基于連續箱梁橋錯孔拓寬方式拼接內力分析

趙力國 房佳蘋 顧大鵬

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075； 2.吉林省中盛市政工程設計有限公司，吉林 長春 130062；

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基于連續箱梁橋錯孔拓寬方式拼接內力分析

趙力國1房佳蘋2顧大鵬3

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075； 2.吉林省中盛市政工程設計有限公司，吉林 長春 130062；

3.北京國道通公路設計研究院股份有限公司，北京 100053)

針對橋梁拓寬新舊橋由于河道限制橋梁需錯孔布置的情況，結合觀瀾分離立交橋的拓寬實際，利用Midas/Civil進行拓寬仿真模擬，分析了錯孔橋梁拼寬前后新、舊主梁各關鍵截面在各荷載工況下的內力，指出錯孔橋梁在新舊拼接后舊橋內力增大較多，需采取必要的承載力加固措施，以滿足承載力要求。

連續箱梁，舊橋拓寬，箱梁內力，拼接方式

0 引言

隨著梅觀高速公路交通量的迅速增長，進一步完善深圳市高快速干線網絡及廣東省高速公路網功能，需要對梅觀高速公路進行改擴建，而其中觀瀾分離式立交橋拓寬建設是工程的重中之重。由于河道限制，該橋如果原位利用，需對橋梁進行錯孔布置拼寬，舊橋已運營13年，混凝土的收縮徐變、樁基沉降已基本完成，而新梁的收縮徐變及樁基沉降才剛剛開始，加之橋梁采取錯孔拼接，必然引起新舊箱梁內力重分配[1，2]，因此有必要對此橋的拼接方式進行研究，對擬采用的設計方案進行詳細計算分析，并作為日后類似錯孔布置橋梁擴寬設計的參考。

1 計算模型

1.1 橋梁概況

觀瀾分離式立交橋右幅橋舊橋為鋼筋混凝土連續梁橋，采用斜橋正做，橋孔布置為20 m+30 m+20 m，為變截面單箱雙室橋梁，主梁采用C40混凝土。新橋與舊橋保持一致為斜橋正做，橋孔布置為35 m+35 m，為變截面單箱單室橋梁，主梁采用C50混凝土。設計荷載采用新橋新標準(04標準)、老橋老標準(85標準)。拓寬后的橋梁橫截面圖及平面圖分別見圖1，圖2。

1.2 計算模型分析

本次分析采用空間桿系模型進行計算，基于梁格理論[3]進行結構離散，不考慮箱梁畸變影響。舊橋劃分為三根縱梁，新橋劃分為兩根縱梁，并在新舊橋外側懸臂端部各加一根虛擬縱梁，橫截面劃分見圖3。新、舊橋的剛接采用設置主從約束方法進行模擬，即將新、舊橋相鄰的虛擬懸臂梁的節點設置成具有相同的線位移及角位移。新、舊橋的鉸接模擬是在剛接的基礎上去除縱橋向的角位移。劃分后，舊橋共有391個單元，220個節點；新橋有283個單元，164個節點。

1.3 計算關鍵截面

橋梁關鍵截面Ⅰ—Ⅰ，Ⅱ—Ⅱ，Ⅲ—Ⅲ截面分別為舊橋的邊跨跨中、中跨支座處及中跨跨中截面；Ⅳ—Ⅳ，Ⅴ—Ⅴ截面分別為新橋的跨中及中間支座處截面[4]。關鍵截面如圖4所示。

2 計算分析

2.1 不同拼接方式拼接前后舊箱梁內力

新舊橋建成后6個月與舊橋剛接和鉸接情況下拓寬運營3年后的內力以及拼接前舊箱梁的內力分析結果見表1，表2。

表1，表2中數據表明：恒載作用下舊箱梁各關鍵截面的彎矩最大，其次是最不利汽車荷載和溫度梯度。新橋整體沉降對于關鍵截面彎矩的影響要高于收縮徐變的效應。剛接較鉸接汽車荷載內力略大，其中最大彎矩大5.2%，最大剪力大2.4%。

表1 拼接前后舊箱梁關鍵截面彎矩值 kN·m

表2 拼接前后舊箱梁關鍵截面剪力值 kN

2.2 拼接前后舊箱梁縱向內力比較

通過對表1，表2的分析發現，新舊橋采用剛接或鉸接的方式對于舊橋縱向內力的變化不大，同一荷載工況下關鍵截面的彎矩或剪力的變化值相對數值本身非常微小。對于說明拼接前后舊箱梁縱向內力的變化，選取一種方式來比較已能充分說明問題，本文以新舊橋采用剛接方式拼接來說明拼接前后舊箱梁縱向內力的變化。表3是各截面拼接前、后彎矩及剪力增加的百分比(拼接后變化量比拼接前)，合計1表示未計入汽車荷載前，合計2表示計入汽車荷載。

表3 拼接前、后舊橋箱梁內力對照表 %

表3數據表明，在未計入汽車荷載時，彎矩增大的最大變化發生在舊橋的Ⅱ—Ⅱ斷面，變化量為13.8%，計入汽車荷載后，增大的最大變化發生在舊橋的Ⅰ—Ⅰ斷面，變化量為19.8%。在未計入汽車荷載時，剪力增大的最大變化發生在舊橋的Ⅱ—Ⅱ斷面，變化量為12.86%，計入汽車荷載后，增大的最大變化發生在舊橋Ⅰ—Ⅰ斷面，變化量為28.9%。這種變化量值得注意的是：可能導致舊橋不能繼續承載，應對舊橋進行加固。

2.3 不同拼接方式下拼接后新箱梁縱向內力

表4 拼接后新箱梁關鍵截面彎矩值 kN·m

表5 拼接后新橋箱梁關鍵截面剪力值 kN

表4，表5數據表明，新橋預應力的綜合效應(對截面形心效應與次內力效應之和)有利于改善新箱梁各關鍵截面的恒載受力，新橋整體沉降對于各關鍵截面彎矩的影響要大于收縮徐變效應。溫度梯度和最不利汽車活載的影響較大，不容忽視。鉸接較剛接汽車荷載內力略大，其中最大彎矩大10%，最大剪力大13%。

3 結語

本文以觀瀾分離式立交橋改擴建工程為例，通過一三跨連續箱梁在采用錯孔拓寬過程中，兩種拼接方式的受力分析，得出如下結論：

1)對于錯孔布置橋梁采用剛接與鉸接兩種拼接方式對舊橋內力影響差別較小，新橋汽車荷載內力采用鉸接方式略小于剛接。2)舊箱梁內力，恒載和汽車活載對其的影響最大，新橋整體沉降的影響要大于新舊橋收縮徐變差異的影響。就新箱梁縱向內力而言，新橋使用預應力有利于改善恒載作用下的受力，新橋整體沉降的影響要大于新舊橋收縮徐變差異的影響。新橋整體沉降影響都很大，建議設計方設計時應考慮嚴格控制基礎沉降的措施。3)舊橋拼接后各跨跨中最大彎矩值和支點彎矩值都將增大，增大最大位置為邊跨跨中位置。舊橋剪力在相應支點截面均有較大幅度的增加，增大的最大位置在邊跨支點附近。舊橋在拼寬之后有多處截面的承載能力不夠，須采取加固措施提高舊橋承載力。

[1] 張麗芳，郭 濤，吳文清.舊橋拓寬中拼接方式對舊橋受力狀態的影響分析[J].公路交通科技，2006,23(2)：99-100.

[2] 戴公連，李德建.橋梁結構空間分析設計方法與應用[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 溫慶杰，葉見曙.新舊混凝土梁橫向拼接的收縮徐變效應[J].中國公路學報，2007，17(4)：118-119.

[4] JTJ D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

Analysis on internal splicing force on the basis of staggered perforated and widening method of continuous box girder bridge

Zhao Liguo1Fang Jiaping2Gu Dapeng3

(1.ChinaCommunication1stHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710075,China;2.JilinZhongshengMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Changchun130062,China;3.BeijingGuodaotongHighwayDesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100053,China)

In light of old bridge widening staggered perforated conditions owning to river limits, combining with Guanlan separated overpass widening situation, the paper carries out widening simulation by applying Midas/Civil, analyzes internal force of critical old and new beam sections before the staggered perforated bridge splicing under different loading conditions, and finally points out that: the old bridge internal force of staggered perforated bridge after the old and the new splicing increases more, which needs adopting necessary bearing capacity reinforcement measures, so as to meet bearing capacity demands.

continuous box girder, old bridge widening, box girder inter force, splicing method

1009-6825(2016)16-0194-03

2016-03-15

趙力國(1984- )，男，工程師； 房佳蘋(1981- )，女； 顧大鵬(1985- )，男，高級工程師

U441

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