預(yù)應(yīng)力空心板梁橋拼寬設(shè)計及計算分析

方睿

摘 要：本文介紹了目前國內(nèi)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中，橋梁拼接加寬的幾種主要方式，并對各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性進(jìn)行了闡述。通過空間有限元仿真，分析預(yù)應(yīng)力空心板上部結(jié)構(gòu)拼接加寬后內(nèi)力分布和變化情況，總結(jié)設(shè)計中需要關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力空心板梁橋；拼寬設(shè)計；計算分析

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長，早期修建的不少高速公路交通量增長迅猛，部分道路交通日趨飽和，為改善這一狀況，需要對這些公路進(jìn)行相應(yīng)的改建或加寬擴(kuò)建。本文將對常見橋梁拼接加寬方式及特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并對預(yù)應(yīng)力空心板梁橋的拼寬設(shè)計和計算分析方法進(jìn)行介紹。

1.橋梁拼寬方式及特點(diǎn)

1.1 拼寬方式

國內(nèi)常見的高速公路橋梁加寬連接方式一般有3種：

（1）上、下部不連接：新、舊橋梁上、下部并列設(shè)置，通過設(shè)置工作縫分離。

（2）上、下部連接：新、舊橋上、下部結(jié)構(gòu)通過植筋、澆筑濕接縫等實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接。

（3）上部連接、下部不連接：新、舊橋梁基礎(chǔ)分離，通過改造舊橋邊梁或其它方式與新建部分的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸接或剛接。

1.2 拼寬特點(diǎn)

（1）上、下部不連接

這種拼寬方式新、舊橋梁各自受力，可避免收縮徐變差和地基沉降差等對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，同時簡化了施工程序。比如，大跨徑的連續(xù)梁橋加寬時，其收縮徐變差、不均勻沉降差及預(yù)應(yīng)力反拱難以控制，通常會采用這種方式；另外，這種連接方式也可用于新、舊結(jié)構(gòu)型式不同的拼寬橋梁。

這種連接方式的缺點(diǎn)也很明顯：首先，由于新、舊結(jié)構(gòu)完全獨(dú)立，新建部分無法與舊結(jié)構(gòu)聯(lián)合受力，在設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)提高時，原主梁的承載力有可能不滿足要求。另外，活載作用下新、舊橋主梁撓度不同步，加寬部分后期沉降等，極易造成連接部位鋪裝層破壞，產(chǎn)生縱向裂縫和橫向錯臺。由于上述缺點(diǎn)，高速擴(kuò)建項(xiàng)目中無法大規(guī)模采用這種加寬方式。

（2）上、下部連接

上部結(jié)構(gòu)連接，主要有翼板鉸接和翼板+橫隔梁剛接兩種。這種拼寬方式好處在于：首先，拼接后新、舊結(jié)構(gòu)整體均勻受力，舊結(jié)構(gòu)受到的活載效應(yīng)降低；其次，可以較好的避免橋面連接處，受新、舊結(jié)構(gòu)地基沉降差影響而產(chǎn)生變形和開裂。

這種方式的缺點(diǎn)在于：新建下部結(jié)構(gòu)的混凝土收縮徐變和地基沉降受原有結(jié)構(gòu)的約束。上述變形過大時，易造成連接界面或原結(jié)構(gòu)拉裂；此外，下部構(gòu)造也需采用植筋等技術(shù)連接，增加工程成本和施工技術(shù)難度。

因此，該方法一般在地質(zhì)條件較好的區(qū)域，應(yīng)用于T梁、箱梁等需要剛性連接的橋梁結(jié)構(gòu)。

（3）上部連接、下部不連接

這種加寬方式的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，新、舊下部結(jié)構(gòu)各自受力；其次，只要控制好沉降差，上部構(gòu)造連接部位一般不容易出現(xiàn)開裂等問題。

缺點(diǎn)在于：連接后新、舊結(jié)構(gòu)的沉降差和新、老材料的齡期差，會產(chǎn)生附加內(nèi)力，致使上部構(gòu)造連接處內(nèi)力增大。針對不均勻沉降，新建結(jié)構(gòu)可通過采用樁基礎(chǔ)，并適當(dāng)增加樁長、超載預(yù)壓等措施減小工后沉降；針對收縮、徐變次應(yīng)力等，一般通過合理增加配筋應(yīng)對。

此種加寬方式大量應(yīng)用于國內(nèi)多條高速改擴(kuò)建項(xiàng)目，質(zhì)量穩(wěn)定、效果良好。

2.空心板拼寬計算分析

2.1 基本信息

本次研究取某高速公路16m空心板算例，原橋上部為先張法空心板結(jié)構(gòu)，拼寬橋?yàn)楹髲埛招陌褰Y(jié)構(gòu)；原橋全寬28m，共13塊板，拼寬后全寬為42m，拼寬部分共7塊板。如圖1所示。

2.2 計算模型

本次研究計算分析借助空間有限元分析軟件Midas/civil2012，通過建立梁格模型進(jìn)行模擬計算。

建立梁格模型時，使縱向梁格與梁板中心線重合，出于活載施加定位的需要，在邊梁懸臂端部、縱梁之間以及新、舊結(jié)構(gòu)拼接部位均增設(shè)虛擬縱梁。

橫梁的間距應(yīng)保證計算結(jié)果具有足夠的精度，并在支點(diǎn)的附近應(yīng)適當(dāng)加密。

同時，計算模型還進(jìn)行了以下幾點(diǎn)假定：

（1）橋梁上部結(jié)構(gòu)縱、橫向空間分析中不考慮縱、橫向坡度。

（2）新舊橋梁的邊界約束條件相同。

（3）對于空心板梁，新、舊橋梁采用翼緣板連接，連接方式為鉸接。

2.3 結(jié)論

（1）拼接后新、舊橋共同受力，對舊橋來說恒載內(nèi)力減小，減小幅度由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。拼接后新橋收縮徐變會造成舊橋恒載增大，新橋恒載減小，增減幅度均由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。上述兩種作用相抵后，拼接后舊橋部分恒載作用略有增加。

（2）拼接后新、舊橋共同受力，舊橋整體活載內(nèi)力降低，降低幅度由拼接側(cè)向遠(yuǎn)端遞減。對于空心板而言，單片梁活載內(nèi)力作用大于恒載，而拼寬后活載效應(yīng)的降低幅度大于恒載的增加幅度。因此，拼寬后舊橋的恒、活載組合效應(yīng)低于拼寬前。理論上來說，拼寬后原橋部分較拼寬前整體更加安全。

（3）對拼接部位而言，豎向受力模式主要為受剪，活載最不利加載工況為車輪直接作用在拼接部?？偟募袅?yīng)將恒載、活載和新橋沉降效應(yīng)進(jìn)行組合，由于這幾項(xiàng)效應(yīng)作用均較小，一般情況下不會出現(xiàn)應(yīng)力超標(biāo)的情況。拼接部縱橋向受新梁收縮徐變影響較大，應(yīng)考慮此項(xiàng)作用對拼接部位的縱向鋼筋進(jìn)行配筋驗(yàn)算。

（4）對于預(yù)應(yīng)力空心板梁橋來說，由于新舊板梁之間為結(jié)構(gòu)弱連接，新橋沉降對拼接后的原橋部分影響不大，施工中只要控制新橋沉降不過大即可。

參考文獻(xiàn)

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