宽幅空心板桥扩建方案比选与性能研究

付佳佳

（江苏盐城工业职业技术学院 建筑工程学院 224005）

宽幅空心板桥扩建方案比选与性能研究

付佳佳

（江苏盐城工业职业技术学院 建筑工程学院 224005）

针对高速公路上宽幅空心板梁桥面临拓宽的现状，分析新桥采用不同截面形式与旧桥拼接后旧桥以及横向拼接缝受力，通过详细计算和反复比较来选择合适的新桥梁截面形式，为类似桥梁的改扩建提供参考。

扩建工程；宽幅空心板；横向拼接缝

近几年来交通事业高速发展，对现役公路桥梁的拓宽改建既是满足现代交通的需要，实际上也是对原有桥梁的一种加固改造。本文针对原桥为先简支后结构连续的宽幅空心板梁，当需要进行改建时，新桥可能采用的两种方案进行比选，从老桥以及拼接缝受力的角度出发，给出可行的方案，以供相关案例参考。

1 改拓建基本要求

桥梁拓宽设计前，应对旧桥现状进行全面调查，包括桥梁检测、荷载试验与分析计算，对旧桥的承载能力与可靠度做全面的评价。在对旧桥准确评估后，根据拓宽后的线路使用要求，确定拓宽设计标准，需要加固的桥梁应把加固与拓宽结合起来考虑[1]。

拓宽后目标是做到：①在承载力方面，要确保满足全桥结构安全工作；②在使用功能方面，要确保桥梁正常工作的需要，拓宽后希望增加老桥刚度，以满足结构使用功能要求。

2 桥梁结构

2.1 桥梁概况

本文以一座需要扩建的5×25m先简支后连续宽幅空心板梁桥为研究对象。扩建后桥面两侧各加宽7.0m。旧桥为预制主梁，横向各片梁架设后沿纵向将主梁内的普通钢筋在墩顶连续，并加强桥面板的钢筋。

2.2 旧桥现状分析

宽幅空心板优点表现在[2]：空心板越宽，混凝土和钢材用量越少，减少了下部结构承受的荷载。同时，由于板宽变大导致板块数量减少，提高了施工中安装、运输等工序的效率，大大节约了工程造价。

但在施工以及后期的运营中逐渐显露出宽幅空心板不足的一面，主要表现在[3]：

（1）采用扁锚体系，局部承压抗裂较难满足。程云[4]通过对宽幅空心板采用扁锚体系的有限元分析指出：采用扁锚、扁波纹管体系锚下局部应力大，局部承压抗裂较难满足。

（2）板厚度过薄导致抗裂能力不足，易出现纵向裂缝。周臻[5]等人对宽幅空心板进行了局部承压试验，试验梁在腹板与顶、底板的交界处产生大量纵向裂缝并最终破坏。

2.3 拼接方案设想

新旧桥横向拼接传力方式一般有刚接和铰接两种[6]，在参考国内外相关桥梁拓宽改建资料的基础上，经过研究分析，新旧桥间采取铰接连接方式。初步拟定新桥截面采用两种方案：新桥单板宽为1.5m和1m。需要注意的是旧桥边板悬臂较大，若直接与新桥拼接，旧桥悬臂根部受力较难保证，此处将旧桥拼接边梁悬臂切除1.25m后与新桥拼宽。新旧桥拼接部位也是按铰接进行模拟计算。

2.4 结构有限元模型

采用有限元软件MIDAS模拟，根据比较成熟的梁格法对宽幅空心板梁桥进行计算分析。控制截面的选取参见图1。旧桥的建模计算分别采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）[7]和新桥以及现浇拼接缝处均按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[8]来计算。

图1 计算模型控制截面划分示意图

3 旧桥受力分析

本节将综合讨论横向拼接后在收缩徐变作用、基础沉降作用、温度作用、汽车活载作用等因素综合作用下，旧桥主梁内力变化情况。

综合考虑施工时以及成桥后的各项影响因素，对多种作用效应采用最不利状态组合。对于最大正弯矩，往往都是跨中位置处的的正弯矩最大，这里有选择性的关注旧桥6、7号梁的跨中截面即2#、5#和7#截面；最大负弯矩主要关注中支点截面4#和6#截面。

按照老规范进行荷载组合，通过计算可以表明：

（1）与新桥采用1m普通空心板相比，新桥采用1.5m时6号主梁最大正弯矩较小，两者关键截面内力差异在2%以内；7号主梁最大正弯矩较大，采用不同的截面形式两者关键截面内力差异在6%以内。

（2）与新桥采用1m普通空心板相比，新桥采用1.5m时主梁最大负弯矩较小；6号梁中支点截面最大负弯矩是新桥1 m时相应截面的95%左右；7号梁的内力差值较大，是新桥1 m时相应截面的85%～86%左右。

结合新旧桥梁规范综合考虑了各项作用影响后，对比分别采用1m普通空心板和1.5m宽幅空心板截面的旧桥内力值可以知道，采用这两种截面的内力差别并不大，则在实际设计时仍需要综合多种因素考虑。

4 横向拼接缝受力分析

新旧桥拼接后，拼接缝传递荷载的能力也是设计人员很关注的部分。针对拼接缝的受力，这里依据上述计算模型，针对在汽车活载作用下拼接缝最不利的受力状态，主要关注在贴拼接缝布载时纵向单位长度截面的竖向剪力，具体数据如图2、图3所示。

图2 拼接缝竖向最大正剪力

图3 拼接缝竖向最大负剪力

从上面图表可以看出：在汽车活载作用下，中支点附近截面的最大正剪力和最大负剪力绝对值均较大；与新桥截面采用1m普通空心板相比，采用1.5m宽幅空心板时剪力值较大，两者跨中截面差值较小，边跨的中支点截面差值最大为40.55kN。这说明采用1.5m宽幅空心板时对拼接缝支点截面抗剪设计要求更高。

5 结论

本文通过建立空间有限元模型，进行了新桥选用不同截面形式梁桥拓宽的可行性分析，详细分析了拓宽后背景桥梁的主梁以及拼接缝内力。从各种作用综合来看，新桥采用宽幅空心板时老桥内力略小，但拼接缝处后者受力较大，对拼接缝设计要求更高，综合考虑新桥设计建议采用1m普通空心板。

[1] 谌润水，胡钊芳，帅长斌. 公路旧桥加固技术与实例. 北京：人民交通出版社，2002，249-301

[2] 白宝鸿，张玉娥. 后张法空心板梁端裂缝分析及控制措施[[J]. 桥梁建设，2003(4): 71-74

[3] 曹继伟. 预应力混凝土空心板的优化设计[J]. 辽宁交通科技，2002，2

[4] 程玉，车龙兰. 后张预应力宽幅空心板梁锚下局部承压的有限元分析[J].西部探矿工程，2006，2

[5] 周臻，孟少平，刘钊. 宽幅空心板梁锚固端纵向抗裂的实用分析方法[J].工程力学，2008,4

[6] 高小妮. 拓宽后桥梁结构相互作用分析[D]. 长安大学硕士论文，2009，5

[7]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）

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

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1007-6344（2016）03-0279-02

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