黃毅平,張力文,孫 卓,金騰飛
(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院,廣東廣州510006)
為適應(yīng)交通量增長(zhǎng)需求,常采用在舊橋兩側(cè)增設(shè)小箱梁的方法加寬舊橋[1],以提高橋梁的通行和承載能力。舊橋加寬后,由于新舊梁的剛度不同,橋梁的荷載橫向分布將發(fā)生變化[2],因此需要對(duì)加寬后橋梁的荷載橫向分布進(jìn)行分析。梁格法是橋梁結(jié)構(gòu)空間分析的一種常用、有效、建模方便的方法[3],本文以某C50預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋?yàn)楸尘埃ㄟ^(guò)梁格模型研究小箱梁加寬舊T梁橋后的荷載橫向分布特性,分析兩側(cè)增設(shè)小箱梁、小箱梁抗扭剛度和橫隔板數(shù)量對(duì)舊T梁橋荷載橫向分布的影響,為今后類似舊橋的加寬提供參考[4]。
某預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋采用C50混凝土,標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30 m,由五片T梁組成,縱向分別在跨中、四分點(diǎn)和支點(diǎn)處設(shè)置五道橫隔板,橋面寬10.75 m,荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí),雙向雙車道,橫向布置為0.5 m(防撞欄)+9.75 m(行車道)+0.5 m(防撞欄)。舊T梁橋跨中橫斷面如圖1所示。為滿足交通需求,現(xiàn)在兩側(cè)各增設(shè)一片C50小箱梁進(jìn)行拓寬。小箱梁跨中斷面如圖2所示。舊T梁拓寬后,整體橋梁變?yōu)殡p向四車道,同時(shí)小箱梁與舊橋邊梁間設(shè)置30 cm厚端橫隔板,加寬后橋梁跨中布置為 0.5 m(防撞欄)+15.75 m(行車道)+0.5 m(防撞欄),如圖3所示。主梁截面特性見(jiàn)表1。
圖1 T梁橋橫斷面圖(單位:cm)
圖2 小箱梁截面圖(單位:cm)
圖3 加寬后橋梁斷面圖(單位:cm)
表1 主梁截面特性
采用梁格法桿系模型,鋪裝荷載等二期恒載按照均布荷載加載在主梁上[5]??v梁每1 m劃分一個(gè)單元,總共劃分30個(gè)單元[6];將虛擬橫梁簡(jiǎn)化等效為中腹板截面,截面高度取T梁翼緣板厚0.16 m,寬度取0.693 m,舊T梁橋梁格5縱30橫,如圖4所示。將單片小箱梁作為縱梁,增設(shè)在舊T梁模型兩側(cè),建立小箱梁加固舊T梁橋的梁格有限元模型,如圖5所示。
圖4 舊T梁橋梁格模型圖
圖5 小箱梁加固舊T梁橋模型圖
在各縱梁的跨中分別加單位集中荷載,計(jì)算各梁產(chǎn)生的彎矩,即可求得各梁的彎矩影響線,如圖6、圖7所示。分級(jí)對(duì)橋梁進(jìn)行加載,測(cè)試各工況各級(jí)荷載作用下各梁測(cè)試斷面測(cè)得的應(yīng)變值和撓度值[7]。
將加載車按橋面實(shí)際的加載位置布置在各梁的影響線上,各梁橫向分布系數(shù)的計(jì)算按下式計(jì)算[7]:
圖6 舊橋彎矩影響線加載位置處對(duì)應(yīng)豎距
圖7 新橋彎矩影響線加載位置處對(duì)應(yīng)豎距
式中:p為單輛車總軸重;θi為i梁的荷載橫向分布系數(shù);γij為梁上從左至右第j個(gè)荷載作用處對(duì)應(yīng)的影響線上的豎距。
在拓寬改造過(guò)程中,新建主梁的寬度由改建后橋梁的寬度決定,新建主梁、新建主梁抗扭剛度和橫隔板數(shù)量由舊橋需要增加的承載力來(lái)確定[8]。為此對(duì)新建主梁、新建主梁的抗扭剛度和橫隔板數(shù)目進(jìn)行參數(shù)分析。
圖8為拓寬前后T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖。
圖8 拓寬前后T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖
由圖9可知,兩側(cè)增設(shè)小箱梁后各T梁荷載橫向分布系數(shù)均減小。其中1#T梁的荷載橫向分布系數(shù)減小16.71%,2#T梁減小24.08%,3#T梁減小35.95%。說(shuō)明在舊T梁兩側(cè)增設(shè)小箱梁可有效分擔(dān)舊T梁的汽車荷載,提高橋梁的承載能力[9]。
圖9 拓寬后T梁荷載橫向分布系數(shù)減小百分比柱狀圖
圖10為IT1/IT2變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖。
由圖 11可知,IT1/IT2為 1時(shí),1#、2#、3#T 梁的荷載橫向分布系數(shù)分別減小17.5%、23.89%、33.67%,因此IT1/IT2參數(shù)變化為1時(shí)對(duì)T梁的荷載橫向分布系數(shù)有一定的影響,IT1/IT2在10~30區(qū)間變化時(shí)對(duì)T梁荷載橫向分布系數(shù)影響較為均勻。
圖10 IT1/IT2變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖
圖11 IT1/IT2變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)減小百分比柱狀圖
所以小箱梁的抗扭剛度對(duì)原T梁的荷載橫向分布有一定影響[10]。當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工時(shí),將小箱梁與T梁的抗扭剛度之比控制在10~30,能實(shí)現(xiàn)更好的加固效果。研究邊箱梁抗扭剛度對(duì)舊T梁荷載橫向分布的影響規(guī)律,有助于優(yōu)化箱梁截面,并使加固方案更具有經(jīng)濟(jì)合理性[11]。
圖12為橫隔板數(shù)量變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖。
圖12 橫隔板數(shù)量變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)對(duì)比曲線圖
由圖13可知,邊箱梁與舊T梁間設(shè)置橫隔板數(shù)量對(duì)3#T梁的荷載橫向分布系數(shù)影響較大。當(dāng)邊箱梁跟舊T梁間設(shè)置三道橫隔板時(shí),3#T梁荷載橫向分布系數(shù)減小32.66%。其中設(shè)置五道橫隔板與設(shè)置兩道橫隔板對(duì)1#梁橫向分布系數(shù)結(jié)果相差最大僅大1.75%。
圖13 橫隔板數(shù)量變化下各T梁荷載橫向分布系數(shù)減小百分比柱狀圖
在新舊梁之間設(shè)置橫隔板,可使新舊橋連接可靠、整體性增強(qiáng),增大了橋梁的橫向剛度[12],也提高新舊主梁接縫間抵抗不均勻沉降的能力[1]。考慮施工復(fù)雜性及力學(xué)性能改善程度,可在邊箱梁與舊T梁間設(shè)置三道橫隔板,實(shí)現(xiàn)施工的經(jīng)濟(jì)性,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益[13]。
本文通過(guò)結(jié)合工程實(shí)例簡(jiǎn)支舊T梁橋加寬工程為研究對(duì)象,采用兩側(cè)增設(shè)小箱梁來(lái)實(shí)現(xiàn)拓寬的目的。基于梁格法的有限元模型來(lái)進(jìn)行加寬橋梁的荷載橫向分布計(jì)算研究,并分析了兩側(cè)小箱梁、小箱梁抗扭剛度和橫隔板數(shù)量對(duì)舊T梁橋的荷載橫向分布的影響,得到的結(jié)論如下所示:
(1)在舊橋兩側(cè)增設(shè)小箱梁能提高舊T梁橋的承載能力,同時(shí)延緩裂縫發(fā)展。
(2)小箱梁的抗扭剛度對(duì)舊T梁的荷載橫向分布影響不大,當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工時(shí),可參照小箱梁標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行施工,不必進(jìn)行截面優(yōu)化。將小箱梁與T梁的抗扭剛度之比控制在10~30,能實(shí)現(xiàn)更好的加固效果。
(3)從施工復(fù)雜度及力學(xué)性能改善程度上考慮,邊箱梁與舊T梁間設(shè)三道橫隔板即可。
天津國(guó)家級(jí)普通公路調(diào)整為10條
天津市國(guó)家普通公路網(wǎng)命名和編號(hào)調(diào)整目前已開(kāi)始,將升級(jí)改造交通標(biāo)志設(shè)置,并于2019年6月底前全面完成。天津市國(guó)家級(jí)普通公路將由原來(lái)的5條調(diào)整為如下10條:
102國(guó)道京哈線調(diào)整為102國(guó)道京撫線(北京—黑龍江撫遠(yuǎn));103國(guó)道京津線調(diào)整為103國(guó)道京濱線(北京—濱海新區(qū)),暫維持現(xiàn)狀路線不變,路線名稱暫不調(diào)整;205國(guó)道山深線(山海關(guān)—深圳)暫維持現(xiàn)狀路線不變;104國(guó)道京福線調(diào)整為104國(guó)道京嵐線(北京—福建平潭);112國(guó)道北京環(huán)線調(diào)整為112國(guó)道京環(huán)線。新增的5條國(guó)家級(jí)普通公路包括:228國(guó)道丹東線(遼寧丹東—廣西東興)、230國(guó)道通武線(吉林通化—武漢)、233國(guó)道克黃線(內(nèi)蒙古克什克騰—黃山)、336國(guó)道津神線(天津—陜西神木)、509國(guó)道唐通線(唐山京唐港—北京通州)。