2.2 RC桥面板的破坏过程

日本大阪大学在20世纪80年代初，率先研制开发了可模仿实际道路桥面板受荷载情况的轮荷载疲劳试验机（见图2-2）。迄今为止，包括日本土木研究所、旧日本道路公团、日本山口大学等机构，共有15台不同传动方式的轮荷载疲劳试验机被用于研究试验之中。为道路桥梁板结构力学模型的设置，提供了试验数值依据。轮荷载疲劳试验机及理论解析，阐明了公路桥RC桥面板的疲劳损伤机理，其破坏过程可以概括为以下5个阶段。

图2-1 公路桥RC桥面板破坏过程

图2-2 自走式轮荷载疲劳试验机

第一阶段：与桥梁纵向轴心垂直方向的初期裂缝。

在此阶段，混凝土板发生干燥收缩，但板在主梁上的梁板固定装置的拘束作用下不能自由变形，从而沿桥梁纵轴方向发生拉伸应变。一般的，在这种拉伸残余应变的基础上，加之轮荷载导致的弯曲应变，在板受拉侧沿桥梁纵轴垂直方向也将发生裂缝（见图2-3）。

图2-3 板下出现格子状裂缝

第二阶段：板下形成弯曲裂缝网，板上也出现裂缝。

在活荷载的作用下，板下沿桥梁纵轴线方向也将有裂缝产生（见图2-4）。这是由于桥梁纵轴线垂直方向的裂缝导致了板的异方性，纵轴线方向的荷载分配性能降低，从而导致主筋方向分担的荷载增加。另外，在弯矩的反复作用下，板上表面沿桥梁纵轴线垂直方向的裂缝也从支撑梁附近向板中央扩展，最终形成贯通裂缝（见图2-5）。

图2-4 板上发生沿桥轴直角方向的裂缝

图2-5 板上、下面裂缝的连接

第三阶段：雨水的浸透。

日本的公路路面一般为RC桥面板上铺装沥青，沥青铺装路面的浸水性及保水性较高，几乎不存在防水作用。所以，沥青中的雨水很容易沿板的裂缝甚至贯通裂缝浸透到板的下侧，从而导致游离石灰沉着在板下。

第四阶段：桥梁纵轴垂直方向裂缝两侧面之间的相互磨耗。

桥梁纵轴垂直方向发生裂缝后，在持续交通荷载的作用下，剪切力及扭转力矩交替作用于裂缝的两侧面，裂缝两侧面之间不断发生垂直方向以及水平方向的相互摩擦，从而导致裂缝两侧面的磨耗。随着交通荷载的持续作用，裂缝宽度不断加大，桥梁纵轴线方向的荷载分配效果越来越差，RC桥面板结构逐渐变为桥梁纵轴线垂直方向的并排梁结构（见图2-6）。尤其在有雨水浸透的情况下，裂缝的磨耗会显著加快。

图2-6 主筋方向梁状化

第五阶段：破坏，坍塌。

桥梁纵轴线垂直方向变为并排梁结构后，梁宽内的主筋断面的抗剪强度低下，将导致板的剪切疲劳破坏，最终丧失承载力（见图2-7）。这种情况下，若交通荷载继续作用其上，将导致破坏区域的混凝土破碎，碎片脱离桥板，形成明显的孔洞。在有雨水浸透的情况下，受压区域的混凝土发生骨料剥离，桥面铺装将形成钢筋网破损或坑洞，若不及时补修，将导致桥面坍塌。

图2-7 主筋断面的剪切破坏