寬幅空心板橋擴建方案比選與性能研究

付佳佳

（江蘇鹽城工業職業技術學院 建筑工程學院 224005）

寬幅空心板橋擴建方案比選與性能研究

付佳佳

（江蘇鹽城工業職業技術學院 建筑工程學院 224005）

針對高速公路上寬幅空心板梁橋面臨拓寬的現狀，分析新橋采用不同截面形式與舊橋拼接后舊橋以及橫向拼接縫受力，通過詳細計算和反復比較來選擇合適的新橋梁截面形式，為類似橋梁的改擴建提供參考。

擴建工程；寬幅空心板；橫向拼接縫

近幾年來交通事業高速發展，對現役公路橋梁的拓寬改建既是滿足現代交通的需要，實際上也是對原有橋梁的一種加固改造。本文針對原橋為先簡支后結構連續的寬幅空心板梁，當需要進行改建時，新橋可能采用的兩種方案進行比選，從老橋以及拼接縫受力的角度出發，給出可行的方案，以供相關案例參考。

1 改拓建基本要求

橋梁拓寬設計前，應對舊橋現狀進行全面調查，包括橋梁檢測、荷載試驗與分析計算，對舊橋的承載能力與可靠度做全面的評價。在對舊橋準確評估后，根據拓寬后的線路使用要求，確定拓寬設計標準，需要加固的橋梁應把加固與拓寬結合起來考慮[1]。

拓寬后目標是做到：①在承載力方面，要確保滿足全橋結構安全工作；②在使用功能方面，要確保橋梁正常工作的需要，拓寬后希望增加老橋剛度，以滿足結構使用功能要求。

2 橋梁結構

2.1 橋梁概況

本文以一座需要擴建的5×25m先簡支后連續寬幅空心板梁橋為研究對象。擴建后橋面兩側各加寬7.0m。舊橋為預制主梁，橫向各片梁架設后沿縱向將主梁內的普通鋼筋在墩頂連續，并加強橋面板的鋼筋。

2.2 舊橋現狀分析

寬幅空心板優點表現在[2]：空心板越寬，混凝土和鋼材用量越少，減少了下部結構承受的荷載。同時，由于板寬變大導致板塊數量減少，提高了施工中安裝、運輸等工序的效率，大大節約了工程造價。

但在施工以及后期的運營中逐漸顯露出寬幅空心板不足的一面，主要表現在[3]：

（1）采用扁錨體系，局部承壓抗裂較難滿足。程云[4]通過對寬幅空心板采用扁錨體系的有限元分析指出：采用扁錨、扁波紋管體系錨下局部應力大，局部承壓抗裂較難滿足。

（2）板厚度過薄導致抗裂能力不足，易出現縱向裂縫。周臻[5]等人對寬幅空心板進行了局部承壓試驗，試驗梁在腹板與頂、底板的交界處產生大量縱向裂縫并最終破壞。

2.3 拼接方案設想

新舊橋橫向拼接傳力方式一般有剛接和鉸接兩種[6]，在參考國內外相關橋梁拓寬改建資料的基礎上，經過研究分析，新舊橋間采取鉸接連接方式。初步擬定新橋截面采用兩種方案：新橋單板寬為1.5m和1m。需要注意的是舊橋邊板懸臂較大，若直接與新橋拼接，舊橋懸臂根部受力較難保證，此處將舊橋拼接邊梁懸臂切除1.25m后與新橋拼寬。新舊橋拼接部位也是按鉸接進行模擬計算。

2.4 結構有限元模型

采用有限元軟件MIDAS模擬，根據比較成熟的梁格法對寬幅空心板梁橋進行計算分析。控制截面的選取參見圖1。舊橋的建模計算分別采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）[7]和新橋以及現澆拼接縫處均按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）[8]來計算。

圖1 計算模型控制截面劃分示意圖

3 舊橋受力分析

本節將綜合討論橫向拼接后在收縮徐變作用、基礎沉降作用、溫度作用、汽車活載作用等因素綜合作用下，舊橋主梁內力變化情況。

綜合考慮施工時以及成橋后的各項影響因素，對多種作用效應采用最不利狀態組合。對于最大正彎矩，往往都是跨中位置處的的正彎矩最大，這里有選擇性的關注舊橋6、7號梁的跨中截面即2#、5#和7#截面；最大負彎矩主要關注中支點截面4#和6#截面。

按照老規范進行荷載組合，通過計算可以表明：

（1）與新橋采用1m普通空心板相比，新橋采用1.5m時6號主梁最大正彎矩較小，兩者關鍵截面內力差異在2%以內；7號主梁最大正彎矩較大，采用不同的截面形式兩者關鍵截面內力差異在6%以內。

（2）與新橋采用1m普通空心板相比，新橋采用1.5m時主梁最大負彎矩較小；6號梁中支點截面最大負彎矩是新橋1 m時相應截面的95%左右；7號梁的內力差值較大，是新橋1 m時相應截面的85%～86%左右。

結合新舊橋梁規范綜合考慮了各項作用影響后，對比分別采用1m普通空心板和1.5m寬幅空心板截面的舊橋內力值可以知道，采用這兩種截面的內力差別并不大，則在實際設計時仍需要綜合多種因素考慮。

4 橫向拼接縫受力分析

新舊橋拼接后，拼接縫傳遞荷載的能力也是設計人員很關注的部分。針對拼接縫的受力，這里依據上述計算模型，針對在汽車活載作用下拼接縫最不利的受力狀態，主要關注在貼拼接縫布載時縱向單位長度截面的豎向剪力，具體數據如圖2、圖3所示。

圖2 拼接縫豎向最大正剪力

圖3 拼接縫豎向最大負剪力

從上面圖表可以看出：在汽車活載作用下，中支點附近截面的最大正剪力和最大負剪力絕對值均較大；與新橋截面采用1m普通空心板相比，采用1.5m寬幅空心板時剪力值較大，兩者跨中截面差值較小，邊跨的中支點截面差值最大為40.55kN。這說明采用1.5m寬幅空心板時對拼接縫支點截面抗剪設計要求更高。

5 結論

本文通過建立空間有限元模型，進行了新橋選用不同截面形式梁橋拓寬的可行性分析，詳細分析了拓寬后背景橋梁的主梁以及拼接縫內力。從各種作用綜合來看，新橋采用寬幅空心板時老橋內力略小，但拼接縫處后者受力較大，對拼接縫設計要求更高，綜合考慮新橋設計建議采用1m普通空心板。

[1] 諶潤水，胡釗芳，帥長斌. 公路舊橋加固技術與實例. 北京：人民交通出版社，2002，249-301

[2] 白寶鴻，張玉娥. 后張法空心板梁端裂縫分析及控制措施[[J]. 橋梁建設，2003(4): 71-74

[3] 曹繼偉. 預應力混凝土空心板的優化設計[J]. 遼寧交通科技，2002，2

[4] 程玉，車龍蘭. 后張預應力寬幅空心板梁錨下局部承壓的有限元分析[J].西部探礦工程，2006，2

[5] 周臻，孟少平，劉釗. 寬幅空心板梁錨固端縱向抗裂的實用分析方法[J].工程力學，2008,4

[6] 高小妮. 拓寬后橋梁結構相互作用分析[D]. 長安大學碩士論文，2009，5

[7]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）

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

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1007-6344（2016）03-0279-02

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