宽幅空心板梁桥拓宽部位受力性能和配筋设计研究

付佳佳 高莉莉 巩牧华（江苏盐城工业职业技术学院 建筑工程学院 224005）

宽幅空心板梁桥拓宽部位受力性能和配筋设计研究

付佳佳 高莉莉 巩牧华
（江苏盐城工业职业技术学院 建筑工程学院 224005）

桥梁拓宽扩建后，新旧桥横向拼接处除受到结构自重、二期恒载作用外，基础差异沉降、收缩徐变差异等都将对其产生附加力。该文以一座宽幅空心板梁桥为例，分析了收缩徐变差异、基础沉降差异对拼接部位的内力影响，同时针对横向拼接部位受力提出可行的配筋设计建议，为类似桥梁的扩建提供参考。

横向拼接缝；容许沉降量；配筋设计

近年来，社会对现有道路的通行能力不断提出新的要求，同时宽幅空心板梁在高速线路上也广泛使用。宽幅空心板结构拼宽后受新旧结构收缩徐变差异、不均匀沉降差影响及其拼接缝构造以及配筋设计都没有详细的论述，因此有必要对宽幅空心板拼接设计的相关内容进行专项研究，为类似工程的设计与施工提供依据和技术支持。

1 桥梁结构

1.1 桥梁概况

本文以某公路扩建工程中一座需扩建的5×20m简支转连续宽幅空心板梁桥为研究对象，扩建后两侧各加宽7.0m。

1.2 有限元模型

采用专业有限元软件MIDAS，本文计算拼接缝受力按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) [1]提供的计算公式和图表计算。

2 影响因素

2.1 收缩徐变效应

对于不是同时浇注成型的混凝土结构来说，其收缩徐变的变形值是有差异的[2]。对于拓宽桥梁，新老混凝土粘结在一起时，新混凝土的收缩徐变比老混凝土大得多，老混凝土会对新混凝土的收缩徐变产生约束，从而引起新旧梁中的混凝土应力重分布，使新混凝土中产生纵向拉应力[3-4]，当拉应力大于新混凝土自身的抗拉强度或新老混凝土的粘结强度时，裂缝就不可避免的产生了。在现有旧桥的横向拓宽改造过程中，收缩徐变对新旧混凝土连接面的作用效应需要进行分析。

本节沿拼接缝纵向选取半结构，为了研究延长拼接时间对拼接缝受力的影响，按照两种工况建立模型：（1）新梁建成后放置1个月新旧梁拼接，拼接后全桥工作三年；（2）新梁建成后放置6个月再新旧梁拼接，而后全桥工作三年。

计算可得： 对于拼接部位，拼接缝受到纵向剪切作用在边支点截面附近即受到的纵向剪力最大，最大值为-491.08kN，中跨部分纵向剪力较小，均在100 kN以内；新桥建成后放置6个月，剪力减幅在21%～33%之间，这里建议将新桥存放6个月再进行拼接。

2.2 容许沉降量

在软土地基中修建拓宽桥梁，新旧桥的沉降差将在拼接缝产生不容忽视的内力，沉降差可导致部分支座脱空，甚至造成支座破坏[5]。这里分别考虑新拓宽部分发生沉降5mm、10mm和15mm时进行分析，从而定性的给出较为合理的容许沉降量。

截面1-1为拼接缝贴旧桥侧截面，2-2截面为横向拼接缝中部截面，3-3截面为贴新桥侧截面。计算可得：同一级沉降差，在综合作用下拼接缝1-1、2-2、3-3截面的顶缘和底缘的最大正应力差别不大，大体表现为拉应力，最值出现的位置有所不同；针对顶缘应力，1-1截面即与旧桥相接的截面拉应力最大，从1-1截面到3-3截面拉应力逐渐减小。当新旧桥基础沉降差为5mm时，拼接缝上缘最大拉应力为1.63MPa，小于混凝土允许拉应力1.855MPa，当沉降增大为10mm和15mm时，最大拉应力超过C50混凝土的抗拉限值；从底缘应力可以看出3-3截面即与新桥相贴的截面底缘拉应力最大，这和实际情况中新桥基础沉降从而带动支点截面下沉，在中支点截面的底缘拉应力较大是相符的，且随着沉降的增大，拉应力也逐渐增大超过混凝土拉应力限值；

综上所述，将沉降差保持在5mm范围内是一个安全的取值，可以保证上部结构拼接后结合部能承受综合作用下的附加力。

3 拼接缝配筋设计

3.1 混凝土的抗剪性能强度分析

早期的Bresler和Pister[6]采用圆筒形试件在万能试验机上加扭转荷载，以研究混凝土的抗剪强度，得出的试验结果是混凝土的抗剪强度和抗压强度之比为0.056-0.091。

3.2 拼接缝截面配筋设计

3.2.1 拼接缝内截面配筋设计

表1 拼接缝内截面配筋量

新旧桥横向拼接时，分别从《公路圬工桥涵设计规范》[7]、ACI318M-05规范[8]设计计算这两个方面入手，具体见表1。

结合以上几种设计方案，最终建议配置10根Ø14的R235钢筋，截面上下部各安置5根，钢筋间距为200mm，具体布置如图1。

图1 拼接缝单宽截面配筋示意图

图2拼接缝端截面配筋示意图

3.2.2 拼接缝端截面配筋设计

综上所述，拼接缝两端截面偏安全的采用HRB335的钢筋2741.522mm ，可以选用8根Ø22钢筋，顶底缘各4根，钢筋间距取300mm，具体配筋如图2。3.3小结从

上面分析可以看出，按照中间截面配筋时，铰接时需要配筋11342

mm，拼接缝端截面需要配筋2741.522mm，后者是前者的2.4倍，可以看出端截面对配筋要求更高。

本文建议采用美国规范的摩擦抗剪设计和普通的钢筋混凝土板中的较大值进行设计配筋。

4 结论

（1）新桥建成后放置6个月，对拼接缝各截面的收缩徐变作用影响较大，这里建议将新桥存放6个月再进行拼接。

（2）从拼接缝应力结果来看，将沉降差控制在5mm以内是比较合理且偏于安全的。

（3）本文提出几种配筋建议，最终建议按照摩擦抗剪进行设计或者按照抗弯构件配筋设计计算中的较大值作为最终的配筋设计方案。

[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62- 2004）

[2]林波. 混凝土收缩徐变及其效应的计算分析和试验研究[D]. 江苏：东南大学，2006

[3]Kovler K. Interdependence of creep and shrinkage for concrete under tension [J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 1995，7（2）：96-100

U45

B

1007-6344（2016）04-0036-01