寬幅空心板梁橋拓寬部位受力性能和配筋設計研究

付佳佳 高莉莉 鞏牧華（江蘇鹽城工業職業技術學院 建筑工程學院 224005）

寬幅空心板梁橋拓寬部位受力性能和配筋設計研究

付佳佳 高莉莉 鞏牧華
（江蘇鹽城工業職業技術學院 建筑工程學院 224005）

橋梁拓寬擴建后，新舊橋橫向拼接處除受到結構自重、二期恒載作用外，基礎差異沉降、收縮徐變差異等都將對其產生附加力。該文以一座寬幅空心板梁橋為例，分析了收縮徐變差異、基礎沉降差異對拼接部位的內力影響，同時針對橫向拼接部位受力提出可行的配筋設計建議，為類似橋梁的擴建提供參考。

橫向拼接縫；容許沉降量；配筋設計

近年來，社會對現有道路的通行能力不斷提出新的要求，同時寬幅空心板梁在高速線路上也廣泛使用。寬幅空心板結構拼寬后受新舊結構收縮徐變差異、不均勻沉降差影響及其拼接縫構造以及配筋設計都沒有詳細的論述，因此有必要對寬幅空心板拼接設計的相關內容進行專項研究，為類似工程的設計與施工提供依據和技術支持。

1 橋梁結構

1.1 橋梁概況

本文以某公路擴建工程中一座需擴建的5×20m簡支轉連續寬幅空心板梁橋為研究對象，擴建后兩側各加寬7.0m。

1.2 有限元模型

采用專業有限元軟件MIDAS，本文計算拼接縫受力按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004) [1]提供的計算公式和圖表計算。

2 影響因素

2.1 收縮徐變效應

對于不是同時澆注成型的混凝土結構來說，其收縮徐變的變形值是有差異的[2]。對于拓寬橋梁，新老混凝土粘結在一起時，新混凝土的收縮徐變比老混凝土大得多，老混凝土會對新混凝土的收縮徐變產生約束，從而引起新舊梁中的混凝土應力重分布，使新混凝土中產生縱向拉應力[3-4]，當拉應力大于新混凝土自身的抗拉強度或新老混凝土的粘結強度時，裂縫就不可避免的產生了。在現有舊橋的橫向拓寬改造過程中，收縮徐變對新舊混凝土連接面的作用效應需要進行分析。

本節沿拼接縫縱向選取半結構，為了研究延長拼接時間對拼接縫受力的影響，按照兩種工況建立模型：（1）新梁建成后放置1個月新舊梁拼接，拼接后全橋工作三年；（2）新梁建成后放置6個月再新舊梁拼接，而后全橋工作三年。

計算可得： 對于拼接部位，拼接縫受到縱向剪切作用在邊支點截面附近即受到的縱向剪力最大，最大值為-491.08kN，中跨部分縱向剪力較小，均在100 kN以內；新橋建成后放置6個月，剪力減幅在21%～33%之間，這里建議將新橋存放6個月再進行拼接。

2.2 容許沉降量

在軟土地基中修建拓寬橋梁，新舊橋的沉降差將在拼接縫產生不容忽視的內力，沉降差可導致部分支座脫空，甚至造成支座破壞[5]。這里分別考慮新拓寬部分發生沉降5mm、10mm和15mm時進行分析，從而定性的給出較為合理的容許沉降量。

截面1-1為拼接縫貼舊橋側截面，2-2截面為橫向拼接縫中部截面，3-3截面為貼新橋側截面。計算可得：同一級沉降差，在綜合作用下拼接縫1-1、2-2、3-3截面的頂緣和底緣的最大正應力差別不大，大體表現為拉應力，最值出現的位置有所不同；針對頂緣應力，1-1截面即與舊橋相接的截面拉應力最大，從1-1截面到3-3截面拉應力逐漸減小。當新舊橋基礎沉降差為5mm時，拼接縫上緣最大拉應力為1.63MPa，小于混凝土允許拉應力1.855MPa，當沉降增大為10mm和15mm時，最大拉應力超過C50混凝土的抗拉限值；從底緣應力可以看出3-3截面即與新橋相貼的截面底緣拉應力最大，這和實際情況中新橋基礎沉降從而帶動支點截面下沉，在中支點截面的底緣拉應力較大是相符的，且隨著沉降的增大，拉應力也逐漸增大超過混凝土拉應力限值；

綜上所述，將沉降差保持在5mm范圍內是一個安全的取值，可以保證上部結構拼接后結合部能承受綜合作用下的附加力。

3 拼接縫配筋設計

3.1 混凝土的抗剪性能強度分析

早期的Bresler和Pister[6]采用圓筒形試件在萬能試驗機上加扭轉荷載，以研究混凝土的抗剪強度，得出的試驗結果是混凝土的抗剪強度和抗壓強度之比為0.056-0.091。

3.2 拼接縫截面配筋設計

3.2.1 拼接縫內截面配筋設計

表1 拼接縫內截面配筋量

新舊橋橫向拼接時，分別從《公路圬工橋涵設計規范》[7]、ACI318M-05規范[8]設計計算這兩個方面入手，具體見表1。

結合以上幾種設計方案，最終建議配置10根?14的R235鋼筋，截面上下部各安置5根，鋼筋間距為200mm，具體布置如圖1。

圖1 拼接縫單寬截面配筋示意圖

圖2拼接縫端截面配筋示意圖

3.2.2 拼接縫端截面配筋設計

綜上所述，拼接縫兩端截面偏安全的采用HRB335的鋼筋2741.522mm ，可以選用8根?22鋼筋，頂底緣各4根，鋼筋間距取300mm，具體配筋如圖2。3.3小結從

上面分析可以看出，按照中間截面配筋時，鉸接時需要配筋11342

mm，拼接縫端截面需要配筋2741.522mm，后者是前者的2.4倍，可以看出端截面對配筋要求更高。

本文建議采用美國規范的摩擦抗剪設計和普通的鋼筋混凝土板中的較大值進行設計配筋。

4 結論

（1）新橋建成后放置6個月，對拼接縫各截面的收縮徐變作用影響較大，這里建議將新橋存放6個月再進行拼接。

（2）從拼接縫應力結果來看，將沉降差控制在5mm以內是比較合理且偏于安全的。

（3）本文提出幾種配筋建議，最終建議按照摩擦抗剪進行設計或者按照抗彎構件配筋設計計算中的較大值作為最終的配筋設計方案。

[1]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62- 2004）

[2]林波. 混凝土收縮徐變及其效應的計算分析和試驗研究[D]. 江蘇：東南大學，2006

[3]Kovler K. Interdependence of creep and shrinkage for concrete under tension [J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 1995，7（2）：96-100

U45

B

1007-6344（2016）04-0036-01