称荷载作用下企口缝混凝土应力分析由于模型及荷载的对称性，对于对称荷载仅需分号～3 号企口缝混凝土应力变化情况。对称荷载下3 种计算模型计算得到的各企口缝混凝土应力值列于表1。由表1 可知，在对称荷载作用下，设置横隔板与不设横隔板相比，1 号企口缝混凝土的应力总体呈增大趋势。说明设置横隔板可将远处的荷载传递到1 号企口缝位置，有利于空心板间受力协同工作。设置端横隔板和中横隔板比仅设置端横隔板，其抗剪性能有所增强，最大剪应力减小2. 242% ，但抗拉能力则有所减弱，最大正应力增大1. 458% 。在对称荷载作用下，设置横隔板与不设横隔板相比，2 号企口缝的各应力总体呈减小趋势，只有纵向剪应力有所增加。

3 号企口缝的各应力总体也呈减小趋势。分析2 号、3 号企口缝混凝土应力可知:设置端横隔板可将荷载传递到更远的位置，使2 号、3 号企口缝混凝土应力值降低，并且在端部和跨中位置设置横隔板比仅设端横隔板时对应力的降低幅度大，这是由于设置中横隔板，在使跨中截面各企口缝应力总体减小的同时，又将该企口缝应力传递到其它铰缝，从而使企口缝的应力得到降低，各板受力均匀，提高了各空心板间协同工作的作用。综上所述，在对称荷载作用下，设置端横隔板后，2号、3 号企口缝承担的空心板间剪应力减小，1 号企口缝剪应力增大，说明设置端横隔板，可使空心板间剪力从原来相对集中在中间位置2 号、3 号企口缝上，逐渐向边缘传递，从而使中间企口缝混凝土应力峰值降低，而端部企口缝混凝土应力增加，各企口缝受力均匀; 设置端横隔板和中横隔板，可使跨中截面各企口缝应力在整体降低的同时，分布也更为均匀，板间协同工作能力提高。2. 2 偏载作用下企口缝混凝土应力分析在偏。由于荷载不对称，需要分析 1 号 ～6 号企口缝混凝土应力变化情况。在偏载作用下，设置横隔板与不设横隔板相比，1 号 ～ 4 号企口缝混凝土各应力总体均呈现减小趋势。

分析 1 号 ～ 4 号企口缝混凝土应力可知，设置横隔板可将荷载传递到更远的位置，有利于空心板间受力协同工作，且端部和跨中均设置横隔板比只，在端部设置横隔板应力减小的幅度更大 说明设置中横隔板，在使跨中截面各企口缝混凝土应力总体减小的同时又将该企口缝混凝土的应力传递到其它的铰缝上，使各企口缝混凝土的应力得到了有效降低，从而促使各板受力均匀。分析 5 号、6 号企口缝混凝土应力可知: 设置横隔板后，5 号、6 号企口缝混凝土各应力总体呈增大趋势，且 5 号企口缝比 6 号企口缝混凝土应力增大更多，这说明设置端横隔板可使距离荷载较近的 1 号 ～ 4 号企口缝混凝土应力降低，同时使距离荷载作用位置相对较远的 5 号、6 号企口缝混凝土的应力增大，即空心板间协同工作性能更好。在端部和跨中均设置横隔板比仅在端部设置横隔板应力降低幅度略小，这更有利于各空心板间企口缝的受力。

综上所述，在偏载作用下设置端横隔板后，使距离荷载位置近的 1 号 ～ 4 号企口缝混凝土剪应力减小，距离荷载位置远的 5 号、6 号企口缝混凝土剪应力增大，说明设置端横隔板使板间剪力从原来的相对集中在 1 号 ～ 4 号企口缝上，逐渐向另一端传递，从而使荷载作用位置附近企口缝混凝土应力峰值降低，而使远处企口缝应力增加，这样各企口缝受力均匀; 在端部与跨中位置均设横隔板，在使跨中截面各企口缝混凝土应力整体降低的同时，也使各企口缝混凝土应力分布均匀，空心板间协同工作能力提高。

3 结论

本文以工程实际中常用的装配式预应力混凝土空心板为例，运用有限元程序 Midas /Civil 建立了跨径为22. 5 m 的装配式预应力混凝土简支空心板桥的整桥三维实体有限元计算模型，分别考虑了无横隔板、仅设端横隔板、同时设端横隔板与中横隔板 3 种情况，分析了设置横隔板对装配式预应力混凝土空心板桥企口缝混凝土受力性能的影响。根据计算结果可以得出结论:

1) 设置横隔板后，企口缝混凝土的应力值变得均匀，企口缝的抗剪性能有所增强，表现为控制应力较大的 2 号 ～ 4 号企口缝控制应力均有不同程度降低;

2) 端部和跨中位置均设横隔板比仅设端横隔板时应力降低更多，但远离车辆荷载位置的 1 号、5 号、6 号企口缝，端部和跨中均设横隔板时比仅设端横隔板时抗剪能力增强，抗拉性能略被削弱。 2100433B

概述

装配式预应力混凝土空心板桥的空心板块之间一般采用企口缝横向连接，以保证空心板块之间的整体 。装配式预应力混凝土空心性，共同承受车辆荷载板桥的桥面铺装层普遍存在着沿空心板企口缝纵向开裂、铰缝处混凝土破碎、脱落、大面积渗漏等现象 。出现这种成为空心板桥最典型的早期病害之一病害后会致使空心板间横向联系失效，出现单板受力，使桥梁的整体受力性能发生改变，影响桥梁结构的安 。装配式预应力混凝土空心板桥全和交通的畅通产生沿企口缝纵向开裂病害的原因是多方面的，主要是由空心板桥设计理论方面的理想企口缝与实际的企口缝构造有差别、施工质量以及运营阶段工作条件恶 。另外，空心板在浇筑混凝土过化等因素造成的程中，一般采用橡胶胶囊作空心板内膜，由于橡胶胶囊内膜密度较小，重量轻，经常偏位和上浮，导致空心板的顶板和腹板厚度减小，使空心板受压高度不够，承载力不足; 橡胶胶囊内膜位置偏移或上浮也会造成混凝土保护层厚度变小，甚至钢筋裸露，使空心板产生。各种裂缝等病害，影响桥梁的耐久性针对装配式空心板预制过程中橡胶气囊偏移和上浮等问题，可采用聚苯乙烯泡沫塑料内膜替代传统的，由于聚苯乙烯泡沫塑料内模具有一橡胶气囊内膜定的强度，重量较轻，可预制生产，而且浇筑完混凝土后可留在结构内不必取出，因此，不用沿桥跨通长设置，可以在空心板端部和跨中位置设置横隔板。为了解空心板桥在设置横隔板后能否改善企口缝混凝土的受力性能，本文以一座 22. 5 m 装配式预应力混凝土空心板桥为例，探讨空心板设置横隔板后对企口缝混凝土力学性能的影响。