舊橋加寬后的縱縫問(wèn)題對(duì)改建方案的影響

周新東

摘 要：本文依托地處于肯尼亞首都郊區(qū)的一條國(guó)際交通干道的改擴(kuò)建項(xiàng)目，現(xiàn)有主路有5座舊橋?qū)?yīng)的原設(shè)計(jì)方案為加寬設(shè)計(jì)，舊橋不拆除，新舊橋結(jié)構(gòu)形式不一致。通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)的模擬分析，發(fā)現(xiàn)舊橋加寬方案中存在的問(wèn)題，即主要是新舊橋結(jié)構(gòu)形式不統(tǒng)一導(dǎo)致后期新舊橋橋面板間縱縫在移動(dòng)荷載下因梁片撓度不一致在開放交通后快速破壞，影響交通安全。為避免此問(wèn)題產(chǎn)生，并加快施工進(jìn)度，將原設(shè)計(jì)方案變更為箱形橋并獲得批準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：新舊橋加寬;縱縫;模擬分析;方案變更

1 工程背景

本項(xiàng)目為舊公路翻新與改擴(kuò)建，舊路為1992年一家意大利公司承建，距今有28年歷史，當(dāng)時(shí)的橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)僅適用于當(dāng)時(shí)的交通情況，現(xiàn)有需要擴(kuò)建的橋均為10+12+11M三跨單向雙車道簡(jiǎn)支梁橋，其下部結(jié)構(gòu)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)。然而，隨著本世紀(jì)肯尼亞當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，本項(xiàng)目路段已經(jīng)成為一條繁忙的國(guó)際交通主干道，重載車車流量非常高，屬A級(jí)高速公路。

本工程設(shè)計(jì)方對(duì)舊橋的升級(jí)方案是拓寬，拓寬部分為一跨33m的預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋，每側(cè)新增兩車道，中間沒(méi)有橋墩，新舊橋之間的橋面板連通，中間有一道縱向構(gòu)造縫，構(gòu)造形式與條形伸縮縫一致，擴(kuò)建部分下部結(jié)構(gòu)為擴(kuò)大式基礎(chǔ)。

2 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

（1）已有問(wèn)題：由于此時(shí)的橋梁已有28年歷史，且年久失修，部分橋梁已出現(xiàn)橋面板部破損，舊橋主梁較矮且間距大，而且所有橋梁主梁已經(jīng)有了肉眼可見的撓度，無(wú)法滿足時(shí)下車輛載荷的要求，車輛經(jīng)過(guò)現(xiàn)有橋時(shí)橋面出現(xiàn)人體可感知的明顯抖動(dòng)。

（2）主要問(wèn)題：設(shè)計(jì)方的加寬方案經(jīng)過(guò)對(duì)比文獻(xiàn)[1]—[6]中的說(shuō)明，確認(rèn)此種加寬方案為新舊橋上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)互不連接的方式，雖然能一定程度簡(jiǎn)化施工程序，但是帶來(lái)的后果就是由于新舊橋的結(jié)構(gòu)形式不同，可能導(dǎo)致新舊橋梁片在車輛荷載作用下?lián)隙炔⒉灰恢?，新舊橋面板間的縱向構(gòu)造縫會(huì)在短期內(nèi)受破壞并失效，從而影響行車舒適性與安全性。

（3）附屬問(wèn)題：新舊橋會(huì)存在沉降不均勻問(wèn)題，對(duì)縱向構(gòu)造縫會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步破壞。

3 針對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題對(duì)橋梁加寬方案的文獻(xiàn)研究

文獻(xiàn)[1]介紹了3種現(xiàn)今常見的舊橋拓寬方案，除了上述說(shuō)明的本項(xiàng)目的（1）上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)與不連接的方式，還有（2）上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)與相連接，及（3）上部結(jié)構(gòu)連接而下部結(jié)構(gòu)分離的方式。

但這三種方案都存在一個(gè)分險(xiǎn)：橋梁拓寬后，在運(yùn)營(yíng)中新舊橋面板間的橋面鋪裝均有開裂的風(fēng)險(xiǎn)，縱縫將受到破壞。

文獻(xiàn)[2]主要介紹了橋梁加寬后縱縫破損的原因并提出了防止其破損的對(duì)策，主要有通過(guò)樁基盡量減少/避免新建部分沉降及建議新舊橋加固成一個(gè)整體，甚至保持新舊橋結(jié)構(gòu)形式一致等措施。但仍然提出舊橋拓寬后新舊橋連接處存在的隱患。

文獻(xiàn)[3]中作者主要介紹了橋梁拓寬設(shè)計(jì)中縱縫拼接的幾種現(xiàn)有的技術(shù)與若干種搭接方案及其優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比，并介紹了對(duì)應(yīng)的破壞機(jī)理。其總結(jié)的缺點(diǎn)有一共同點(diǎn)，即新舊橋間的橋面板縱縫在開放交通后均會(huì)被破壞，而且工藝復(fù)雜，后期維護(hù)成本高。

文獻(xiàn)[6]中作者進(jìn)行了非常詳細(xì)深入的研究，但基本上可視為文獻(xiàn)[2]的細(xì)化與深入，其核心思想基本與文獻(xiàn)[2]表達(dá)的觀點(diǎn)一致。

以上提及的文獻(xiàn)基本上涵蓋了新舊橋拓寬方案中縱縫所存在的問(wèn)題及對(duì)策。經(jīng)過(guò)對(duì)論文的研究，以及客觀實(shí)際案例基本上確定了新舊橋連接處橋面板上的縱縫必然存在安全隱患。

4 新舊橋間縱縫撓度差的分析

4.1 理論分析

文獻(xiàn)[5]規(guī)定橋梁承受的汽車荷載主要是車輛荷載與車道荷載。橋梁結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用車道荷載。橋梁的局部荷載，橋臺(tái)與擋土墻荷載采用車輛荷載。本文主要關(guān)注新舊橋橋面板間的縱縫，故分析時(shí)主要考慮車輛荷載的影響。

以下主要針對(duì)新舊橋在A級(jí)公路車輛荷載下導(dǎo)致的撓度差異進(jìn)行分析，并考慮了恒載影響。

對(duì)于簡(jiǎn)支梁而言，最大撓度計(jì)算的公式：

集中荷載作用下：fmax=pl348EI

均布荷載作用下：fmax=5ql4384EI

其中，E為梁片彈性模量，I為梁片慣性矩，q為均布荷載，P為集中荷載，l為梁片計(jì)算長(zhǎng)度。

移動(dòng)荷載產(chǎn)生的位移采用如下影響線分析法：

通過(guò)影響線法撓度分析可確定橋梁梁片在移動(dòng)荷載作用下最大撓度出現(xiàn)在跨中，此處不再展開詳細(xì)論述。

4.2 模擬分析

建立MIDAS力學(xué)模型如下：

為保證計(jì)算結(jié)果較為精確，對(duì)梁片進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膯卧獎(jiǎng)澐?，并在梁片之間加入了適量的橫隔梁來(lái)保證梁片間的連接。為區(qū)別新舊橋，建模時(shí)單跨的新橋加入了下部結(jié)構(gòu)的部分模型（次要部分，不是重點(diǎn)），三跨的舊橋部分只建立上部結(jié)構(gòu)。全橋269個(gè)節(jié)點(diǎn)、304個(gè)單元。對(duì)擴(kuò)建擴(kuò)建部分的336m梁片施加預(yù)應(yīng)力筋，自重，二期恒載（主要是橋面板）與汽車荷載，車道荷載等。為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，對(duì)原設(shè)計(jì)梁片進(jìn)行了等剛度代換。

對(duì)擴(kuò)建部分的梁片施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)分析，證明模型中梁片的預(yù)應(yīng)力在彈性階段應(yīng)力驗(yàn)證組合中生效，如下圖：

為研究最極端的情況下新舊橋間的撓度差，以下只針對(duì)最不利的情況進(jìn)行分析，即假設(shè)移動(dòng)荷載只發(fā)生在擴(kuò)建橋部分，經(jīng)過(guò)分析結(jié)果如下：

分析顯示極限荷載情況下最大的撓度為46.3mm（↓），其他移動(dòng)荷載的分布情況下所產(chǎn)生的撓度在此不再討論。

4.3 小結(jié)

模擬分析反應(yīng)了第2節(jié)中提出的問(wèn)題，同時(shí)印證了第3節(jié)所參考文獻(xiàn)中提及的新舊橋間橋面板處縱縫處在開放交通后均會(huì)被破壞，且有實(shí)際案例證明（此處不再陳述）。

5 結(jié)語(yǔ)

公路舊橋加寬設(shè)計(jì)中，新舊橋如果結(jié)構(gòu)形式不一致則將導(dǎo)致連接縱縫處因新舊橋梁片在荷載下?lián)隙炔灰恢露a(chǎn)生破壞，進(jìn)而使行車安全性降低，同時(shí)影響橋梁使用壽命。為保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行，最終決定對(duì)舊橋進(jìn)行拆除重建。

本文的研究?jī)H針對(duì)依托項(xiàng)目而言，希望對(duì)從事類似項(xiàng)目的工作人員有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁士昭.全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書2019年版，1B413067.

[2]史斌，周謙.橋梁加寬時(shí)縱縫處理的技術(shù)對(duì)策[J].遼寧交通科技，2006（02）.

[3]彭凱，徐基平.公路舊橋加寬縱縫拼接技術(shù)進(jìn)展[J].公路交通技術(shù)，2013（01）.

[4]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè).人民交通出版社，2001.5（2014.7）重印.

[5]城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 CJJ 11-2011.

[6]王亞?wèn)|.T梁橋加寬中幾個(gè)問(wèn)題的研究[D].北京交通大學(xué)，2009.