农村公路T梁加宽设计分析方法

羊金贤

(海南路桥工程有限公司 三亚 572000)

在农村公路的路网建设中，很多情况下地方乡镇没有足够的资金进行乡村公路的建设，农村公路拼宽既能解决农村公路窄、弯、险的安全隐患，又能节省投入资金，成为当下农村公路建设的热点[1]。在路网的加宽中，不可避免会遇到原有的窄桥，通常农村公路拼宽的宽度不大，窄桥只需满足最低加宽要求。针对这种加宽不大的桥梁，本着节约成本的原则进行设计，在满足规范要求下，尽量节省造价，提高桥梁交通的服务水平[2]。以下主要介绍在下部结构稳定，承载能力高的情况下，不改变下部结构，只针对上部结构改造进行加宽的设计方案，为广大参与农村公路加宽设计的工程人员提供参考。

1 工程概况

某桥净宽4.5 m、净高8 m。该桥跨径为3×13 m的T形梁桥，桥面连续，下部采用U形桥台扩大基础，重力式桥墩，桥面宽度为4.5 m(机动车道)，桥长47.04 m。原桥见图1，图2。

图1 原桥实地侧面场景

图2 原桥实地正面场景

由于该桥位于拼宽公路上，原桥净宽4.5 m只满足行车净宽要求，桥上的护栏为细杆铁栏杆，存在着极大的安全隐患,受地方业主委托，进行加宽设计，加宽宽度为1 m(足够放置两侧防撞墙)。

2 加宽设计方案

根据实地调查，发现该桥桥台和桥墩处没有病害，桥墩桥台处已经设置简易盖梁垫高50 cm，桥梁上部结构由4片T梁构成，腹板为预制吊装且厚度较厚的梁，后现浇1层翼板当作桥面板直接通行。上下部没有明显的病害，部分桥面露骨。原桥桥墩立面见图3。

图3 原桥桥墩处立面图(单位：mm)

1) 结合本桥加宽仅为1 m的特点，采用只对上部重新改造的方案。将上部一层现浇层凿除，重新浇筑现浇层，在边板处由原先悬臂56 cm加长到110 cm。见图4。

图4 加宽桥梁上部截面图(单位：mm)

2) 在两端悬臂板处增加防撞墙。

3) 在桥头设置搭板和伸缩缝，防撞墙应延伸至路口外至少5 m。

4) 桥跨处仍采用桥面连续铺设，在其前后1.5 m处采用短筋的方式加密、加粗原有受力筋，间距由原100 mm变为50 mm。

3 结构受力分析

3.1 加宽悬臂板内力分析

计算采用midas Civil 2015软件，参数根据实际情况选择，加宽后将翼板和桥面铺装一起现浇，根据规范要求，混凝土强度提高到C40，利用板单元建模，分析板端内力情况。根据T梁悬臂板处受力特点，将T梁翼板简化为等效的一端固结的悬臂板进行建模分析[3-4]。加宽后在板单元上添加1个防撞墙产生的压力荷载，具体模型图见图5，相应悬臂板弯矩图见图6，悬臂板连接处应力图见图7。

图5 悬臂板模型

图6 悬臂板弯矩内力图

图7 悬臂板连接处应力图

从计算可知，加宽后悬臂板弯矩由1 kN·m增加到12.9 kN·m，应力由134.6 kPa增加到1 746.8 kPa，设计上按桥面铺装层配筋要求进行配筋，受力钢筋处配置直径12 mm、间距100 mm的HRB335钢筋网。

3.2 原边板抗弯承载力复核

边梁翼板增加了将近50 cm，增加了防撞墙的恒荷载，原桥腹板配筋9根直径32 mm的HRB335钢筋，钢筋截面面积为7 238 mm2。前后模型见图8。

图8 边梁模型

根据该桥受力特点，横向分布系数计算采用“G-M法”更为准确，根据相关规范进行计算，这里直接给出边梁的横向分布系数计算结果mcq=0.538。边梁弯矩内力图见图9。

图9 边梁弯矩内力图

承载能力极限状态下最大弯矩由原先的1 353.1 kN·m增加到1 881.7 kN·m，这里需进行截面抗弯承载能力的复核。

因为悬臂部分宽度不大，且用于防撞墙的设置不行车，故变形很小，忽略不计。

从以上受力分析可以得出，对上部结构面板进行改造，通过悬挑面板的方式，该梁浇筑20 cm厚的面板悬挑110 cm是满足抗弯要求的。

4 设计注意事项

为更好地节省造价，提高桥梁交通的服务水平，在整个设计过程中，需要考虑以下方面。

1) 在设计前不仅要实地调查，对原桥的状况要有所掌握，还要联系地方乡镇，对原桥图纸和资料进行收集。

2) 在设计时应考虑到早期施工工艺差，可能存在偷工减料的情况，应提高设计的安全系数。

3) 在设计时应考虑到农村道路不便，对于中断交通的影响，需与业主多进行沟通，能否中断交通也是设计方案的重要影响因素。

4) 对桥梁下部构造进行详细地调查，加宽后的桥梁上部结构受力有所增加，对下部的影响要在可承受范围内。

5 施工注意事项

施工过程是实现设计思路并获得良好性能的关键环节，故在施工中尤其注意以下几点。

1) 对该桥进行上部结构改造前，应先核查原梁的病害，对混凝土掉块，麻面等问题应先处理后再进行加宽施工[5]。

2) 对上部结构施工时，应先解除桥面连续，然后逐跨拆除，浇筑时应先浇筑桥台2跨，最后进行中间1跨的桥面板浇筑。

3) 拆除原有面板时，应避免破坏腹板和翼板的连接钢筋，在腹板与面板处露出的钢筋应重新进行防腐和平弯处理[6-7]。

4) 面板采用的钢筋宜为通长钢筋，在受到条件限制时可采用焊接的方式接长，不可使用绑扎的方式接长钢筋。

6 方案优势

具体分析该农村公路T梁加宽设计方法，具有以下方面优势。

1) 经济性。因为只针对上部结构进行改造，不仅满足了业主的加宽要求，还解决了原有桥梁桥面板病害问题，对比全桥进行加宽，在施工材料的用量上明显减少，费用节省了很多。

2) 结构受力。拆除原桥面和翼板，浇筑面板与原面板厚度一致，增加了左、右各50 cm宽的板重，对原梁受力影响小，经过验算，采用悬挑面板的方式满足抗弯要求，相对于全桥加宽而言，不存在新老桥由于混凝土收缩徐变、地基沉降差异等问题产生的影响，结构设计更为合理，施工难度也减小。

3) 环保。不仅利用了下部重力式桥墩和U形桥台，还利用了上部结构的梁，减少了材料浪费，环保又经济。

7 结语

对于大多数农村乡道而言，桥梁加宽的主要目的是减少安全隐患。受经济条件的限制，加宽的宽度一般不大，在设计方案上也就有了可供选择的余地。针对上部结构进行改造加宽，很好地解决了传统加宽方案存在的不均匀沉降问题，在养护上也变得容易很多，桥梁使用寿命并不会因为加宽而减少，也提高了行车安全。但有些农村公路上的桥梁建成年代较早，受图纸缺失及早期施工工艺差等因素影响，不可贸然只凭经验进行设计，对于原有桥梁的受力分析必不可少，同时不可一味追求节约造价，应综合考虑各方因素，在农村公路桥梁加宽设计中适当加大安全系数。