基于現有高速拼寬項目的裝配式T梁受力分析

盧濤，馬朝輝，佘明星，劉敏

（保利長大工程有限公司，廣州 510000）

1 引言

伴隨著經濟的飛速發展隨之而來的是更大的交通需求[1-3]。尤其對于建成通車較早且大多占據交通要道的少車道高速公路，目前已大量出現車流瓶頸效應，時常出現交通通行緩慢甚至嚴重擁堵等情況[4]。因此，此類高速公路的改擴建工作十分必要。

橋梁改擴建部分原則上應保持與原橋結構相同的結構形式和跨徑，同時應加強新舊橋梁橫向聯系以確保其結合部在外部荷載作用下產生的撓度差較小。橋梁改擴建的橫向連接一般有4 種方式：（1）上部構造與下部構造均不連接；（2）上部構造與下部構造均連接；（3）上部構造連接，下部構造不連接；（4）上下部結構分離建造。第三種方式在不干擾新舊橋下部構造內力影響的同時，可采用增加樁長、預壓新建結構、延遲接縫澆筑時間、增大連接部位配筋等辦法解決上部結構附加內力變化等問題。其綜合了剩余兩種方式的優缺點，目前已在國內外多個改擴建工程中運用。

本文依托深圳至岑溪高速公路中山新隆至江門龍灣段改擴建工程橋梁拓寬項目，采用有限元軟件分析法分別對30 m以及40 m 標準跨徑的裝配式T 梁改擴建橋梁進行受力分析，對比分析擴建前后的橋梁實際承載性能及其變化規律，為工程實際提供指導意見。

2 工程概況

深圳至岑溪高速公路中山新隆至江門龍灣段改擴建工程（以下簡稱“中江工程”）包含原廣東省中山新隆至江門高速公路和原江鶴高速公路二期工程兩部分。初步設計階段路線總長40.047 km，橋梁合計長度17 589.4 m/50 座，其中特大橋長9 329.1 m/4 座，大橋長7 135.4 m/19 座，中橋長900 m/14 座，小橋長225 m/13 座，橋梁長度為路線總長度的43.92%。

高速公路橋梁采用上下行分離設計，上部結構以預應力簡支空心板、T 梁為主，全線采取雙向四車道高速公路標準設計，設計速度120 km/h，路基寬度28 m，除個別路段采用分離式加寬外，基本采用在舊路兩側拼接加寬的擴建方案。上部維修加固后與新橋上部拼接，下部分離新建。根據不同的上下部結構形式，結合梁板拼接、布置，采用不同的橋面寬度進行拼接加寬。

3 依托項目T梁橋拼寬方案說明

“中江工程”主線T 梁橋一般為同跨徑、同截面形式，因此在設計加寬方案時，可采取僅連接上部結構、不連接下部結構的辦法。依據現場情況初步設計了4 個方案（見表1）。

表1 加固方案說明

針對目前項目實際進行綜合比較，應按照方案一進行。

4 結構分析與驗算

4.1 依托項目的主要截面形式

針對現有項目中30 m、40 m 標準跨徑裝配式T 梁拓寬橋（截面形式如圖1 所示），運用橋梁博士等有限元軟件，根據JTG/T L11—2014《高速公路改擴建設計細則》，對既有橋梁與新建后橋梁拼接后橋梁板進行整體受力驗算，評價正常使用極限狀態時采用JTJ 021—1989《公路橋涵設計通用規范》（以下簡稱 “89 通規”），評價承載能力極限狀態時采用現行JTG D60—2015《公路橋涵設計通用規范》（以下簡稱“15 通規”）荷載等級進行驗算。

圖1 依托高速拓寬項目30 m、40 m標準跨徑T梁截面形式

截面相關配筋參數如表2 所示。

表2 30 m、40 m預應力混凝土T梁參數一覽表

橋梁拼寬斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 T梁拼寬斷面示意圖

4.2 橫向分布系數計算結果

使用橋梁博士有限元軟件，按照剛接板梁法對30 m、40 m跨徑T 梁拼寬前后進行橫向分布系數計算，計算結果匯總如圖3 所示。

圖3 不同跨徑拓寬前后橫向分布系數比較

圖3 可以表明：橋梁拼寬后，橫向分布系數均有所減小，尤其在拼接帶處原外邊梁拼接成為中梁后，橫向分布系數減小較為明顯，而在中分帶處邊梁、次邊梁橫向分布系數變化不大。此外，拼寬后舊橋的橫向分布系數變小，承擔活載比例變小。

4.3 拼寬后橋梁結構截面驗算

按照“15 通規”規定，上部結構的計算荷載組合工況設置如表3 所示。

表3 工況設置說明

針對“中江工程”中30 m、40 m 標準跨徑裝配式T 梁拓寬橋（截面形式如圖2 所示），對既有橋梁與新建后橋梁拼接后橋梁板進行整體受力驗算，拼寬后T 梁仍然按照整體化層10 cm，計入6 cm 參與受力，護欄重量按原設計的混凝土護欄計算。評價正常使用極限狀態時采用“89 通規”，評價承載能力極限狀態時采用“15 通規”進行驗算。拼寬后舊橋T 梁驗算結果如表4 所示。

表4 拼寬后舊橋T梁驗算結果匯總

按照“15 通規”對依托工程的30 m T 梁橋——分流涌大橋和40 m T 梁橋——港口大橋驗算抗彎評估系數K1、抗剪評估系數K2，如表5 所示。

表5 依托工程的實橋抗彎、抗剪評估系數計算

進而驗算拼寬后橋梁結構的效應值與結構抗力。計算結果如表6 所示。

表6 拼寬后舊橋T梁抗彎、抗剪狀態驗算

經計算對比，拼接后橫向分布系數變小，40 m 舊橋邊梁抗彎承載力欠缺約為3.8%，30 m 舊橋邊梁抗彎承載力欠缺約為1.7%，30 m 舊橋邊梁抗剪承載力欠缺約為4.8%，欠缺較少，經加固后可繼續利用；其余滿足“15 通規”承載能力要求。

5 結語

本文以某高速橋梁拓寬項目為例，分別對30 m、40 m T梁橋拓寬前后的承載能力進行了驗算，研究了兩種標準跨徑T 梁橋拓寬前后的承載能力變化規律。得出如下結論。

1）從荷載橫向分布系數變化規律可知，拓寬后橋梁各主梁的橫向分布系數均明顯低于拓寬前舊橋各梁的橫向分布系數，表明拓寬前后承擔活載比例變小。

2）拼接后的承載能力極限狀態驗算結果表明，不同跨徑T 梁拓寬后，中板的抗彎與抗剪能力富余量較大，邊板的抗彎與抗剪能力富余量降低，表明舊橋拓寬對于舊橋中梁受力的貢獻最大，而對邊梁較小。

3）舊橋拓寬后，40 m T 梁的抗剪能力富余量變化較大，而30 m T 梁抗剪能力變化不大，表明跨徑越大的T 梁拓寬后，結構抗剪能力增加值越多。因此在對T 梁橋進行拓寬時，應更多考慮較小跨徑橋梁的邊梁抗彎及抗剪承載能力滿足現行規范承載能力要求。

4）拓寬后30 m、40 m T 梁抗彎及抗剪承載能力欠缺值皆不超過5%，欠缺較少，經加固后可繼續利用。