某分离式立交桥承载能力验算分析

张 楠

（洛阳市信昌道桥工程有限责任公司， 河南 洛阳 471000）

1 工程概况

某分离式立交桥梁上部构造为20+2×25+20m 连续梁，下部结构桥墩为独柱式，桥台为双柱式，钻孔灌注桩基础。桥梁设计荷载为汽车—超20 级，挂车—120 级。桥台支座每个箱梁下分别采用两个GPZ（KZ）3SX 支座；1、3 号桥墩的支座均采用GPZ（KZ）9DX 支座；2 号墩采用GPZ（KZ）9GD 球形支座。该桥地处交通要道，通行的重载车辆数量很多，为判断该桥上部结构承载能力是否满足设计要求及当前荷载要求，故对其进行承重能力验算分析。

2 桥梁技术状况及验算内容

该桥技术状况评定为三类，主要病害为：桥面铺装多处严重破损、坑槽、部分形成纵向破损带；伸缩缝内垃圾堵塞，锚固区混凝土外侧形成坑槽，伸缩缝处较严重跳车；护栏局部竖向裂缝，4 处防抛网受撞击变形、个别失去功效；桥面垃圾泥土较多，泄水孔部分泥土堵塞，多个泄水管缺失；桥面缺少应有标志。上部结构墩顶均有两侧护栏底座裂缝延至梁体翼缘，部分跨梁底涂层脱落、梁底有收缩裂缝。同时该桥进行荷载试验，结果如下：各控制截面位移主要测点的实测位移值均小于相应的理论计算值，主要测点的位移校验系数基本介于0.5～0.8 之间，主要测点的相对残余变形均小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》中的规定限值20%，试验桥跨刚度满足设计荷载汽-超20 级荷载要求；从偏载作用下各工况位移的实测偏载系数来看，位移偏载系数都远远大于经验系数1.15。同时该桥理论计算固有频率值为4.51 Hz，实测桥梁结构一阶竖弯固有频率6.30Hz，实测值大于理论计算值，说明桥梁结构的整体实际刚度大于理论刚度，目前该桥主要受力构件没有出现较大损伤或破坏，桥梁总体刚度较好。在此基础上，依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），对公路桥涵应进行承载能力极限状态验算，主要包括正截面抗弯强度验算和斜截面抗剪强度验算。

3 验算模型

模型采用的参数如下：50 号混凝土：现浇预应力混凝土连续箱梁；现浇桥面铺装防水混凝土。预应力钢筋：采用1×7 股，高强度、低松弛钢绞线，公称直径Φs＝15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。OVM15-19 型张拉控制力为3710.7kN，OVM15-13 型张拉控制力为2538.9kN，张拉采用双控。普通钢筋：采用R235、HRB335、HRB400 钢筋。桥面铺装：采用30 号级防水混凝土。采用结构软件“Midas Civil”对该桥进行验算，建立桥梁上部结构模型如图3.1 所示。模型共划分44 个单元（49 个节点）。

图3.1 有限元模型

4 验算结果

4.1 承载能力极限状态验算

基本组合下桥梁最大弯矩及其对应的抗力变化，由图4.1 可见，承载能力极限状态下桥梁的正截面抗弯强度满足要求。基本组合下桥梁最大剪力及其对应的抗力变化，如图4.2 所示承载能力极限状态下桥梁斜截面抗剪满足要求。

图4.1 弯矩及其抗力对应图（kN·m）

图4.2 剪力及其抗力对应图（kN）

4.2 正常使用极限状态应力验算

（1）正截面抗裂验算

短期效应与长期效应组合下桥梁正截面拉应力变化，如图4.3 所示。

图4.3 短期（长期）效应组合下拉应力（MPa）

（2）斜截面抗裂验算

短期效应组合下桥梁斜截面主拉应力变化，如图4.4 所示

图4.4 短期效应组合下主拉应力（MPa）

由图4.3 和图4.4 可见，本桥2 号墩附近单元的抗裂验算不满足要求。

5 结论

因该桥1#墩、2#墩、3#墩为独柱墩，从偏载作用下各工况位移、应变的实测偏载系数来看，位移、应变偏载系数远远大于经验系数1.15。因此建议在该桥增加标志或设施，禁止车辆沿护栏边缘行驶，禁止超载车辆通行。在汽车超-20 级荷载正常使用极限状态下，2 号墩附近单元抗裂验算超出规范限值，不满足要求；结合外观检查情况，建议对该断面粘贴附加物或施加体外预应力进行加固。验算结果和现场实际通行情况，建议尽快对本桥铺装层和桥两端破损的路面重筑。同时采取有效的限载限行措施，禁止超过设计荷载等级的超载车辆通行，禁止车辆沿护栏边缘行驶或者对独柱墩抗倾覆能力进行加固改造。