某分離式立交橋承載能力驗(yàn)算分析

張 楠

（洛陽市信昌道橋工程有限責(zé)任公司， 河南 洛陽 471000）

1 工程概況

某分離式立交橋梁上部構(gòu)造為20+2×25+20m 連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩為獨(dú)柱式，橋臺為雙柱式，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽車—超20 級，掛車—120 級。橋臺支座每個(gè)箱梁下分別采用兩個(gè)GPZ（KZ）3SX 支座；1、3 號橋墩的支座均采用GPZ（KZ）9DX 支座；2 號墩采用GPZ（KZ）9GD 球形支座。該橋地處交通要道，通行的重載車輛數(shù)量很多，為判斷該橋上部結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求及當(dāng)前荷載要求，故對其進(jìn)行承重能力驗(yàn)算分析。

2 橋梁技術(shù)狀況及驗(yàn)算內(nèi)容

該橋技術(shù)狀況評定為三類，主要病害為：橋面鋪裝多處嚴(yán)重破損、坑槽、部分形成縱向破損帶；伸縮縫內(nèi)垃圾堵塞，錨固區(qū)混凝土外側(cè)形成坑槽，伸縮縫處較嚴(yán)重跳車；護(hù)欄局部豎向裂縫，4 處防拋網(wǎng)受撞擊變形、個(gè)別失去功效；橋面垃圾泥土較多，泄水孔部分泥土堵塞，多個(gè)泄水管缺失；橋面缺少應(yīng)有標(biāo)志。上部結(jié)構(gòu)墩頂均有兩側(cè)護(hù)欄底座裂縫延至梁體翼緣，部分跨梁底涂層脫落、梁底有收縮裂縫。同時(shí)該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)，結(jié)果如下：各控制截面位移主要測點(diǎn)的實(shí)測位移值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，主要測點(diǎn)的位移校驗(yàn)系數(shù)基本介于0.5～0.8 之間，主要測點(diǎn)的相對殘余變形均小于《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中的規(guī)定限值20%，試驗(yàn)橋跨剛度滿足設(shè)計(jì)荷載汽-超20 級荷載要求；從偏載作用下各工況位移的實(shí)測偏載系數(shù)來看，位移偏載系數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.15。同時(shí)該橋理論計(jì)算固有頻率值為4.51 Hz，實(shí)測橋梁結(jié)構(gòu)一階豎彎固有頻率6.30Hz，實(shí)測值大于理論計(jì)算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)的整體實(shí)際剛度大于理論剛度，目前該橋主要受力構(gòu)件沒有出現(xiàn)較大損傷或破壞，橋梁總體剛度較好。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004），對公路橋涵應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算，主要包括正截面抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算和斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。

3 驗(yàn)算模型

模型采用的參數(shù)如下：50 號混凝土：現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；現(xiàn)澆橋面鋪裝防水混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用1×7 股，高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，公稱直徑Φs＝15.2mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa。OVM15-19 型張拉控制力為3710.7kN，OVM15-13 型張拉控制力為2538.9kN，張拉采用雙控。普通鋼筋：采用R235、HRB335、HRB400 鋼筋。橋面鋪裝：采用30 號級防水混凝土。采用結(jié)構(gòu)軟件“Midas Civil”對該橋進(jìn)行驗(yàn)算，建立橋梁上部結(jié)構(gòu)模型如圖3.1 所示。模型共劃分44 個(gè)單元（49 個(gè)節(jié)點(diǎn)）。

圖3.1 有限元模型

4 驗(yàn)算結(jié)果

4.1 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

基本組合下橋梁最大彎矩及其對應(yīng)的抗力變化，由圖4.1 可見，承載能力極限狀態(tài)下橋梁的正截面抗彎強(qiáng)度滿足要求。基本組合下橋梁最大剪力及其對應(yīng)的抗力變化，如圖4.2 所示承載能力極限狀態(tài)下橋梁斜截面抗剪滿足要求。

圖4.1 彎矩及其抗力對應(yīng)圖（kN·m）

圖4.2 剪力及其抗力對應(yīng)圖（kN）

4.2 正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗(yàn)算

（1）正截面抗裂驗(yàn)算

短期效應(yīng)與長期效應(yīng)組合下橋梁正截面拉應(yīng)力變化，如圖4.3 所示。

圖4.3 短期（長期）效應(yīng)組合下拉應(yīng)力（MPa）

（2）斜截面抗裂驗(yàn)算

短期效應(yīng)組合下橋梁斜截面主拉應(yīng)力變化，如圖4.4 所示

圖4.4 短期效應(yīng)組合下主拉應(yīng)力（MPa）

由圖4.3 和圖4.4 可見，本橋2 號墩附近單元的抗裂驗(yàn)算不滿足要求。

5 結(jié)論

因該橋1#墩、2#墩、3#墩為獨(dú)柱墩，從偏載作用下各工況位移、應(yīng)變的實(shí)測偏載系數(shù)來看，位移、應(yīng)變偏載系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.15。因此建議在該橋增加標(biāo)志或設(shè)施，禁止車輛沿護(hù)欄邊緣行駛，禁止超載車輛通行。在汽車超-20 級荷載正常使用極限狀態(tài)下，2 號墩附近單元抗裂驗(yàn)算超出規(guī)范限值，不滿足要求；結(jié)合外觀檢查情況，建議對該斷面粘貼附加物或施加體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固。驗(yàn)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際通行情況，建議盡快對本橋鋪裝層和橋兩端破損的路面重筑。同時(shí)采取有效的限載限行措施，禁止超過設(shè)計(jì)荷載等級的超載車輛通行，禁止車輛沿護(hù)欄邊緣行駛或者對獨(dú)柱墩抗傾覆能力進(jìn)行加固改造。