新舊橋梁拓寬拼接力學行為研究

高士亮

（中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東濟寧 272000）

1 引言

隨著國民經濟的快速發展，交通擁堵問題日趨顯著。為緩解當前的交通壓力，城市道路及高速公路改擴建迎來了新的建設高潮。作為交通工程的咽喉，橋梁拓寬拼接是公路改擴建工程的關鍵。

在橋梁完成拓寬拼接后，其結構體系亦可能發生改變，進而影響受力特性[1-3]。于舊橋而言，橋梁拓寬拼接是否會產生不利影響是必須考慮的關鍵問題[4，5]。為此，國內外相關學者曾對新舊橋梁拓寬拼接后的受力與變形行為進行了研究，通過分析拓寬拼接后荷載的橫向分布系數發現，橋梁拓寬拼接能夠在一定程度上降低舊橋交通荷載產生的內力，進而提高承載力[6-9]。此外，橋梁拓寬拼接能夠增大新舊橋梁的整體剛度，減小變形幅值。然而，橋梁拓寬拼接是一個系統工程，影響因素較多。關于新舊橋梁拓寬拼接后的協同變形規律至今不夠明確，仍值得進一步探索。

本文以某山區橋梁的拓寬拼接工程為背景，基于有限元軟件Midas Civil 2019 建立數值模型，分別研究了2 種不同拼接方案下新舊橋梁結構的變形規律。

2 工程概況

該橋梁為跨溝兼顧排洪而設，結構形式為整體式橋梁，分左右2 幅。其中，左幅橋梁全長為370.04 m，設計高程為321.210～327.428 m，橋墩最高約33 m；右幅橋梁全長370.04 m，設計高程為321.210～325.768 m，橋墩最高約35 m。

橋梁平面位于直線上，縱斷面位于半徑為11 500 m 的豎曲線上，全橋左幅共3 聯：4×40 m+4×40 m+4×40 m，右幅共2 聯：4×40 m+4×40 m。上部結構采用預應力混凝土（后張法）T 梁，施工順序為先簡支后連續。

3 不同拓寬拼接方式下的新舊橋梁結構變形規律

在我國，梁式橋在高速公路中應用較多。在梁式橋的拓寬拼接過程中，用得最多的方法主要有2 種：新舊橋主梁不連接、新舊橋主梁剛接。

新舊橋不連接是指在新舊橋梁之間留1 條縱縫，即新舊橋梁的主梁和下部結構均不相連。此時，新舊橋梁完全獨立，各自受力，相互影響接近為零，可以有效地避免新橋收縮徐變和新舊橋基礎沉降差對拼寬橋梁結構力學行為的影響[10]。且此類拓寬方法施工相對簡單，成本較低，基本不會對舊橋結構產生損傷。新舊橋主梁剛接的連接方法是指將主梁翼緣通過植入鋼筋相連，同時，將接縫兩側主梁通過橫隔板進行連接的方法。采用該方法進行拓寬拼接的橋梁整體性較好，又可在一定程度上規避掉新舊橋基礎沉降差對橋梁結構力學行為的影響。

為比較不同拓寬拼接方法對新舊橋梁結構力學行為的影響，圖1 與圖2 分別給出移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構邊聯與中聯的變形大小，同時，圖3 和圖4 分別給出了移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構邊聯與中聯的彎矩圖。

圖1 移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構邊聯變形圖

圖2 移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構中聯變形圖

圖3 移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構邊聯彎矩圖

圖4 移動荷載作用下不同拓寬拼接方法對應的新舊橋梁結構中聯彎矩圖

通過對比分析2 種不同新舊T 梁連接方法下的橋梁變形圖，發現當上部結構完全剛接時變形較小，且結構最大彎矩和最大剪力亦較其他連接方法更小。由此可以推斷，隨著T 梁連接剛度的增大，新舊拼寬橋梁整體性更好，受力分配更加均勻，整體變形相對較小。然而，當上部結構完全剛接時，下部結構是否通過蓋梁來連接對舊橋的變形及內力影響較小，且蓋梁施工相對復雜，亦會在一定程度上增加成本，總體而言不夠經濟[11]。因此，綜合受力、變形和經濟效益，推薦采用上部結構完全剛接、下部結構斷開的新舊橋梁拼寬方式。

4 結語

本文以某橋梁的拓寬拼接工程為背景，采用數值方法較為系統地分析了2 種不同拓寬拼接方式下新舊橋梁結構的力學行為。基于研究結果，發現采用上部結構連接，下部結構斷開的方式進行拼寬時，新舊橋梁結構整體性較好，變形較為協調，受力較為均勻，故在橋梁拓寬設計中推薦采用此種方法進行拼接。