連續(xù)現(xiàn)澆箱梁拼寬設(shè)計(jì)方案研究

郭 艷

(福建省港航建設(shè)發(fā)展有限公司，福州 350000)

隨著我國交通運(yùn)輸?shù)目缭绞桨l(fā)展， 交通量的不斷增長與道路通行能力不足的矛盾日益突出， 擴(kuò)寬建設(shè)成為已建成高等級道路緩解通行壓力的一種必然選擇。 橋梁作為道路的節(jié)點(diǎn)性工程，往往制約公路擴(kuò)建工程的實(shí)施[1]。

連續(xù)箱梁拼寬結(jié)構(gòu)是橋梁拓寬工程中一種常見的類型。 在實(shí)際工程案例中，出現(xiàn)了很多病害，嚴(yán)重影響了橋梁運(yùn)營的耐久性和舒適性。

1 工程概況

案例工程位于福建省境內(nèi)， 既有橋梁上跨一條寬度36 m 的高速公路，與高速公路斜交118°。 既有橋梁采用2×30 m 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，分雙幅設(shè)計(jì)，單幅橋?qū)?0.5 m，凈寬9.5 m，梁高1.8 m，單箱雙室結(jié)構(gòu)，其中懸臂長度2.0 m(圖1)。 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，橋梁需要單幅凈寬增加2.0 m，增加一個(gè)車道的通行能力。

圖1 既有橋梁總體布置圖

2 連續(xù)箱梁拼寬方式比較

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 橋梁拼寬方式主要有3 種常用形式，即上下部結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立、上下部結(jié)構(gòu)相互連接和上部結(jié)構(gòu)連接，下部結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立。 3 種拼寬方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

根據(jù)上述對比分析， 下部結(jié)構(gòu)不連接的優(yōu)勢較為明顯，大部分工程采用了下部結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)方案。

表1 橋梁拼寬方式優(yōu)缺點(diǎn)

上部結(jié)構(gòu)的連接與獨(dú)立都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在上海市頒布的 《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)規(guī)范》(DG∕TJ 08-2174-2015)中，明確提出，新老橋連接宜采用“上部結(jié)構(gòu)連接，下部結(jié)構(gòu)不連接”的方式。

在實(shí)踐中，預(yù)制空心板、預(yù)制小箱梁、預(yù)制T 梁等預(yù)制結(jié)構(gòu)采用上部結(jié)構(gòu)連接的方式占絕大多數(shù)(圖2)。 究其原因，在于這些預(yù)制結(jié)構(gòu)的剛度差異不大，預(yù)制結(jié)構(gòu)可以通過存梁時(shí)間的延長以減少收縮徐變帶來的附加內(nèi)力，通過采取施工、材料、構(gòu)造等措施可以保證結(jié)構(gòu)的受力滿足設(shè)計(jì)要求[2]。

圖2 某橋新老空心板連接方式圖

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁與預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁拼裝明顯不同。 現(xiàn)澆箱梁的懸臂結(jié)構(gòu)一般在2.0 m 以上，懸臂端厚度在20 cm左右，結(jié)構(gòu)較為薄弱。 新拼接橋梁部分往往較窄，抗扭剛度要遠(yuǎn)大于舊有橋梁。 上部結(jié)構(gòu)連接后， 新舊橋梁在剛度、收縮徐變性能、材料變形能力等方面都存在著差異，新舊橋梁的相互制約， 約束扭轉(zhuǎn)效應(yīng)非常明顯。 研究表明，在新橋收縮徐變、不均勻沉降、河道荷載、溫度荷載等作用下， 現(xiàn)澆箱梁的懸臂均會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力或剪應(yīng)力[3-4]。因此，上部結(jié)構(gòu)連接需要充分考慮既有箱梁懸臂結(jié)構(gòu)的受力特征。

3 案例工程拼接處置方法

為解決箱梁拼寬易產(chǎn)生病害的問題， 筆者提出了2種設(shè)計(jì)方案。一種采取上部結(jié)構(gòu)剛性連接，一種采取柔性連接形式。

方案一：上部結(jié)構(gòu)剛性連接。 該方案拼寬部分采用現(xiàn)澆T 梁截面，為加強(qiáng)新舊橋梁的連接，將原橋防撞護(hù)欄和50 cm 懸臂端一起鑿除，保留原懸臂鋼筋基礎(chǔ)上，另外植入1# 鋼筋，以增強(qiáng)聯(lián)系。 為了解決懸臂扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等不利受力狀況，每隔2～5 m 增設(shè)一道橫梁。新增橫梁增加了對懸臂端的扭轉(zhuǎn)約束， 提高了懸臂端的橫向抗拉和豎向抗剪能力(圖3)。 基于彈性支撐框架模型，相當(dāng)于在框架內(nèi)加入了橫向連桿，增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(圖4)。

圖3 方案一：上部結(jié)構(gòu)拼接示意圖

圖4 方案一體系轉(zhuǎn)換示意圖

方案二：上部結(jié)構(gòu)柔性連接。 該方案采取拼接梁相對獨(dú)立的設(shè)計(jì)思路，保留原主體結(jié)構(gòu)不變，在一側(cè)拼接2.0 m 寬的新梁體。 新梁體采用π 型截面，中墩采用固結(jié)接連，保證了拼接梁的穩(wěn)定性和抗傾覆能力(圖5)。

圖5 方案二：上部結(jié)構(gòu)拼接示意圖

為了解決橋面鋪裝開裂的病害問題， 采用不完全鉸接連接。 具體做法為：在鑿除舊橋防撞護(hù)欄時(shí)，保留梁體與防撞護(hù)欄間的預(yù)埋鋼筋， 在新舊橋梁的接縫處設(shè)置一道鋼板，預(yù)埋鋼筋與鋼板焊接連接；同時(shí)在新梁內(nèi)也設(shè)置鋼筋與鋼板連接(圖6)。 鋼板的設(shè)置將新舊梁體相互連接，形成不完全的鉸結(jié)構(gòu)，利用鋼板良好的延展性，新舊橋梁可以存在輕微的轉(zhuǎn)角位移和錯(cuò)動(dòng)， 但橋面又不至于產(chǎn)生過大的縱向裂縫。

圖6 方案二鉸接結(jié)構(gòu)示意圖

上述2 種方案針對現(xiàn)有工程案例的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化，均能滿足設(shè)計(jì)需求。

通過比選(表2)可以看出，方案二除了結(jié)構(gòu)受力略遜于方案一，其余方面優(yōu)勢明顯，綜合比較最終橋梁采用了方案二的拼接形式。

表2 兩種拼寬方式比選表

目前，該方案已經(jīng)通過施工圖評審，進(jìn)入建設(shè)階段，運(yùn)營期間的實(shí)際效果也會持續(xù)跟蹤。

4 結(jié)論

(1)對于懸臂較小的預(yù)制結(jié)構(gòu)，宜采用“上部結(jié)構(gòu)連接，下部結(jié)構(gòu)不連接”的連接方式，但對于既有現(xiàn)澆箱梁橋，懸臂端易產(chǎn)生病害。

(2)增設(shè)橫梁可以有效增加新舊橋梁的整體性，開口式框架截面形成閉合，對于懸臂端受力有明顯改善作用。

(3)柔性連接使新舊橋梁保持了受力的獨(dú)立性，同時(shí)利用鋼板的延展性使得兩者協(xié)調(diào)受力， 阻止了橋面縱向裂縫病害的產(chǎn)生。