01 为什么混凝土护栏分缝处空心板开裂？ 位于浙江的杨司高架桥，在混凝土护栏分缝处的空心板下缘集中出现L型裂缝，且裂缝位置与防撞护栏分缝的位置一一对应，关联性100%。裂缝示意图及裂缝统计图如图1、图2所示，本文主要说明
图2.裂缝统计图
杨司高架位于台州临海杜桥，全长3526m，分为左右两幅，单幅每跨10片预应力混凝土空心板连续梁，以20m跨径为主。下部结构采用桩柱式桥墩台，钻孔灌注桩基础。全桥按双向四车道标准建设，设计时速100公里/小时。桥梁上部结构截面图如图3所示。
通过考虑有无护栏及是否分缝对边板底部应力分布的影响，根据实际尺寸建立ABAQUS空心板全桥弹性模型，主要包括无护栏、护栏跨中分缝、护栏不分缝三种模型，如图4所示。
（a）无护栏（b）护栏分缝（c）护栏不分缝
图5 全桥模型梁板底应力云图
护栏跨中有分缝时，边板跨中底板区域有明显应力集中，护栏不分缝或无护栏，即跨中无刚度突变时，边板底部则没有应力集中。 根据计算结果取全桥模型各工况下，边板底部外侧沿梁纵向应力分布如图6所示。应力分布中负值代表压应力，正值代表拉应力。
图6 全桥模型边板底部外侧沿梁纵向应力分布图
比较边板底部外侧沿梁纵向应力分布可以发现： 护栏分缝情况下跨中应力最大；护栏不开缝与无护栏两种工况时应力分布接近。
取不同工况下，最外侧两块板跨中横截面应力云图，如图7所示。
（a）无护栏 （b）护栏分缝（c）护栏不分缝
图7 跨中横截面应力云图
护栏跨中分缝时，缝底部受压区混凝土及对应位置梁底部受拉区混凝土都有明显的应力集中效应，与开裂位置高度一致，并且沿着横桥向该应力集中效应逐渐减缓。无护栏或护栏不分缝时沿横桥向应力分布非常均匀，无应力集中效应。
建立两种矩形混凝土单梁模型，如图8所示，分析在同样自重作用下，护栏分缝引起的单梁应力集中效应，结果如图9所示 。
图9 矩形单梁模型梁底纵向应力分布图
此时，有应力集中，但应力集中效应小于护栏参与受力后的有利作用，整体应力放大系数小于1， 矩形单梁分缝引起应力集中一般不会引起 开 裂。
图10 单梁模型底部外侧纵向应力分布图
单梁模型应力分布和应力集中趋势与全桥模型一致，故可用单梁模型等效模拟全桥模型，但是比较空心板全桥、单梁模型分析结果可以看出，全桥模型模拟结果考虑多片梁体的横向刚度影响，应力集中系数更大，与真实情况更接近，比单梁模型更加准确。
分析不同分缝高度对应力集中效应的影响，建立了0~1.2m不同分缝高度的空心板单梁模型，结果如图11所示。
图11 不同分缝高度梁底纵向应力分布
此外，比较矩形单梁和空心板单梁模型结果可以得出： 只有纵向刚度突变时，有应力集中现象，但应力放大系数小于1；同时有纵向、横向刚度突变时，应力集中现象迅速加剧。 这是空心板梁跨中护栏分缝引起边板应力集中并产生L型裂缝的内在机理。
（1）
设计计算时，不能忽略护栏刚度对边板刚度对贡献
，考虑护栏刚度贡献后，边板受力变大。
（2）在边板受力变大的基础上，护栏分缝引起边空心板与护栏组成的联合梁纵向刚度突变，进一步导致边护栏分缝处局部的空心板应力集中，是引起空心板跨中开裂的主要原因。
（3）如果
采用规则的矩形截面
，与全长采用最小截面梁相比，应力集中导致的整体应力放大系数小于1，一般不会引起开裂。
（4）后续空心板梁桥设计中
应避免护栏跨中分缝或采用开假缝的形式
，避免边板应力集中现象，保障结构安全。
