張國鋒 王永奇 吳靖云 謝小韜 劉從新

（1.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430056； 2.武漢地產(chǎn)開發(fā)投資集團(tuán)有限公司 武漢 430022）

長豐大道位于漢口古田片區(qū)，大致呈東西走向，連接硚孝高速、三環(huán)線和二環(huán)線，沿線跨越漢宜高鐵、漢丹鐵路、軌道交通1號線進(jìn)出場線、京廣鐵路，是漢口西部地區(qū)重要的東西向交通要道和對外出口道路。長豐大道由西往東跨越京廣鐵路線后與二環(huán)線相交并形成常碼頭立交。

常碼頭立交節(jié)點(diǎn)是2條城市快速路——二環(huán)線與長豐大道相交節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“快快互通”功能。由于二環(huán)線已經(jīng)建成通車，在常碼頭立交處并未預(yù)留匝道口，長豐大道與二環(huán)線實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換，需在二環(huán)線上采用幫寬形式。

1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市快速路。

（2）設(shè)計(jì)行車速度：60 k m／h。

（3）汽車荷載等級：城-A 級［1］。

（4）抗震要求：設(shè)計(jì)地震烈度6度，地震動峰值加速度為0.05g，7度設(shè)防。

（5）環(huán)境類別：I類。

（6）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。

2 新老橋結(jié)構(gòu)連接形式

新老橋梁幫寬是指橋梁整體在橫向?yàn)榉制谛藿?，或在原有橋梁橫向以拼接加寬的方式新建的橋梁，最終形成整體橋面。

上部構(gòu)造可采用有縫連接（不連接）、鉸接、半剛接、剛接等多種方式；下部構(gòu)造可采用連接或不連接等形式。有縫連接、鉸接屬于弱連接，半剛接、剛接屬于強(qiáng)連接。上部結(jié)構(gòu)各種連接及其構(gòu)造、受力特性及特點(diǎn)形式見表1。

表1 連接形式及特征一覽表

3 幫寬連接設(shè)計(jì)原則

（1）幫寬后的橋梁應(yīng)滿足整體使用要求。

（2）幫寬部分橋梁應(yīng)采用同一荷載等級。新建結(jié)構(gòu)連接原有結(jié)構(gòu)的橋梁應(yīng)對原有結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行驗(yàn)算，應(yīng)與新建結(jié)構(gòu)滿足相同的荷載標(biāo)準(zhǔn)。

（3）幫寬部分橋梁宜采用相同的結(jié)構(gòu)形式和跨徑。

（4）當(dāng)幫寬部分橋梁為不同的結(jié)構(gòu)形式或跨徑時，存在橫向剛度差，為避免應(yīng)力集中，應(yīng)采用鉸接或不連接等弱連接形式，弱化橫向聯(lián)系，同時加強(qiáng)縱向剛度，以確保結(jié)構(gòu)的受力安全。

（5）當(dāng)幫寬部分橋梁大于5 m時，幫寬部分基本為獨(dú)立受力模式，原則上采用上部構(gòu)造弱連接，下部構(gòu)造不連接方式；當(dāng)幫寬部分橋梁小于等于3 m時，幫寬部分難以獨(dú)立受力或獨(dú)立受力性能不佳，需要與原結(jié)構(gòu)共同受力，原則上采用上部構(gòu)造強(qiáng)連接、下部構(gòu)造弱連接方式。

現(xiàn)狀二環(huán)線箱梁梁懸臂為4 m，屬大懸臂結(jié)構(gòu)，橋下為發(fā)展大道，地面交通繁忙，幫寬段橋墩與二環(huán)線橋墩相距約15.5 m，橋墩及基礎(chǔ)均不能相連，而且大部分幫寬段寬度大于5 m，因此設(shè)計(jì)采用上部結(jié)構(gòu)弱連接，下部構(gòu)造不連接的方式，但需經(jīng)驗(yàn)算幫寬后老橋的受力情況，以及計(jì)算新老橋的位移差。

4 現(xiàn)狀二環(huán)線懸臂驗(yàn)算

根據(jù)連接方案需分別進(jìn)行原橋現(xiàn)狀和幫寬后的結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算，橋梁幫寬后，車流由縱向行駛改為橫向行駛，需重點(diǎn)對原橋懸臂段受力進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1 混凝土梁懸臂受力驗(yàn)算

現(xiàn)狀二環(huán)線混凝土箱梁為單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，懸臂長4 m，橫向設(shè)置間距50 c m的3股Φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼束。

驗(yàn)算工況。主要驗(yàn)算重車車輪施加在懸臂端部工況（按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)）。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 混凝土梁懸臂計(jì)算結(jié)果

由表2可見，截面正應(yīng)力及強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求［2］。

4.2 鋼箱梁懸臂受力驗(yàn)算

鋼箱梁采用帶U肋的正交異性橋面板，橫隔板間距3.0 m，每2道橫隔板之間加1道懸臂板橫向加勁肋和腹板豎向加勁肋。懸臂頂板加勁肋在靠近防撞護(hù)欄側(cè)布置3個一字肋，其余采用倒T肋。

4.2.1 橫隔板驗(yàn)算

驗(yàn)算工況。主要驗(yàn)算重車車輪施加在懸臂端部工況。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 鋼箱梁懸臂計(jì)算結(jié)果 MPa

由表3可見，截面應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

4.2.2 懸臂頂板一字肋驗(yàn)算

（1）計(jì)算模型。將一字肋考慮為以隔板為支撐的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。模型中取7×1.5＝10.5 m連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

（2）計(jì)算荷載。車輪荷載：單個車輪100 k N，鋪裝厚度方向按45°擴(kuò)散。分別計(jì)算車輪縱向行駛及橫向行駛2種情況（車輛由主線進(jìn)入匝道時，會轉(zhuǎn)彎成橫向行駛）。

工況一：車輛沿橋面板縱向加勁肋方向行駛，車輪作用在中間。

另一方面，代理機(jī)器人分析，即在DepthMap軟件的數(shù)據(jù)分析中，根據(jù)空間的系統(tǒng)特征讓代理機(jī)器人模擬人在其中的行為，同時記錄其行動路線的分析方式.該分析反映整體空間中人流活動的分布規(guī)律[6]，其中分析圖中的顏色越趨于深色表明人流活動越密集.如圖6所示，人群活動區(qū)域集中于曲阜路及中山路與肥城路的交匯點(diǎn)兩處，教堂廣場空間明顯處于人群活動較少區(qū)域，結(jié)合視域整合度的分析，可知由于廣場空間中不合理的空間形態(tài)設(shè)計(jì)，阻礙了游客對教堂廣場區(qū)域的探索，在整體區(qū)域視線聚集性受限的情況下，即使廣場西北角具有較高的整合度數(shù)值也無法帶動游客的積極性.

工況二：車輛沿橋面板縱向加勁肋方向行駛，車輪作用在懸臂最外側(cè)。

工況三：車輛沿橋面橫隔板方向行駛，車輪作用在中間。

工況四：車輛沿橋面橫隔板方向行駛，車輪作用在懸臂最外側(cè)。

（3）計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 鋼箱梁懸臂加勁肋計(jì)算結(jié)果 MPa

由表4可見，截面最大拉應(yīng)力已超出鋼材的允許應(yīng)力，考慮對其進(jìn)行加固處理。

（4）加固措施。由于一字肋不能滿足行車的安全性要求，因此對橋面板懸臂部分一字肋進(jìn)行加固處理，處理方式為在一字肋下方焊接一塊水平鋼板（見圖1），使一字肋變?yōu)榈筎型肋，能顯著增加加勁肋抗彎剛度，增加截面下緣受力面積，進(jìn)而改善加勁肋下緣受力情況。另一方面，考慮到施工方便性，增加的鋼板不穿過橫隔板，按鋼板與隔板焊接的方式處理。

圖1 加勁肋加固措施示意圖（單位：mm）

加固后計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 鋼箱梁懸臂加勁肋加固后計(jì)算結(jié)果 MPa

5 二環(huán)線幫寬梁與既有橋相對位移計(jì)算

新建橋梁與原橋拼接后，橋面縱向伸縮縫兩側(cè)由于新老橋的剛度及車載狀況不一致會發(fā)生相對位移，相對位移的大小直接影響行車的安全及舒適性。因此需要對既有二環(huán)線橋梁與新建幫寬橋梁的相對位移進(jìn)行計(jì)算分析。

5.1 二環(huán)線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁＋幫寬鋼箱梁

（1）計(jì)算模型見圖2。其中二環(huán)線上混凝土梁采用實(shí)體單元模擬，新建幫寬梁采用板單元模擬。

圖2 二環(huán)線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁＋幫寬鋼箱梁計(jì)算模型

（2）加載工況。僅考慮汽車活載引起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，采用城-A規(guī)范中的車輛荷載［3］。加載工況如下：

工況一。既有主線橋梁上同時加雙向6輛重車。

工況二。既有主線橋梁上一側(cè)加2輛重車與一列小車，另一側(cè)加一輛重車。

工況三。既有主線橋上加2輛重車。

工況四。既有主線橋上加1輛重車與一列小車。

（3）計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁＋幫寬鋼箱梁計(jì)算結(jié)果 mm

由表6可見，當(dāng)混凝土梁上加載6輛重車時，混凝土橋與幫寬梁最大位移差為（12.4＋6，9.8＋9.7）＝19.5 mm；當(dāng)加載3輛重車和1列小車時，最大位移差為（7.7＋3.3，6.1＋5.8）＝11.9 mm。

5.2 二環(huán)線鋼箱梁＋幫寬鋼箱梁

（1）計(jì)算模型見圖3。其中二環(huán)線上既有鋼箱及新建幫寬梁均采用板單元模擬。

圖3 二環(huán)線鋼箱梁＋幫寬鋼箱梁計(jì)算模型

（2）加載工況同5.1。

（3）計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 二環(huán)線鋼箱梁＋幫寬鋼箱梁計(jì)算結(jié)果 mm

由表7可見，當(dāng)既有鋼梁上加載6輛重車時，既有橋與幫寬梁最大位移差為（32.7＋7.9，12.4＋18.4）＝40.6 mm；當(dāng)加載3輛重車和一列小車時，最大位移差為（18.2＋4.6，10.9＋6.7）＝22.8 mm。

6 結(jié)論

（1）通過分析比較，本次幫寬設(shè)計(jì)對橋梁幫寬段連接采用上部結(jié)構(gòu)弱連接、下部構(gòu)造不連接的方式。

（2）對既有二環(huán)線橋梁幫寬前后原橋懸臂段受力進(jìn)行了重點(diǎn)驗(yàn)算，結(jié)果顯示混凝土箱梁懸臂滿足連接后的受力要求，鋼箱梁懸臂外側(cè)則需要相應(yīng)的加固處理。

（3）對于混凝土梁幫寬，由于既有橋本身跨度較小，混凝土梁剛度較大，所以在各種荷載工況下，最大位移差只有19.5 mm（若結(jié)合實(shí)際通行車輛，則位移差更小）。因此對行車影響亦不是很明顯。

（4）對于鋼梁幫寬，與混凝土梁相比，既有橋跨度較大，而且鋼結(jié)構(gòu)剛度相對較小，導(dǎo)致既有橋與幫寬橋梁在極端重車荷載作用下，位移差較大（最大達(dá)到40.6 mm），但在正常使用荷載作用及二環(huán)線限重運(yùn)營時，位移差亦能滿足行車要求。

［1］ JTGD60－2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ TB10002.2－2205鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［3］ JTGD62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.