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摘要：钢-混凝土组合梁斜拉桥在施工和使用过程中，混凝土桥面板在各种因素作用下容易出现裂缝。为了避免桥面板裂缝对斜拉桥的使用性能和耐久性的影响，主要通过组合梁斜拉桥混凝土桥面板裂缝类型和开裂机理来研究桥面板抗裂性能，从材料、设计、施工的角度分析它们对组合梁斜拉桥桥面板抗裂性能的影响，进一步提出相应的预防措施来控制混凝土的开裂，提高桥梁的使用寿命。
关键字：钢-混凝土组合梁；斜拉桥；桥面板；抗裂性；预防措施
Abstract: Steel - Concrete Composite Beams cable-stayed bridge in the construction and use of concrete bridge decks under the action of various factors prone to cracks. In order to avoid cracks on the cable-stayed bridge deck performance and durability of effects, mainly through a combination of cable-stayed concrete bridge girder and cracking mechanism of fracture types panel to study the bridge deck crack resistance, from the material, design and construction point of view they stayed on the bridge deck composite beam crack resistance, and further to propose appropriate preventive measures to control concrete cracking and improve the life of the bridge.
Keywords: steel - concrete composite beam; cable-stayed bridge; bridge deck; crack resistance; preventive measures
中图分类号：U448.27 文献标识码：A文章编号：
1 引言
钢-混凝土组合梁斜拉桥充分利用钢材和混凝土两种材料的性能，除具有与钢柱梁相同的优缺点外，还能节约刚才用量，且其刚度及抗风稳定性均优于钢主梁[1]。但是，这种组合结构由两种不同材料构成，混凝土属于脆性材料，抗拉强度很小，在较小的拉应力作用下就容易产生裂纹，从而影响结构的使用寿命[2]。这种结构对其内部机理、构造、材料、施工等方面的认识尚不完整，急需对裂缝的产生机理做系统的研究，从而对混凝土桥面板裂缝进行相应的控制，避免由于裂缝使得混凝土板中钢筋以及钢主梁的腐蚀，进一步影响整体结构的受力性能，降低桥梁的寿命。
2 桥面板裂缝类型与开裂机理
对于组合梁斜拉桥而言，根据实际工程经验，将所出现的裂缝主要分为四种[2]：
（1）与顺桥方向相互垂直的裂缝，横贯桥面。裂缝发生在大桥主跨中部100m左右及边跨尾端附近的范围内。这种裂缝是由于跨中和尾端部位轴向压力较小，在活载的反复作用下，或者有较大的局部活载弯矩时，使横梁两侧的混凝土受拉开裂，施工中会在该处设置纵向、横向预应力钢筋来防止混凝土桥面板的开裂。
（2）在斜拉索与桥面交接点处，与大桥轴线呈45°方向的裂缝。裂缝长度2m左右，大多出现在奇数拉索与桥面交接处。这种裂缝主要是主梁、横梁钢框格自重引起主梁悬臂根部负弯矩过大，使刚完成的现浇桥面板混凝土缝在拉索锚固处呈45°拉裂。施工中在永久性斜拉索尚未安装之前，先用临时三角形吊架拉索吊住主梁，通过临时索塔千斤顶调节临时索的拉力，使钢框架引起的弯矩为零，待钢架形成，即可安装永久斜拉索，松去临时拉索，防止了现浇混凝土桥面开裂。
（3）在拉索锚固点上部的现浇混凝土表面上。此种裂缝分布在锚固点周围，呈放射形。这种裂缝是由于拉索锚固处作用集中力，而锚固板又割断了桥面板中的钢筋，虽做了加强，但是由于局部应力过大，又受混凝土收缩、徐变的影响，使锚固板与混凝土变形不协调而开裂。
（4）与顺桥方向平行的桥梁纵向的裂缝。这种裂缝主要是受汽车荷载振动反拱的反复振动导致该处混凝土开裂。施工中采取在横梁底部反顶从而使桥面板获得压应力，同时，对上层钢筋采取焊接，以增强接缝抗拉能力。
3 桥面板抗裂性能的影响因素
3.1 混凝土桥面板材料的影响
组合梁斜拉桥混凝土桥面板由于混凝土的抗拉强度较小，从材料本身的构成和外加剂的添加对混凝土材料的强度、收缩徐变以及耐久性的影响出发，控制混凝土的开裂。同时，近年来高强度混凝土在实际工程中广泛使用，但是水灰比降低使得混凝土的收缩率增加，从而导致了高强度混凝土的早期开裂。对于材料方面的控制，主要介绍纤维混凝土的抗裂性能以及混凝土外加剂对其抗裂性的影響。
3.1.1 纤维混凝土的应用
人工合成纤维具有较高的抗拉强度和变形能力，有利于混凝土的增韧，更重要的是可以降低混凝土水分蒸发，阻止混凝土的塑形沉降和泌水，从而大大减少混凝土的塑性裂缝和干湿裂缝。并且，与传统的裂缝处理技术相比，合成纤维混凝土从材质上改变混凝土的力学性能，抗裂性能非常好，造价比较低，同时纤维材料还具备节能环保等优势，具有良好的工程应用前景[3]。
3.1.2 膨胀剂和减缩剂的应用
组合梁斜拉桥桥面板采用预制安装的情况下，在各桥面板之间设置若干纵向、横向湿接缝，建立在补偿收缩的理论基础上，为补偿接缝混凝土的收缩，湿接缝现浇混凝土中可以加入适量的膨胀剂有效防止或者减小混凝土开裂。同时，混凝土中加入减缩剂可以通过降低混凝土内部毛细溶液的表面张拉，改善混凝土的孔结构，从根本上减小混凝土的收缩。
3.2 钢主梁与钢横梁的连接程度
组合梁斜拉桥的混凝土桥面板支撑在由钢主梁和钢横梁构成的网格体系上，通过剪力连接件的作用而与钢梁共同参与受力。对于钢主梁与钢横梁的连接程度，这里主要从横梁的间距、刚度方面进行研究，同时也简要介绍了钢主梁和钢横梁的连接方式，指出了施工中需要注意的要点，探索钢主梁与钢横梁的合理设计，达到避免桥面板开裂的目的[4]。
3.2.1 钢横梁间距的影响
在不同的横梁间距下，主梁塑性域的开展存在一定的差别，横梁间距的有效控制对防止主梁发生大规模的强度破坏是有一定帮助的,因而对桥面板的抗裂也有很大的影响。横梁间距的差别也就意味着横向刚度的强弱，当横梁间距大于某一限值，横梁会先于主梁屈服，从而引起横梁与主梁的内力重分布，而且横梁首先屈服，这将会影响全桥的受力性能。当减小横梁间距，不论成桥阶段还是施工中悬臂阶段，对于提高全桥的承载能力能起到一定的作用，但是一旦超过某个限值，减小横梁间距使得横梁数量增多导致恒载的增大，反而会使斜拉桥承受活载的能力减弱，导致混凝土桥面板出现开裂现象。
3.2.2 钢横梁刚度的影响
就横梁来说，横梁间距产生的影响比横梁刚度产生的影响大，对于不同横梁间距而横梁刚度相同的斜拉桥，横梁间距较大的横梁承担的轴力较大，而横梁间距相同时，横梁刚度越大它所承担的轴力越小。在组合斜拉桥的施工中，对于悬臂阶段，不论横梁间距取多大，增加横梁刚度对提高桥梁的承载力都有一个限值，若超过这一限值，如同横梁间距的影响一样，会适得其反。
3.3 湿接缝施工工艺
组合梁斜拉桥在施工和使用过程中，桥面板湿接缝处开裂是一个很普遍的工程现象，但是湿接缝的开裂会严重影响施工质量，从而影响桥梁的受力性能和使用功能，甚至引起桥梁的早期破坏。因此，湿接缝处的施工质量尤为重要。
在湿接缝施工前，应该对梁端进行清理并充分润湿，使得湿接缝与梁端混凝土之间有一定的结合力来抵抗车辆荷载反复作用下产生的拉应力，同时，将梁顶板要浇注混凝土的范围内的梁端表层混凝土去皮1~2mm，并用高压水冲洗干净，从而保证新老混凝土的结合良好。
湿接缝中钢筋对湿接缝处开裂也有较大的影响，对于组合斜拉桥混凝土桥面板湿接缝的钢筋构造，随着配筋率的增加，第一主应力和横向拉应力的最大值逐渐减小，这有利于控制混凝土裂缝的出现，因此，应适当地增大构造钢筋的配筋率。这里主要研究了预制板外伸钢筋为U形的构造形式，通过两端U形钢筋在湿接缝处搭接形成扣环式钢筋构造，有利于分布钢筋的固定，并且施工方便，使得湿接缝处钢筋构造的整体性好，加强了湿接缝与预制混凝土桥面的连接性能，有效地控制了湿接缝处混凝土的开裂。
4 结语
通过对组合梁斜拉桥桥面板抗裂性能的研究，主要得出以下几个结论:
(1)根据工程中混凝土桥面板裂缝的类型和裂缝的产生机理，结合工程经验给出了相应的预防措施，避免桥面板的开裂。
(2)通过在混凝土中添加合成纤维和使用外加剂如膨胀剂、减缩剂的方法来提高材料本身的抗拉强度，使得结构实际拉应力小于结构的设计抗拉强度。
(3)从横梁间距和横梁刚度的角度出发，选择合理的横梁间距和横梁刚度来提高组合梁斜拉桥的承载力，同时防止桥面板出现裂缝，降低桥梁的使用性能。
(4)对于容易产生裂缝的湿接缝来说，通过施工工艺的控制来保证湿接缝的的质量，提高湿接缝与预制梁的整体性能，使得湿接缝处裂缝得到有效控制。
参考文献
[1] 刘士林．斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，2002.
[2] 林元培．斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，2004.
[3] 沈荣熹，崔琪，李海清．新型纤维增强水泥基复合材料[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.
[4] 林尔渺．横梁间距、刚度对大跨度叠合梁斜拉桥承载力的影响[D]. 福州大学，2002.
关键字：钢-混凝土组合梁；斜拉桥；桥面板；抗裂性；预防措施
Abstract: Steel - Concrete Composite Beams cable-stayed bridge in the construction and use of concrete bridge decks under the action of various factors prone to cracks. In order to avoid cracks on the cable-stayed bridge deck performance and durability of effects, mainly through a combination of cable-stayed concrete bridge girder and cracking mechanism of fracture types panel to study the bridge deck crack resistance, from the material, design and construction point of view they stayed on the bridge deck composite beam crack resistance, and further to propose appropriate preventive measures to control concrete cracking and improve the life of the bridge.
Keywords: steel - concrete composite beam; cable-stayed bridge; bridge deck; crack resistance; preventive measures
中图分类号：U448.27 文献标识码：A文章编号：
1 引言
钢-混凝土组合梁斜拉桥充分利用钢材和混凝土两种材料的性能，除具有与钢柱梁相同的优缺点外，还能节约刚才用量，且其刚度及抗风稳定性均优于钢主梁[1]。但是，这种组合结构由两种不同材料构成，混凝土属于脆性材料，抗拉强度很小，在较小的拉应力作用下就容易产生裂纹，从而影响结构的使用寿命[2]。这种结构对其内部机理、构造、材料、施工等方面的认识尚不完整，急需对裂缝的产生机理做系统的研究，从而对混凝土桥面板裂缝进行相应的控制，避免由于裂缝使得混凝土板中钢筋以及钢主梁的腐蚀，进一步影响整体结构的受力性能，降低桥梁的寿命。
2 桥面板裂缝类型与开裂机理
对于组合梁斜拉桥而言，根据实际工程经验，将所出现的裂缝主要分为四种[2]：
（1）与顺桥方向相互垂直的裂缝，横贯桥面。裂缝发生在大桥主跨中部100m左右及边跨尾端附近的范围内。这种裂缝是由于跨中和尾端部位轴向压力较小，在活载的反复作用下，或者有较大的局部活载弯矩时，使横梁两侧的混凝土受拉开裂，施工中会在该处设置纵向、横向预应力钢筋来防止混凝土桥面板的开裂。
（2）在斜拉索与桥面交接点处，与大桥轴线呈45°方向的裂缝。裂缝长度2m左右，大多出现在奇数拉索与桥面交接处。这种裂缝主要是主梁、横梁钢框格自重引起主梁悬臂根部负弯矩过大，使刚完成的现浇桥面板混凝土缝在拉索锚固处呈45°拉裂。施工中在永久性斜拉索尚未安装之前，先用临时三角形吊架拉索吊住主梁，通过临时索塔千斤顶调节临时索的拉力，使钢框架引起的弯矩为零，待钢架形成，即可安装永久斜拉索，松去临时拉索，防止了现浇混凝土桥面开裂。
（3）在拉索锚固点上部的现浇混凝土表面上。此种裂缝分布在锚固点周围，呈放射形。这种裂缝是由于拉索锚固处作用集中力，而锚固板又割断了桥面板中的钢筋，虽做了加强，但是由于局部应力过大，又受混凝土收缩、徐变的影响，使锚固板与混凝土变形不协调而开裂。
（4）与顺桥方向平行的桥梁纵向的裂缝。这种裂缝主要是受汽车荷载振动反拱的反复振动导致该处混凝土开裂。施工中采取在横梁底部反顶从而使桥面板获得压应力，同时，对上层钢筋采取焊接，以增强接缝抗拉能力。
3 桥面板抗裂性能的影响因素
3.1 混凝土桥面板材料的影响
组合梁斜拉桥混凝土桥面板由于混凝土的抗拉强度较小，从材料本身的构成和外加剂的添加对混凝土材料的强度、收缩徐变以及耐久性的影响出发，控制混凝土的开裂。同时，近年来高强度混凝土在实际工程中广泛使用，但是水灰比降低使得混凝土的收缩率增加，从而导致了高强度混凝土的早期开裂。对于材料方面的控制，主要介绍纤维混凝土的抗裂性能以及混凝土外加剂对其抗裂性的影響。
3.1.1 纤维混凝土的应用
人工合成纤维具有较高的抗拉强度和变形能力，有利于混凝土的增韧，更重要的是可以降低混凝土水分蒸发，阻止混凝土的塑形沉降和泌水，从而大大减少混凝土的塑性裂缝和干湿裂缝。并且，与传统的裂缝处理技术相比，合成纤维混凝土从材质上改变混凝土的力学性能，抗裂性能非常好，造价比较低，同时纤维材料还具备节能环保等优势，具有良好的工程应用前景[3]。
3.1.2 膨胀剂和减缩剂的应用
组合梁斜拉桥桥面板采用预制安装的情况下，在各桥面板之间设置若干纵向、横向湿接缝，建立在补偿收缩的理论基础上，为补偿接缝混凝土的收缩，湿接缝现浇混凝土中可以加入适量的膨胀剂有效防止或者减小混凝土开裂。同时，混凝土中加入减缩剂可以通过降低混凝土内部毛细溶液的表面张拉，改善混凝土的孔结构，从根本上减小混凝土的收缩。
3.2 钢主梁与钢横梁的连接程度
组合梁斜拉桥的混凝土桥面板支撑在由钢主梁和钢横梁构成的网格体系上，通过剪力连接件的作用而与钢梁共同参与受力。对于钢主梁与钢横梁的连接程度，这里主要从横梁的间距、刚度方面进行研究，同时也简要介绍了钢主梁和钢横梁的连接方式，指出了施工中需要注意的要点，探索钢主梁与钢横梁的合理设计，达到避免桥面板开裂的目的[4]。
3.2.1 钢横梁间距的影响
在不同的横梁间距下，主梁塑性域的开展存在一定的差别，横梁间距的有效控制对防止主梁发生大规模的强度破坏是有一定帮助的,因而对桥面板的抗裂也有很大的影响。横梁间距的差别也就意味着横向刚度的强弱，当横梁间距大于某一限值，横梁会先于主梁屈服，从而引起横梁与主梁的内力重分布，而且横梁首先屈服，这将会影响全桥的受力性能。当减小横梁间距，不论成桥阶段还是施工中悬臂阶段，对于提高全桥的承载能力能起到一定的作用，但是一旦超过某个限值，减小横梁间距使得横梁数量增多导致恒载的增大，反而会使斜拉桥承受活载的能力减弱，导致混凝土桥面板出现开裂现象。
3.2.2 钢横梁刚度的影响
就横梁来说，横梁间距产生的影响比横梁刚度产生的影响大，对于不同横梁间距而横梁刚度相同的斜拉桥，横梁间距较大的横梁承担的轴力较大，而横梁间距相同时，横梁刚度越大它所承担的轴力越小。在组合斜拉桥的施工中，对于悬臂阶段，不论横梁间距取多大，增加横梁刚度对提高桥梁的承载力都有一个限值，若超过这一限值，如同横梁间距的影响一样，会适得其反。
3.3 湿接缝施工工艺
组合梁斜拉桥在施工和使用过程中，桥面板湿接缝处开裂是一个很普遍的工程现象，但是湿接缝的开裂会严重影响施工质量，从而影响桥梁的受力性能和使用功能，甚至引起桥梁的早期破坏。因此，湿接缝处的施工质量尤为重要。
在湿接缝施工前，应该对梁端进行清理并充分润湿，使得湿接缝与梁端混凝土之间有一定的结合力来抵抗车辆荷载反复作用下产生的拉应力，同时，将梁顶板要浇注混凝土的范围内的梁端表层混凝土去皮1~2mm，并用高压水冲洗干净，从而保证新老混凝土的结合良好。
湿接缝中钢筋对湿接缝处开裂也有较大的影响，对于组合斜拉桥混凝土桥面板湿接缝的钢筋构造，随着配筋率的增加，第一主应力和横向拉应力的最大值逐渐减小，这有利于控制混凝土裂缝的出现，因此，应适当地增大构造钢筋的配筋率。这里主要研究了预制板外伸钢筋为U形的构造形式，通过两端U形钢筋在湿接缝处搭接形成扣环式钢筋构造，有利于分布钢筋的固定，并且施工方便，使得湿接缝处钢筋构造的整体性好，加强了湿接缝与预制混凝土桥面的连接性能，有效地控制了湿接缝处混凝土的开裂。
4 结语
通过对组合梁斜拉桥桥面板抗裂性能的研究，主要得出以下几个结论:
(1)根据工程中混凝土桥面板裂缝的类型和裂缝的产生机理，结合工程经验给出了相应的预防措施，避免桥面板的开裂。
(2)通过在混凝土中添加合成纤维和使用外加剂如膨胀剂、减缩剂的方法来提高材料本身的抗拉强度，使得结构实际拉应力小于结构的设计抗拉强度。
(3)从横梁间距和横梁刚度的角度出发，选择合理的横梁间距和横梁刚度来提高组合梁斜拉桥的承载力，同时防止桥面板出现裂缝，降低桥梁的使用性能。
(4)对于容易产生裂缝的湿接缝来说，通过施工工艺的控制来保证湿接缝的的质量，提高湿接缝与预制梁的整体性能，使得湿接缝处裂缝得到有效控制。
参考文献
[1] 刘士林．斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，2002.
[2] 林元培．斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，2004.
[3] 沈荣熹，崔琪，李海清．新型纤维增强水泥基复合材料[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.
[4] 林尔渺．横梁间距、刚度对大跨度叠合梁斜拉桥承载力的影响[D]. 福州大学，2002.