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　　摘要：近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，與日俱增的交通量給公路運(yùn)輸體系帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。目前，很多已建的公路橋梁受設(shè)計(jì)理念滯后、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低及建筑材料老化等因素的影響，其行車舒適性和安全性無(wú)法得到保證，而且橋梁的通行能力不足更是嚴(yán)重制約了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。改擴(kuò)建工程重難點(diǎn)是橋梁擴(kuò)寬，一般是通過(guò)加寬橋面或者新建橋梁的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)加寬原橋面的目的。橋梁擴(kuò)寬技術(shù)既可保證在施工中舊橋的正常使用，又可節(jié)省工程預(yù)算，但新橋基礎(chǔ)不均勻沉降，對(duì)新建擴(kuò)寬橋的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，尤其對(duì)擴(kuò)寬連接結(jié)構(gòu)的影響更為明顯。本文對(duì)高速公路擴(kuò)寬橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：橋梁截面形式;擴(kuò)寬;空心板;T梁

　　1導(dǎo)言

　　高速公路擴(kuò)寬橋梁即在舊橋兩側(cè)或一側(cè)進(jìn)行加寬，涉及到新舊部分的拼接問(wèn)題。實(shí)踐證明，采用適當(dāng)?shù)钠唇哟胧?，能有效地解決舊橋承載和通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。但在新舊橋的拼接改造工程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如連接面產(chǎn)生裂縫等各種問(wèn)題，從而影響擴(kuò)寬橋梁的正常使用。因此，為了確保新舊橋擴(kuò)寬方法的合理有效，需對(duì)橋梁擴(kuò)寬方法進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

　　2擴(kuò)寬橋梁拼接概述

　　2.1橫向連接方式

　　新、舊橋梁之間的橫向連接方式是保證橋梁擴(kuò)寬質(zhì)量的主要因素，目前使用的擴(kuò)寬方法主要有三種。

　　2.1.1上下部結(jié)構(gòu)均不連接

　　擴(kuò)寬橋梁的上下部結(jié)構(gòu)均不與舊橋相連，僅在新、舊橋之間預(yù)留工作縫，新、舊橋結(jié)構(gòu)之間受力明確、互不影響，從而避免了地基不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，降低了拼接部位的施工難度。

　　2.1.2上下部結(jié)構(gòu)均連接

　　橋梁上下部結(jié)構(gòu)均連接是在新、舊主梁之間通過(guò)植筋，澆筑橫隔梁等將兩者連接成整體，下部結(jié)構(gòu)采用植筋、設(shè)置角鋼連接等。這種連接方式將新、舊橋之間形成整體，共同受力，不足之處是擴(kuò)寬橋梁基礎(chǔ)沉降大于舊橋基礎(chǔ)沉降，產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，上、下部結(jié)構(gòu)連接處可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，影響橋梁的使用功能，并且采用植筋方式，其施工技術(shù)復(fù)雜，步驟繁多，導(dǎo)致設(shè)計(jì)施工的難度和成本提高。

　　2.1.3上部結(jié)構(gòu)互連、下部結(jié)構(gòu)不連

　　新、舊橋上部結(jié)構(gòu)之間連接，下部結(jié)構(gòu)之間不連接，新橋與舊橋上部結(jié)構(gòu)連接形成整體，有利于上部結(jié)構(gòu)的整體受力、行車平穩(wěn)舒適，下部結(jié)構(gòu)各自受力，內(nèi)力互不影響，從而減小新、舊橋之間由于基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的附加內(nèi)力，施工工藝簡(jiǎn)便，綜合考慮了上述兩種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，是目前應(yīng)用較多的一種橋梁擴(kuò)寬方式。

　　2.2上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)寬

　　2.2.1空心板橋

　　該類橋梁主要有預(yù)應(yīng)力和鋼筋混凝土兩類，包含10、16、20m三種常用跨徑，截面形式通常與舊橋一致。擴(kuò)寬時(shí)，應(yīng)先對(duì)舊橋邊板翼緣進(jìn)行切除，再利用植筋技術(shù)進(jìn)行新、舊橋拼接，按照鉸接形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。如端部設(shè)置橫隔梁，結(jié)構(gòu)計(jì)算形式視為剛接。

　　2.2.2 T梁橋

　　T梁橋易受到環(huán)境的腐蝕，尤其是邊梁，擴(kuò)寬時(shí)可以把邊梁翼板切除后，與新橋T梁的肋板進(jìn)行拼接，但舊橋的邊梁受力狀態(tài)會(huì)發(fā)生較大變化。擴(kuò)寬T梁橋除了在拼接部位兩端加設(shè)橫隔梁外，還可在擴(kuò)寬部分1/4跨徑及跨中位置設(shè)置橫隔梁。

　　2.2.3不同梁截面連接

　　橋梁擴(kuò)寬時(shí)，如選用剛度較大的截面就可以增加橋梁的整體剛度，從而降低了舊橋所承擔(dān)的荷載。在T梁(舊橋)+空心板(擴(kuò)寬橋)截面組合中，所用空心板梁截面的橫向剛度較大，通過(guò)用鋼板將橫隔梁進(jìn)行錨固連接以后，新橋結(jié)構(gòu)的整體橫向剛度將大大提高，橋梁的承載能力也隨之提升。

　　3橋梁加寬原則

　　作為高速公路線路的組成部分，橋梁加寬需和高速公路線路加寬保持一致，同時(shí)還需符合以下原則：工程造價(jià)，控制工程規(guī)模(基本原則);維持原有構(gòu)造物功能，對(duì)交通的影響應(yīng)降到最小;上部結(jié)構(gòu)采用同跨徑、同結(jié)構(gòu)梁、板進(jìn)行拼接，下部結(jié)構(gòu)也應(yīng)與老橋相似;新舊橋拼接后，需保證受力協(xié)調(diào)一致，橋梁拼接遵循“上連下不連”的原則，保證上部結(jié)構(gòu)共同參與受力，避免下部結(jié)構(gòu)剛性連接對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響。

　　4高速公路擴(kuò)寬橋梁設(shè)計(jì)

　　以某高速公路的空心板橋以及T梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和工程地質(zhì)條件，為避免新舊橋梁產(chǎn)生較大沉降差，新舊橋之間常采用“上連下不連”的拼寬方式，新建部分橋梁下部宜采用樁基礎(chǔ)，因此該橋梁選取了連接上部結(jié)構(gòu)，分離下部構(gòu)造的拼接方案，橋梁墩臺(tái)擴(kuò)寬尺寸與舊橋墩臺(tái)保持一致?？招陌鍢?yàn)楹?jiǎn)支梁橋，在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)寬13#-15#主梁，并通過(guò)鉸縫進(jìn)行連接。T梁為簡(jiǎn)支T梁橋，在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)寬6#-7#主梁，并通過(guò)橫隔梁進(jìn)行連接。

　　4.1加寬前后的橫向分布系數(shù)

　　4.1.1空心板橋

　　主梁混凝土等級(jí)為C50，原橋的抗彎慣性矩以I表示，擴(kuò)寬梁的抗彎慣性矩為0.8I～2I，其中I為0.046m4。荷載的橫向傳遞規(guī)律通過(guò)鉸接板法進(jìn)行分析，可得出各梁的荷載分配方式，直觀反映出梁體所受荷載跟不同抗彎慣性矩的關(guān)系。在12#梁軸線位置施加單位荷載，分析不同擴(kuò)寬剛度的主梁荷載分布情況。

　　4.1.2 T梁橋

　　T梁橋的抗彎慣性矩為0.0782m4。擴(kuò)寬橋梁采用的抗彎慣性矩為0.5～1.5I，對(duì)其荷載橫向傳遞規(guī)律采取偏心壓力法進(jìn)行分析，在5#梁軸線處施加單位荷載。可看出，與擴(kuò)寬前相比，擴(kuò)寬后的橋梁橫向分布系數(shù)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，既橋梁擴(kuò)寬部分替舊橋分擔(dān)了部分荷載而使舊橋所承受荷載降低，與實(shí)際狀況相符。對(duì)比橫向分布系數(shù)在不同剛度比之下的情況可知，剛度比取0.7，曲線的平緩處在5#～6#的位置，表明擴(kuò)寬后橋梁結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。和空心板相比具有較大差異，因此可知，剛度比對(duì)橋梁荷載分布情況的影響與橋梁截面形式有關(guān)。

　　4.2新、舊鉸縫的剪力和剪應(yīng)力

　　4.2.1空心板梁橋

　　隨著剛度比的變化，鉸縫處的剪應(yīng)力也相應(yīng)的發(fā)生變化，在1.0的剛度比時(shí)，鉸縫存在最小的剪應(yīng)力，而當(dāng)剛度比在1.0以下或以上時(shí)，剪應(yīng)力均表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。因此可得結(jié)論：在相同的剛度之下，擴(kuò)寬后的空心板梁具有較好的整體性，新、舊橋梁具有較一致的變形，且具有最小的剪應(yīng)力和變形差值，此時(shí)的鉸縫具有較為合理的受力。當(dāng)剛度比較大或者較小時(shí)均會(huì)在鉸縫處產(chǎn)生較大的剪力，使鉸縫處的安全性降低。

　　4.2.2 T梁橋

　　同空心板，T梁橋選取最不利截面，即跨中截面作為研究對(duì)象，并通過(guò)ANSYS有限元軟件進(jìn)行建模分析結(jié)果得出，T梁橋和空心板具有一致的結(jié)論。

　　5擴(kuò)寬后橋梁靜載試驗(yàn)

　　5.1試驗(yàn)方案

　　5.1.1控制截面

　　選取跨中正彎矩位置處作為控制截面。

　　5.1.2加載車

　　加載車的數(shù)量按照等效彎矩原則進(jìn)行確定，最終方案采用四輛350kN的大型車輛。

　　5.1.3試驗(yàn)加載布置

　　工況一采取四輛車對(duì)稱加載的方式，給以控制截面最大正彎矩，試驗(yàn)分為2級(jí)加載以及1級(jí)卸載。加載分級(jí)為I-0對(duì)應(yīng)的加載車為0;I-1對(duì)應(yīng)的加載車為C3+C4;I-2對(duì)應(yīng)的加載車為C1+C2+C3+C4;I-3對(duì)應(yīng)的加載車輛為0。工況二采取四輛車偏心加載的方式，給以控制截面最大正彎矩。工況二加載分級(jí)同工況一。

　　5.2試驗(yàn)結(jié)果

　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，工況一和工況二各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變均為實(shí)際小于理論值，因此滿足要求。工況一和工況二測(cè)點(diǎn)的撓度值均符合實(shí)測(cè)小于理論值的要求，表明橋梁剛度符合要求。

　　相關(guān)知識(shí)推薦：評(píng)路橋工程師需要發(fā)表在哪個(gè)雜志上

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　(1)通過(guò)對(duì)新、舊橋的三種橫向連接方式進(jìn)行綜合比較，高速公路擴(kuò)寬橋梁優(yōu)先推薦“上部結(jié)構(gòu)互連、下部結(jié)構(gòu)不連”的連接方式。

　　(2)對(duì)比空心板和T梁板的橫向分布系數(shù)，建議控制新、舊橋梁的新舊比處于0.7～1.2，當(dāng)新舊梁體的抗彎剛度較接近時(shí)，鉸縫處的剪應(yīng)力和變形差值較小，此時(shí)的橋梁具有較好的整體性。

　　(3)通過(guò)對(duì)橋梁擴(kuò)寬后的力學(xué)性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明擴(kuò)寬后的橋梁性能符合要求。——論文作者：柯鐵軍