李 攀 孫東生 王丹，2

1 河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司（450052） 2 河南中原高速公路股份有限公司（450052）

空心板橋拼寬后老橋承載力驗(yàn)算

李 攀1孫東生1王丹1，2

1 河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司（450052） 2 河南中原高速公路股份有限公司（450052）

隨著交通量增大，高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的增多，高速公路逐漸進(jìn)入拼寬時(shí)代。這里以鄭州機(jī)場(chǎng)高速公路為背景，通過(guò)對(duì)老橋空心板拼寬方式的研究，計(jì)算拼寬后橋梁整體橫向分布系數(shù)，并結(jié)合新規(guī)范設(shè)計(jì)荷載驗(yàn)算老橋承載力，為空心板拼寬及拼寬后運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)提供參考和建議。

高速公路；空心板；拼寬；橫向分布；承載力

1 項(xiàng)目背景

鄭州市機(jī)場(chǎng)高速公路作為新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)與鄭州市的主要連接通道始建于1994年,起于中州大道下穿隴海鐵路通道南側(cè)，終于機(jī)場(chǎng)高速機(jī)場(chǎng)互通立交，路線(xiàn)全長(zhǎng)26.41公里，其前身是京港澳國(guó)家高速公路鄭州至新鄭段。2004年，京港澳國(guó)家高速公路席莊至薛店段建成后，正式成為鄭州市機(jī)場(chǎng)高速公路。機(jī)場(chǎng)高速公路建成以來(lái)，成為鄭州市南部最重要出入口，2012年1～9月交通量達(dá)46 137輛/日（折算小客車(chē)47 845 pcu/d）?，F(xiàn)有機(jī)場(chǎng)高速已難以承擔(dān)鄭州市“南大門(mén)”和南部重要出入通道的需求，并且隨著航空港區(qū)建設(shè)的不斷發(fā)展，機(jī)場(chǎng)高速的擴(kuò)容更是勢(shì)在必行。

2 老橋介紹

本項(xiàng)目已建成橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，跨徑為10 m、16 m、20 m。下部構(gòu)造采用樁柱式橋墩，樁柱式或肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋面簡(jiǎn)易連續(xù)。老橋橋面寬度為2×12 m，由12塊1.0 m的空心板組成,其中中央分隔帶3 m。老橋采用85年設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-超20級(jí)、掛車(chē)-120。

3 加寬情況

綜合路線(xiàn)通道資源利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、解決運(yùn)輸能力、占地和投資、通行能力和交通安全、環(huán)境保護(hù)比選，本次擴(kuò)容在現(xiàn)有鄭州至航空港高速公路的基礎(chǔ)上實(shí)施雙側(cè)拓寬方案，老橋左、右半幅分別加寬8.0 m，由6塊板寬1.25 m的空心板組成。

橋梁結(jié)構(gòu)拼寬形式大致有“上下相連”和“上連下不連”兩種方式?！吧舷孪噙B”方式：上部新老板間通過(guò)濕接縫和橋面鋪裝相連；下部拆除原蓋梁端部變截面端,加鋪負(fù)彎矩鋼筋與新橋拓寬部分蓋梁的鋼筋連接后，新老蓋梁澆筑一體，蓋梁銜接處設(shè)置假縫。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是新老橋連接剛度大，結(jié)構(gòu)整體性較好，橫向受力明確。缺點(diǎn)是對(duì)通行影響較大，下部蓋梁施工難度較大；新老橋上部材料混凝土收縮、徐變引起的變形及新老橋沉降差異產(chǎn)生的附加內(nèi)力，易造成下部墩臺(tái)連接處拉裂；新老橋的不均勻沉降還會(huì)在原有橋梁蓋梁外邊柱頂處產(chǎn)生附加負(fù)彎距，且會(huì)較大增加原有橋梁外邊墩的豎向內(nèi)力?！吧线B下不連”方式：上部連接方法同上，但下部新老橋蓋梁設(shè)縫隔離、互不連接。該設(shè)計(jì)方案保證了上部結(jié)構(gòu)共同參與受力，同時(shí)亦避免了下部結(jié)構(gòu)剛性連結(jié)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響。參照國(guó)內(nèi)橋梁加寬的經(jīng)驗(yàn)，“上連下不連”拼接方式具有一定的設(shè)計(jì)合理性和施工可行性，但該方式要求嚴(yán)格控制擴(kuò)建橋梁的工后沉降，避免上部結(jié)構(gòu)接縫產(chǎn)生橋面裂縫。通過(guò)對(duì)比，選擇“上連下不連”拼接方式。

空心板橋具體拼接方案為切除老橋護(hù)欄，新老橋間濕接縫通過(guò)老橋邊板外側(cè)植筋與新板預(yù)埋筋相連（如圖1）。加寬橋梁中，20 m跨徑共14座，總長(zhǎng)750.16 m；16 m跨徑共2座，總長(zhǎng)58.16 m；10 m跨徑共3座，總長(zhǎng)123.24 m。

4 承載力計(jì)算

4.1 基礎(chǔ)資料

老橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板采用C40混凝土，其中20 m、16 m空心板板寬99 cm、高75 cm;10 m空心板板寬99 cm、高50 cm（如圖2）?？招陌宀捎?8根Фj15鋼絞線(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1 500 MPa，每根鋼絞線(xiàn)控制張拉力16.09 t，公稱(chēng)面積140 mm2。

4.2 計(jì)算要點(diǎn)

1）上部構(gòu)造預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋面簡(jiǎn)易連續(xù)，每一跨仍作為簡(jiǎn)支空心板橋。

2）新老橋濕接縫連接,共同參與荷載橫向分配。

3）全橋采用新規(guī)范設(shè)計(jì)荷載，計(jì)算考慮其橫向分配，按橫向鉸接板法計(jì)算。

圖1 空心板拼寬斷面圖

4）按先張法A類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

5）橋面鋪裝不參與受力，按外荷載考慮。

圖2 空心板斷面圖

4.3 空心板結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.3.1 橫向分布系數(shù)

老橋空心板拼寬后橋面凈寬19 m，設(shè)計(jì)車(chē)道數(shù)分別采用5車(chē)道、6車(chē)道，考慮車(chē)道橫向折減，采用橋梁博士鉸接板法計(jì)算全橋橫向分布系數(shù)，并取較大橫向分布系數(shù)值計(jì)算共同參與荷載橫向分配下的老橋承載力。

表1 20m跨徑拼寬后橫向分布系數(shù)

表2 16m跨徑拼寬后橫向分布系數(shù)

表3 10m跨徑拼寬后橫向分布系數(shù)

4.3.2 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算采用MIDAS軟件建模計(jì)算。建立梁?jiǎn)卧獦?gòu)成單梁模型，設(shè)計(jì)荷載按公路-Ⅰ級(jí)，橫向分布系數(shù)取最大值；空心板橋采用簡(jiǎn)支梁約束，鋼束兩端張拉，張拉力為1 120 MPa。

4.3.2.1 正截面抗彎承載力驗(yàn)算

按JTG D62-2004第5.2.2條，矩形截面或翼緣位于受拉邊的T型截面受彎構(gòu)件,正截面抗彎承載力應(yīng)符合：

及第5.2.3條

20 m空心板橫向分布系數(shù)取0.245；16 m空心板橫向分布系數(shù)取0.263；10 m空心板橫向分布系數(shù)取0.284，驗(yàn)算結(jié)果如圖3～5、表4～6。

表4 20m空心板正截面彎矩值

圖3 20m空心板正截面抗彎承載力

圖4 16m空心板正截面抗彎承載力

表5 16m空心板正截面彎矩值

表6 10m空心板正截面彎矩值

4.3.2.2 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

按JTG D62-2004第5.2.9條，矩形、T型和I型截面的受彎構(gòu)件，其抗剪截面應(yīng)符合：

按第5.2.10條，T型和I型截面的受彎構(gòu)件，當(dāng)符合下列條件時(shí)：

可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力驗(yàn)算。

圖5 10m空心板正截面抗彎承載力

圖6 20m空心板斜截面抗剪承載力

圖7 16m空心板斜截面抗剪承載力

表720 m空心板斜截面剪力值

表8 16m空心板斜截面剪力值

圖8 10m空心板斜截面抗剪承載力

表9 10m空心板斜截面剪力值

從圖6～8、表7～9中可以看出老橋跨徑10 m、16 m、20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板在公路Ⅰ級(jí)荷載作用下，截面抗彎、抗剪承載力均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

5 結(jié)論

老橋涵設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-超20級(jí)、掛車(chē)-120，根據(jù)運(yùn)營(yíng)狀況和老橋涵初步檢測(cè)結(jié)果顯示，主體結(jié)構(gòu)能滿(mǎn)足85年設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,但需對(duì)原老結(jié)構(gòu)物局部病害加以處置，防止病害進(jìn)一步發(fā)展以影響結(jié)構(gòu)物整體健康狀況。經(jīng)過(guò)雙側(cè)拼寬后，單純從結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮，按照全寬20 m進(jìn)行活載橫向分配計(jì)算，老橋涵基本可以滿(mǎn)足公路-I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的使用要求，但在安全等級(jí)和耐久性方面有所欠缺。運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)對(duì)車(chē)道進(jìn)行劃分，要求減少大型車(chē)輛行駛到內(nèi)側(cè)車(chē)道即老橋空心板的概率。養(yǎng)護(hù)階段應(yīng)加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)、減輕和防止病害的發(fā)生，從而延長(zhǎng)拼寬后老橋使用壽命，保持良好運(yùn)營(yíng)。

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