基于现有高速拼宽项目的装配式T梁受力分析

卢涛，马朝辉，佘明星，刘敏

（保利长大工程有限公司，广州 510000）

1 引言

伴随着经济的飞速发展随之而来的是更大的交通需求[1-3]。尤其对于建成通车较早且大多占据交通要道的少车道高速公路，目前已大量出现车流瓶颈效应，时常出现交通通行缓慢甚至严重拥堵等情况[4]。因此，此类高速公路的改扩建工作十分必要。

桥梁改扩建部分原则上应保持与原桥结构相同的结构形式和跨径，同时应加强新旧桥梁横向联系以确保其结合部在外部荷载作用下产生的挠度差较小。桥梁改扩建的横向连接一般有4 种方式：（1）上部构造与下部构造均不连接；（2）上部构造与下部构造均连接；（3）上部构造连接，下部构造不连接；（4）上下部结构分离建造。第三种方式在不干扰新旧桥下部构造内力影响的同时，可采用增加桩长、预压新建结构、延迟接缝浇筑时间、增大连接部位配筋等办法解决上部结构附加内力变化等问题。其综合了剩余两种方式的优缺点，目前已在国内外多个改扩建工程中运用。

本文依托深圳至岑溪高速公路中山新隆至江门龙湾段改扩建工程桥梁拓宽项目，采用有限元软件分析法分别对30 m以及40 m 标准跨径的装配式T 梁改扩建桥梁进行受力分析，对比分析扩建前后的桥梁实际承载性能及其变化规律，为工程实际提供指导意见。

2 工程概况

深圳至岑溪高速公路中山新隆至江门龙湾段改扩建工程（以下简称“中江工程”）包含原广东省中山新隆至江门高速公路和原江鹤高速公路二期工程两部分。初步设计阶段路线总长40.047 km，桥梁合计长度17 589.4 m/50 座，其中特大桥长9 329.1 m/4 座，大桥长7 135.4 m/19 座，中桥长900 m/14 座，小桥长225 m/13 座，桥梁长度为路线总长度的43.92%。

高速公路桥梁采用上下行分离设计，上部结构以预应力简支空心板、T 梁为主，全线采取双向四车道高速公路标准设计，设计速度120 km/h，路基宽度28 m，除个别路段采用分离式加宽外，基本采用在旧路两侧拼接加宽的扩建方案。上部维修加固后与新桥上部拼接，下部分离新建。根据不同的上下部结构形式，结合梁板拼接、布置，采用不同的桥面宽度进行拼接加宽。

3 依托项目T梁桥拼宽方案说明

“中江工程”主线T 梁桥一般为同跨径、同截面形式，因此在设计加宽方案时，可采取仅连接上部结构、不连接下部结构的办法。依据现场情况初步设计了4 个方案（见表1）。

表1 加固方案说明

针对目前项目实际进行综合比较，应按照方案一进行。

4 结构分析与验算

4.1 依托项目的主要截面形式

针对现有项目中30 m、40 m 标准跨径装配式T 梁拓宽桥（截面形式如图1 所示），运用桥梁博士等有限元软件，根据JTG/T L11—2014《高速公路改扩建设计细则》，对既有桥梁与新建后桥梁拼接后桥梁板进行整体受力验算，评价正常使用极限状态时采用JTJ 021—1989《公路桥涵设计通用规范》（以下简称 “89 通规”），评价承载能力极限状态时采用现行JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》（以下简称“15 通规”）荷载等级进行验算。

图1 依托高速拓宽项目30 m、40 m标准跨径T梁截面形式

截面相关配筋参数如表2 所示。

表2 30 m、40 m预应力混凝土T梁参数一览表

桥梁拼宽断面示意图如图2 所示。

图2 T梁拼宽断面示意图

4.2 横向分布系数计算结果

使用桥梁博士有限元软件，按照刚接板梁法对30 m、40 m跨径T 梁拼宽前后进行横向分布系数计算，计算结果汇总如图3 所示。

图3 不同跨径拓宽前后横向分布系数比较

图3 可以表明：桥梁拼宽后，横向分布系数均有所减小，尤其在拼接带处原外边梁拼接成为中梁后，横向分布系数减小较为明显，而在中分带处边梁、次边梁横向分布系数变化不大。此外，拼宽后旧桥的横向分布系数变小，承担活载比例变小。

4.3 拼宽后桥梁结构截面验算

按照“15 通规”规定，上部结构的计算荷载组合工况设置如表3 所示。

表3 工况设置说明

针对“中江工程”中30 m、40 m 标准跨径装配式T 梁拓宽桥（截面形式如图2 所示），对既有桥梁与新建后桥梁拼接后桥梁板进行整体受力验算，拼宽后T 梁仍然按照整体化层10 cm，计入6 cm 参与受力，护栏重量按原设计的混凝土护栏计算。评价正常使用极限状态时采用“89 通规”，评价承载能力极限状态时采用“15 通规”进行验算。拼宽后旧桥T 梁验算结果如表4 所示。

表4 拼宽后旧桥T梁验算结果汇总

按照“15 通规”对依托工程的30 m T 梁桥——分流涌大桥和40 m T 梁桥——港口大桥验算抗弯评估系数K1、抗剪评估系数K2，如表5 所示。

表5 依托工程的实桥抗弯、抗剪评估系数计算

进而验算拼宽后桥梁结构的效应值与结构抗力。计算结果如表6 所示。

表6 拼宽后旧桥T梁抗弯、抗剪状态验算

经计算对比，拼接后横向分布系数变小，40 m 旧桥边梁抗弯承载力欠缺约为3.8%，30 m 旧桥边梁抗弯承载力欠缺约为1.7%，30 m 旧桥边梁抗剪承载力欠缺约为4.8%，欠缺较少，经加固后可继续利用；其余满足“15 通规”承载能力要求。

5 结语

本文以某高速桥梁拓宽项目为例，分别对30 m、40 m T梁桥拓宽前后的承载能力进行了验算，研究了两种标准跨径T 梁桥拓宽前后的承载能力变化规律。得出如下结论。

1）从荷载横向分布系数变化规律可知，拓宽后桥梁各主梁的横向分布系数均明显低于拓宽前旧桥各梁的横向分布系数，表明拓宽前后承担活载比例变小。

2）拼接后的承载能力极限状态验算结果表明，不同跨径T 梁拓宽后，中板的抗弯与抗剪能力富余量较大，边板的抗弯与抗剪能力富余量降低，表明旧桥拓宽对于旧桥中梁受力的贡献最大，而对边梁较小。

3）旧桥拓宽后，40 m T 梁的抗剪能力富余量变化较大，而30 m T 梁抗剪能力变化不大，表明跨径越大的T 梁拓宽后，结构抗剪能力增加值越多。因此在对T 梁桥进行拓宽时，应更多考虑较小跨径桥梁的边梁抗弯及抗剪承载能力满足现行规范承载能力要求。

4）拓宽后30 m、40 m T 梁抗弯及抗剪承载能力欠缺值皆不超过5%，欠缺较少，经加固后可继续利用。