新舊現(xiàn)澆箱梁橋拼接時機分析

盧啟煌

0 引言

近年來，一些高速公路的交通量增長速度超過預(yù)計增長速度，道路已不能滿足現(xiàn)有通行能力要求，需要對其進行改擴建，而既有橋梁的加寬是其中的難點，選擇合理的拼接時機是改擴建工程成功與否的重要保證。本文以某高速公路現(xiàn)澆箱梁拓寬為例，使用梁格法對新舊現(xiàn)澆箱梁進行了拼接前后的平面變形分析，結(jié)合施工工期確定了最優(yōu)的拼接時機。

1 橋梁概況

舊橋上部構(gòu)造為17m+21m+21m+17m四跨鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋，左右幅分離，橋面寬度為12.25m;新橋采用17m+ 21m+21m+17 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，半幅橋面寬度為8.25m，新舊橋的拼接采用箱梁翼緣剛性連接。

2 計算過程

2.1 計算模型的建立

對新舊橋以及拼接后的整橋上部結(jié)構(gòu)的計算均依據(jù)梁格理論，將上部結(jié)構(gòu)離散為空間桿系模型，采用MIDAS/Civil計算程序進行計算。

舊橋左幅為單箱雙室截面，劃分為三根縱梁，并在箱梁端部各加一根虛擬縱梁，加寬新橋為單箱單室截面，劃分為兩根縱梁，在懸臂端各加一根虛擬縱梁，截面梁格劃分示意圖見圖 1。新、舊橋的剛性接縫采用設(shè)置主從約束方法進行模擬，即將新、舊橋相鄰的虛擬懸臂梁的節(jié)點設(shè)置成具有相同的線位移。劃分后，舊橋共有 597個單元，334個節(jié)點;新橋有 450個單元，259個節(jié)點。

2.2 荷載取值

1)一期恒載:包括新、舊橋主梁及橫隔板的自重，容重按26 kN/m3計，并計入收縮徐變影響。

2)二期恒載:包括橋面鋪裝及防撞護欄，新、舊橋的橋面鋪裝均為10 cm厚瀝青混凝土，容重取23 kN/m3，防撞護欄取5.0 kN/m。

3)車輛荷載:舊橋按 85規(guī)范設(shè)計，新橋按 04規(guī)范設(shè)計，根據(jù)“老橋老標準，新橋新標準”的計算原則，老橋設(shè)計荷載采用汽車—超 20級，新橋設(shè)計荷載采用公路Ⅰ級。

4)溫度荷載:對新舊橋均采用溫度梯度的方式。

5)基礎(chǔ)不均勻沉降:舊橋已建成通車十幾年，基礎(chǔ)沉降基本完成，故僅考慮新橋的基礎(chǔ)沉降，按新橋相對舊橋整體沉降5mm考慮。

3 結(jié)果分析

3.1 新舊橋拼接前變形分析與拼接時機

拼接前的變形分析主要在新橋建成后擱置不同的時間來觀察新舊橋豎向變形差的變化。因此，分別在新橋剛建成時、擱置1個月、擱置 3個月、擱置 6個月四個時刻比較拼接前新舊橋的豎向變形差，以此來考察合適的拼接時機。

新舊橋翼緣端豎向變形差(變形差=新橋翼緣端變形-舊橋翼緣端變形)在各個時刻的計算值見表 1。

表1 拼接前新舊橋翼緣端豎向變形差值 mm

由表 1可見，從拼接前新舊橋翼緣端的豎向變形來看，新橋擱置時間的長短會有一定影響。如果過早拼接，新橋收縮徐變作用產(chǎn)生的內(nèi)力值會很明顯，對拼接部位不利。因此，設(shè)計上應(yīng)該給出一個合理的拼接時間，使得拼接后受到的收縮徐變影響不致使拼接縫處開裂。

3.2 新舊橋拼接后平面變形分析與拼接時機

新舊橋拼接運營后，新橋混凝土的收縮徐變可使拼接后的新舊箱梁在水平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲和變形，如果平面變形過大可能造成箱梁支座脫空等不利情況。考察位置為新箱梁的各橋墩、臺支座截面處。通過在四種拼接時機下平面變形的對比，研究最優(yōu)的拼接時機。

3.2.1 新舊橋平面縱向變形

圖2為新舊橋最大縱向位移隨擱置天數(shù)變化圖。在新橋建成后擱置 0 d，1個月，3個月和 6個月四種情況下，拼接之后運營1 000 d過程中由新橋收縮徐變引起的舊橋和新橋各支座處的平面縱向變形值。其中由于舊橋的縱向變形較小，故只取最大變形值。

由圖 2可見，隨著新橋擱置天數(shù)的增加，新舊橋的最大縱向位移都越來越小。如果新橋剛建成就拼接，拼接后由新橋收縮徐變引起的縱向變形最大，而隨著新橋建成后在拼接前的擱置時間變長，在拼接后由收縮徐變引起的新橋縱向變形越小，這樣對新舊橋拼接也就越有利。

3.2.2 新舊橋平面橫向變形

橫向變形是和縱向變形相互關(guān)聯(lián)的，它們有著近似的規(guī)律。表 2，表 3分別為在四種新橋擱置情況下，拼接之后運營1 000 d過程中由新橋收縮徐變產(chǎn)生的舊橋和新橋各支座處的平面橫向變形值。

表2 舊橋平面橫向變形 mm

表3 新橋平面橫向變形 mm

由表 2，表 3可以看出，舊橋箱梁在 1—a支座處發(fā)生最大橫向變形，而新橋在1′—b支座處發(fā)生最大橫向變形。隨著新橋擱置天數(shù)的增加，新舊橋的最大橫向變形都越來越小。可見由新橋收縮徐變引起的新舊橋箱梁平面彎曲的影響是明顯的。且隨著新橋建成后在拼接前的擱置時間變長，在拼接后由收縮徐變引起的新舊橋橫向變形呈隨時間變小的趨勢。

4 結(jié)語

從拼接后新橋收縮徐變引起的新舊橋箱梁平面縱向變形和橫向變形來看，最大縱向變形值和橫向變形值均隨著新橋建成后擱置時間的變長而減小，說明新橋建成后越晚拼接，對新舊橋拼接后受力也就越有利。隨著新橋擱置天數(shù)的增長，變形曲線越來越緩，說明如果擱置時間再往后推移，引起的平面變形的減小值也會越來越小，且如果擱置太長時間對施工并不經(jīng)濟，因此建議新舊橋宜在新橋建成擱置 6個月后拼接。

[1] JTG D 60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[2] JTG D 62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JTG D 63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] JTJ 021-1989，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[5] JTJ 023-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[6] JTJ 001-97，公路工程技術(shù)標準[S].