發(fā)布時間：2020-10-22所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟快速增長，與日俱增的交通量給公路運輸體系帶來了較大的挑戰(zhàn)。目前，很多已建的公路橋梁受設(shè)計理念滯后、設(shè)計標準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法得到保證，而且橋梁的通行能力不足更是嚴重制約了我國社
摘要：近些年，隨著我國經(jīng)濟快速增長，與日俱增的交通量給公路運輸體系帶來了較大的挑戰(zhàn)。目前，很多已建的公路橋梁受設(shè)計理念滯后、設(shè)計標準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法得到保證，而且橋梁的通行能力不足更是嚴重制約了我國社會經(jīng)濟發(fā)展。改擴建工程重難點是橋梁擴寬，一般是通過加寬橋面或者新建橋梁的方式來實現(xiàn)加寬原橋面的目的。橋梁擴寬技術(shù)既可保證在施工中舊橋的正常使用，又可節(jié)省工程預算，但新橋基礎(chǔ)不均勻沉降，對新建擴寬橋的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，尤其對擴寬連接結(jié)構(gòu)的影響更為明顯。本文對高速公路擴寬橋梁設(shè)計進行了分析。
關(guān)鍵詞：橋梁截面形式;擴寬;空心板;T梁
1導言
高速公路擴寬橋梁即在舊橋兩側(cè)或一側(cè)進行加寬，涉及到新舊部分的拼接問題。實踐證明，采用適當?shù)钠唇哟胧苡行У亟鉀Q舊橋承載和通行能力，延長橋梁的使用壽命。但在新舊橋的拼接改造工程中，經(jīng)常會出現(xiàn)如連接面產(chǎn)生裂縫等各種問題，從而影響擴寬橋梁的正常使用。因此，為了確保新舊橋擴寬方法的合理有效，需對橋梁擴寬方法進行設(shè)計研究。
2擴寬橋梁拼接概述
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寬質(zhì)量的主要因素，目前使用的擴寬方法主要有三種。
2.1.1上下部結(jié)構(gòu)均不連接
擴寬橋梁的上下部結(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)復雜，步驟繁多，導致設(shè)計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，施工工藝簡便，綜合考慮了上述兩種連接方式的優(yōu)缺點，是目前應(yīng)用較多的一種橋梁擴寬方式。
2.2上部結(jié)構(gòu)擴寬
2.2.1空心板橋
該類橋梁主要有預應(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。擴寬時，應(yīng)先對舊橋邊板翼緣進行切除，再利用植筋技術(shù)進行新、舊橋拼接，按照鉸接形式進行結(jié)構(gòu)計算。如端部設(shè)置橫隔梁，結(jié)構(gòu)計算形式視為剛接。
2.2.2 T梁橋
T梁橋易受到環(huán)境的腐蝕，尤其是邊梁，擴寬時可以把邊梁翼板切除后，與新橋T梁的肋板進行拼接，但舊橋的邊梁受力狀態(tài)會發(fā)生較大變化。擴寬T梁橋除了在拼接部位兩端加設(shè)橫隔梁外，還可在擴寬部分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
橋梁擴寬時，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的荷載。在T梁(舊橋)+空心板(擴寬橋)截面組合中，所用空心板梁截面的橫向剛度較大，通過用鋼板將橫隔梁進行錨固連接以后，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，同時還需符合以下原則：工程造價，控制工程規(guī)模(基本原則);維持原有構(gòu)造物功能，對交通的影響應(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)剛性連接對橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響。
4高速公路擴寬橋梁設(shè)計
以某高速公路的空心板橋以及T梁橋為研究對象。根據(jù)項目特點和工程地質(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，橋梁墩臺擴寬尺寸與舊橋墩臺保持一致。空心板橋為簡支梁橋，在原有基礎(chǔ)上擴寬13#-15#主梁，并通過鉸縫進行連接。T梁為簡支T梁橋，在原有基礎(chǔ)上擴寬6#-7#主梁，并通過橫隔梁進行連接。
4.1加寬前后的橫向分布系數(shù)
4.1.1空心板橋
主梁混凝土等級為C50，原橋的抗彎慣性矩以I表示，擴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)律通過鉸接板法進行分析，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。擴寬橋梁采用的抗彎慣性矩為0.5～1.5I，對其荷載橫向傳遞規(guī)律采取偏心壓力法進行分析，在5#梁軸線處施加單位荷載。可看出，與擴寬前相比，擴寬后的橋梁橫向分布系數(shù)出現(xiàn)下降的趨勢，既橋梁擴寬部分替舊橋分擔了部分荷載而使舊橋所承受荷載降低，與實際狀況相符。對比橫向分布系數(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，鉸縫存在最小的剪應(yīng)力，而當剛度比在1.0以下或以上時，剪應(yīng)力均表現(xiàn)出上升的趨勢。因此可得結(jié)論：在相同的剛度之下，擴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，此時的鉸縫具有較為合理的受力。當剛度比較大或者較小時均會在鉸縫處產(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象，并通過ANSYS有限元軟件進行建模分析結(jié)果得出，T梁橋和空心板具有一致的結(jié)論。
5擴寬后橋梁靜載試驗
5.1試驗方案
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行確定，最終方案采用四輛350kN的大型車輛。
5.1.3試驗加載布置
工況一采取四輛車對稱加載的方式，給以控制截面最大正彎矩，試驗分為2級加載以及1級卸載。加載分級為I-0對應(yīng)的加載車為0;I-1對應(yīng)的加載車為C3+C4;I-2對應(yīng)的加載車為C1+C2+C3+C4;I-3對應(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。工況二加載分級同工況一。
5.2試驗結(jié)果
從試驗數(shù)據(jù)可知，工況一和工況二各個測點的應(yīng)變均為實際小于理論值，因此滿足要求。工況一和工況二測點的撓度值均符合實測小于理論值的要求，表明橋梁剛度符合要求。
相關(guān)知識推薦：評路橋工程師需要發(fā)表在哪個雜志上
6結(jié)束語
(1)通過對新、舊橋的三種橫向連接方式進行綜合比較，高速公路擴寬橋梁優(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，當新舊梁體的抗彎剛度較接近時，鉸縫處的剪應(yīng)力和變形差值較小，此時的橋梁具有較好的整體性。
(3)通過對橋梁擴寬后的力學性能進行分析，結(jié)果表明擴寬后的橋梁性能符合要求。——論文作者：柯鐵軍
