■謝　莉

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州　350004)

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預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁橋改擴(kuò)建拼寬設(shè)計(jì)

■謝莉

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004)

摘要中小跨徑預(yù)應(yīng)力拼寬T梁橋是高速公路改擴(kuò)建的主要橋型,本文依托漳龍高速擴(kuò)建工程項(xiàng)目,采用結(jié)構(gòu)空間有限元法分析了拼寬后T梁拼接部位的受力狀況,計(jì)算和比較了其在汽車荷載、新舊橋差異沉降荷載、溫度荷載以及收縮徐變作用下的靜力性能，對(duì)改擴(kuò)建拼寬T梁的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞拼寬T梁橋沉降差溫度荷載收縮徐變?cè)O(shè)計(jì)

0　引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)有道路的設(shè)計(jì)通行量日趨處于飽和狀態(tài)，新建和擴(kuò)建等級(jí)公路的社會(huì)需求越來越強(qiáng)烈。高速公路改擴(kuò)建是今后我國(guó)公路建設(shè)的重要任務(wù)之一，國(guó)內(nèi)很多同仁在橋梁拓寬方面都進(jìn)行了有益的探索。交通部針對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程的特點(diǎn)頒布實(shí)施了《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T L11-2014)，用來規(guī)范和指導(dǎo)高速公路改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)。

橋梁拼寬有以下幾點(diǎn)需要注意：(1)新橋與舊橋之間基礎(chǔ)差異沉降。(2)新舊橋之間差異混凝土齡期引起的附加內(nèi)力對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響。(3)拼接部位的構(gòu)造、新舊橋之間連接方法的選擇。本文結(jié)合福建漳龍高速擴(kuò)建工程一座T梁的拼寬設(shè)計(jì)，對(duì)以上設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。

1　橋梁拓寬方案設(shè)計(jì)

1.1工程概況

漳龍高速擴(kuò)建工程福建省項(xiàng)目路線起于漳州天寶樞紐互通，終于龍巖龍長(zhǎng)高速上杭下道湖樞紐互通。項(xiàng)目擴(kuò)容建設(shè)方案采用老路擴(kuò)建、新建復(fù)線(橋梁29773m/71座、隧道37400m/22座，橋隧比54％)。永豐溪1#大橋原設(shè)計(jì)為2×(4×25m)的準(zhǔn)連續(xù)T梁，橋梁采用左右幅分離的型式，雙向4車道，單幅總寬12m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)，肋臺(tái)配樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽-超20，掛-120。

本次拓寬方案是左右幅均外側(cè)拓寬7.7m，拓寬后的前面總寬為19.7m，每半幅增加4片預(yù)制T梁，梁高與原設(shè)計(jì)同取1.75m。新舊橋之間下部結(jié)構(gòu)分離，上部結(jié)構(gòu)連接。拼寬新橋汽車荷載等級(jí)：公路-I級(jí)。該橋拓寬后的斷面如圖1所示。

1.2拼接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁拼寬一般采用上部與下部結(jié)構(gòu)均連接，上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接，少部分采用上部與下部結(jié)構(gòu)均不連接。該橋設(shè)計(jì)采用上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接的方式。這種方式的特點(diǎn)是新建部分與既有橋梁上部形成整體，但下部各自受力，新橋上部與既有橋梁之間因材料差異、基礎(chǔ)不均勻沉降等因素會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力，必須采取必要的措施減少附加內(nèi)力。

新舊橋梁采用剛性連接的方式，即在拼接部位新、舊T梁之間設(shè)置橫隔板。由于原橋外側(cè)未設(shè)置橫隔板，所以需在原橋邊梁橫隔板位置鉆孔，新預(yù)制的邊梁腹板對(duì)應(yīng)的位置預(yù)留孔洞，當(dāng)梁吊裝完成相應(yīng)工作后，通過孔洞穿兩排鋼筋，立模板澆筑混凝土。拼接之前將翼緣板鑿除70cm，保留橫向鋼筋，再與新梁的預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接來實(shí)現(xiàn)，濕接縫共寬70cm。連接示意圖見圖2～圖3。

2　橋梁靜力特性分析

2.1有限元模型

有限元模型采用Midas建立，全橋共2494個(gè)梁?jiǎn)卧Ｈ珮蛴邢拊Ｐ鸵妶D4。上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)采用彈性連接，分施工階段來模擬橋梁的建設(shè)過程。新舊橋之間橫隔板數(shù)量與原橋橫隔板數(shù)量相同，即為全部橫隔板模型。由于收縮徐變引起的接縫橫向應(yīng)力相差不大，同時(shí)最不利受力主要體現(xiàn)在新、舊橋拼接中梁梁底縱向應(yīng)力及接縫橫向應(yīng)力。本文分析中僅對(duì)活載、新舊橋基礎(chǔ)沉降差、溫度荷載、作用引起的拼接橋梁這些部位受力進(jìn)行組合分析。

2.2基礎(chǔ)差異沉降分析

2.2.1沉降量選擇

由于舊橋已使用多年，下部基礎(chǔ)的沉降基本完成，其基礎(chǔ)沉降已趨于穩(wěn)定，而新拼寬橋梁的基礎(chǔ)沉降仍在進(jìn)行中，從而形成了舊橋與拼寬橋基礎(chǔ)之間的沉降差。由于沉降差的存在，為保證拼接部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和混凝土應(yīng)力不致過大而使混凝土開裂，應(yīng)通過對(duì)橋梁的上部結(jié)構(gòu)不同拼接情況進(jìn)行受力分析，確定新舊橋梁基礎(chǔ)沉降容許值。

通過對(duì)沉降差△在2～ 8mm范圍內(nèi)的多個(gè)工況計(jì)算,舊橋與拼寬橋梁基礎(chǔ)沉降差在5mm以內(nèi)時(shí)，橫隔板受力滿足要求,故本文中沉降差取值為△= 5mm。假定舊橋沉降為0，由于拼寬橋梁與舊橋采用剛性連接，老橋?qū)υ娇拷蠘虻牧杭s束越大，反之對(duì)越遠(yuǎn)離老橋的T梁約束越小，為簡(jiǎn)便起見，拼接中梁沉降量按照線性關(guān)系計(jì)算。外邊梁沉降量為△。計(jì)算模式如圖5所示。

2.2.2沉降差對(duì)截面應(yīng)力的影響

表1列出了在5mm沉降作用下各個(gè)截面最不利的應(yīng)力情況。從表1可以看出：差異沉降對(duì)支座位置拼接隔板應(yīng)力的影響大于對(duì)跨中附近拼接隔板應(yīng)力的影響；差異沉降在拼接隔板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力大于在主梁內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力；差異沉降在墩頂產(chǎn)生的橫向應(yīng)力大于跨中產(chǎn)生的橫向應(yīng)力。因此，施工中要引起重視并采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行差異沉降的控制。

表1　截面最大應(yīng)力(單位：MPa)

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因主要是新舊橋在支點(diǎn)位置產(chǎn)生沉降差后,拼接隔板的兩側(cè)將產(chǎn)生一定的變形,支點(diǎn)附近拼接隔板兩側(cè)變形較大,而跨中拼接隔板兩側(cè)的變形較小,相應(yīng)地在橫隔板內(nèi)引起的內(nèi)力也表現(xiàn)為支點(diǎn)處較大、跨中較小的趨勢(shì)。

2.3汽車荷載分析

漳龍高速擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)車速80km/h，車道設(shè)計(jì)寬度為3.75m，該橋拓寬后單向凈寬18.7m，包含應(yīng)急車道單向共5車道。

分析結(jié)果表明：拼寬橋梁上部雖然自重及二期恒載有所增加，且車道數(shù)也增加2個(gè)，但是由于拼寬后橋梁橫向分布系數(shù)的減小，在汽車荷載作用下，老橋的部分梁體受力情況得到了一定的改善。拼接部位相鄰主梁產(chǎn)生較大應(yīng)力，新主梁最大應(yīng)力為1.75MPa，舊橋主梁最大應(yīng)力為1.5MPa；橫隔板上緣最大拉應(yīng)力為2.4MPa，下緣最大拉應(yīng)力為1.93MPa。

2.4溫度荷載分析

根據(jù)橋規(guī)，溫度效應(yīng)的計(jì)算包括3方面:日照溫差、降溫及年溫差變化,年溫差變化考慮結(jié)構(gòu)整體升溫25°C、降溫23°C的情況。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，整體升、降溫對(duì)新老橋的作用較小，因此,主要分析溫度梯度作用下橋梁的受力狀況。對(duì)于不同位置梁底最大正向應(yīng)力及接縫處下緣最大應(yīng)力見表2。

表2　日照溫差作用下不同位置應(yīng)力(單位：MPa)

由此可見，溫度梯度作用產(chǎn)生的梁底縱向和拼接處下緣橫向應(yīng)力在支座處較大,跨中截面較小。

2.5徐變變形差分析

由于既有橋梁已通車運(yùn)營(yíng)多年，其收縮徐變已基本完成，拼寬橋與老橋間必然存在收縮徐變變形不一致，從而必將引起新老橋梁體內(nèi)力重分布。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外高速公路改擴(kuò)建中橋梁拼接的實(shí)際施工情況,新橋主梁按照存梁45d計(jì)算,則從新、舊梁拼接到通車運(yùn)營(yíng)3年(1000天)后徐變變形差在橫接板內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力如表3所示。T梁拼寬后收縮徐變差異引起端橫隔板的受力較大，對(duì)其他橫隔板影響較小。在收縮徐變作用下,主梁和接縫的縱橫向應(yīng)力差異不大。

表3　徐變變形產(chǎn)生的截面最大應(yīng)力(單位：MPa)

2.6組合作用下驗(yàn)算

在基礎(chǔ)差異沉降、車輛荷載和徐變變形差等因素的影響下橫隔板的應(yīng)力均大于主梁，從既有T梁的病害來看濕接縫是T梁較為薄弱的部位，為了結(jié)構(gòu)的安全必須對(duì)濕接縫處的承載能力進(jìn)行分析。承載能力中考慮結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、基礎(chǔ)差異沉降、車輛荷載和收縮徐變差。驗(yàn)算結(jié)果見表4。從表4可以看出橋梁各關(guān)鍵部位在加寬后承載能力滿足規(guī)范要求，說明設(shè)計(jì)是合理的。

表4　正截面抗彎承載能力分析結(jié)果

3　降低沉降、收縮徐變等影響的措施

為了盡量減少基礎(chǔ)差異沉降、結(jié)構(gòu)差異變形和齡期差等影響因素對(duì)拼寬后結(jié)構(gòu)的影響，必須采用合理的施工順序及必要的施工控制措施。

(1)控制接縫施工的時(shí)間

隨著時(shí)間的推移，沉降速度呈衰減趨勢(shì)。拼寬橋墩、橋臺(tái)施工完成后，即發(fā)生沉降，前3個(gè)月內(nèi)，沉降速度較大，其后沉降速度減慢。因此，在施工拼寬橋梁中，建議盡早將預(yù)制板梁架設(shè)到墩臺(tái)上，若梁體未預(yù)制好，也可采用臨時(shí)壓重的方式來促進(jìn)墩臺(tái)的沉降。從而盡量使大部分沉降完成后再進(jìn)行接縫的施工。

(2)控制新、老橋拼接的時(shí)間

混凝土收縮徐變差異對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為拼接處的局部受力,對(duì)拼寬橋及老橋梁體影響不大。因此,盡量推遲新老橋的連接是解決收縮徐變差異帶來影響的最好辦法,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，拼寬部分橋架設(shè)后6個(gè)月再進(jìn)行與老橋的連接可以有效地減小由不同齡期混凝土收縮徐變不同產(chǎn)生的附加內(nèi)力。

(3)構(gòu)造措施

端承樁、嵌巖樁的沉降量較小,而摩擦樁的沉降相對(duì)較大,通過預(yù)壓、壓漿、盡早鋪裝橋面、加大樁長(zhǎng)、樁徑等措施,可以有效地控制摩擦樁的沉降。

4　結(jié)論

(1)差異沉降對(duì)墩頂位置縱向和橫向受力影響較大，尤其對(duì)新梁的外邊梁。徐變變形差和移動(dòng)荷載對(duì)跨中斷面影響較大。

(2)設(shè)計(jì)方案中的尺寸、配筋和施工步驟經(jīng)檢算，結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，可為同類型橋梁提供參考。

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