混凝土收縮徐變效應(yīng)對(duì)城市加寬橋梁的影響

□文/趙海亮

混凝土收縮徐變效應(yīng)對(duì)城市加寬橋梁的影響

□文/趙海亮

城市現(xiàn)役橋梁加寬后，由于橫向新拼接橋梁與現(xiàn)役橋梁存在混凝土收縮徐變的差異，使得新橋與舊橋之間因此差異產(chǎn)生附加內(nèi)力，對(duì)于橋梁的安全和使用性能產(chǎn)生不利影響。文章對(duì)新舊橋梁在混凝土收縮徐變差異效應(yīng)下的受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

橋梁加寬；混凝土收縮徐變；附加力

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市交通流量越來(lái)越大，原有的城市交通建設(shè)設(shè)施已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在城市交通量的需求，許多現(xiàn)役城市橋梁面臨著橋面寬度不足的問(wèn)題。如果將此類橋梁廢掉重建，不僅會(huì)帶來(lái)大量人力物力的浪費(fèi)，而且會(huì)影響城市交通正常運(yùn)行，帶來(lái)不便利。為解決該矛盾，最常采用的方法是對(duì)現(xiàn)有城市橋梁橋面加寬。該方法既能解決城市交通擁堵問(wèn)題、緩解交通壓力并且能節(jié)約資源，減少資源浪費(fèi)。

1　橋梁加寬連接方式［1］［3］

1）各部分均不連接。新舊橋梁之間完全分離，新舊橋梁橋面之間有簡(jiǎn)單的縱向縫。因此新舊橋梁之間沒(méi)有混凝土收縮徐變和基礎(chǔ)沉降的相互影響，受力明確、各自受力獨(dú)立。

2）上下結(jié)構(gòu)連接。新舊橋梁的上下結(jié)構(gòu)是由澆筑的橫隔梁的方式剛性連接在一塊。該連接方式的優(yōu)點(diǎn)是橋面平順、行車舒適并且行車安全性高。但由于整體連接為一體，新舊橋梁之間混凝土收縮徐變之間的差異以及基礎(chǔ)沉降的差異，會(huì)產(chǎn)生附加力，無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是在施工過(guò)程中，應(yīng)引起足夠的重視。

3）橋面連接。新舊橋梁之間通過(guò)橋面連續(xù)的方式，使得橋面鋪裝為一整體，但是上下結(jié)構(gòu)分離。其優(yōu)勢(shì)在于橋面的平順度好。缺點(diǎn)是由于新舊橋梁在混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)沉降等方面的差異，在車輛過(guò)往時(shí)，會(huì)造成新舊橋梁的連接部位發(fā)生破壞，同時(shí)破壞后維修的難度也非常大。

2　橋梁加寬后存在的主要問(wèn)題

對(duì)于上下結(jié)構(gòu)連接和橋面連接，由于新舊橋梁在混凝土收縮徐變以及基礎(chǔ)沉降之間的差異等問(wèn)題，必然新舊橋梁之間受力產(chǎn)生相互影響。下面主要討論上下結(jié)構(gòu)連接和橋面連接加寬方式情況下，新舊橋梁混凝土收縮徐變差異問(wèn)題對(duì)新舊橋梁的影響。

新舊橋梁連接后，由于兩者之間混凝土收縮徐變的差異，必然引起新舊橋梁在順橋向的彎曲變形，從而使得應(yīng)力重新分布。新橋的混凝土收縮變形要比舊橋的大，由于舊橋?qū)π聵虻募s束作用，使得新舊橋梁連接之間會(huì)產(chǎn)生很大的剪應(yīng)力，若剪應(yīng)力超過(guò)材料的抗剪強(qiáng)度，便會(huì)剪壞，產(chǎn)生縱向裂縫并且此時(shí)新橋會(huì)對(duì)舊橋產(chǎn)生壓應(yīng)力?；炷潦湛s徐變差異是影響新舊橋主梁及其連接處受力性能不容忽視的重要因素之一。為研究混凝土收縮徐變對(duì)城市加寬橋梁的影響，進(jìn)行仿真分析。

3　加寬橋梁計(jì)算模型的建立

新舊橋梁通過(guò)橋面板和橫隔板橫向連接，連接方式為鉸接。新舊橋梁橫斷面均為空心板梁。采用梁格法建立模型，劃分方式見圖1［2］。

圖1　加寬橋梁平面布置

采用Midas civil 2015有限元分析軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，由于只研究混凝土收縮徐變對(duì)加寬橋梁的影響，其他外荷載不考慮；舊橋在運(yùn)營(yíng)10 a后，即舊橋考慮10 a的收縮徐變后，再與新梁橫向連接。

1）混凝土收縮效應(yīng)對(duì)加寬橋梁影響。由圖2-圖5可以看出，由混凝土收縮效應(yīng)引起的混凝土軸力具有跨中軸力大支點(diǎn)處軸力小的特點(diǎn)；新梁（12號(hào)梁、14號(hào)梁）與舊梁（11號(hào)梁、9號(hào)梁）的軸力方向相反，這是由于新梁的混凝土收縮受到邊梁的約束作用，使得兩者軸力方向相反。

在新舊梁拼接處的主梁的軸力明顯大于其他片主梁的軸力，在舊梁部分，拼接部位11號(hào)梁的軸力最大為-646.8 kN，而9號(hào)梁的軸力為-67.5 kN；在新梁部分，拼接部位12號(hào)梁的最大軸力為661.5 kN，而14號(hào)梁的最大軸力為44.6 kN。這說(shuō)明新舊梁由于混凝土收縮差異產(chǎn)生的軸力主要由連接處的主梁承擔(dān)。

圖2　11號(hào)梁軸力

圖3　9號(hào)梁軸力

圖4　12號(hào)梁軸力

圖5　14號(hào)梁軸力

2）混凝土徐變效應(yīng)對(duì)加寬橋梁影響。由圖6-圖9可以看出，由混凝土徐變效應(yīng)引起的混凝土軸力具有跨中軸力大支點(diǎn)處軸力小的特點(diǎn)；新梁（12號(hào)梁、14號(hào)梁）與舊梁（11號(hào)梁、9號(hào)梁）的軸力方向相反，這是由于新梁的混凝土收縮受到邊梁的約束作用，使得兩者軸力方向相反。

在新舊梁拼接處的主梁的軸力明顯大于其他片主梁的軸力，在舊梁部分，拼接部位11號(hào)梁的軸力最大為171.9 kN，而9號(hào)梁的軸力為22.9 kN；在新梁部分，拼接部位12號(hào)梁的最大軸力為-193.3 kN，而14號(hào)梁的最大軸力為-13.5 kN。這說(shuō)明新舊梁由于混凝土徐變差異產(chǎn)生的軸力主要由連接處的主梁承擔(dān)。

圖6　11號(hào)梁軸力

圖7　12號(hào)梁軸力

圖8　14號(hào)梁軸力

圖9　9號(hào)梁軸力

4　結(jié)論

1）對(duì)于城市加寬橋梁，新橋由于混凝土收縮徐變引起的變形會(huì)受到舊梁的約束作用，從而產(chǎn)生附加力。

2）對(duì)于城市加寬橋梁，新舊橋梁之間由于混凝土收縮徐變差異引起的軸力主要有連接處的主梁承擔(dān)，其他主梁承擔(dān)很少。

［1］黃錦，胡建平.舊橋加寬工程的分析與設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，（1）：103.

［2］戴公連，李德建.橋梁結(jié)構(gòu)空間分析設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］諶潤(rùn)水，胡釗芳，帥長(zhǎng)斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例［M］.北京：人民交通出版社，2002.

U445.6

C

1008-3197（2016）04-64-02

2016-07-12

趙海亮/男，1987年出生，助理工程師，碩士，上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院天津分院，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.025