沈小雷，葉建龍，郭斌強

（浙江省交通規(guī)劃設計研究院，杭州　310006）

基于舊橋改造的簡支空心板橋拓寬設計研究

沈小雷，葉建龍，郭斌強

（浙江省交通規(guī)劃設計研究院，杭州310006）

針對簡支空心板橋拓寬拼接縫設計，提出一種應用自攻螺栓的結構形式?；阢q接板法對一種適用于此類拼接設計的橫向分布系數(shù)計算方法進行改進，對拓寬前后常見的不同跨徑簡支空心板受力狀態(tài)進行分析，并將內(nèi)力值和應力值與規(guī)范限值進行對比，總結受力規(guī)律，并對基于舊橋改造的簡支空心板橋拓寬設計提出一些建議。

橋梁工程；舊橋改造；拓寬接縫；橫向分布系數(shù)；空心板

近年來，我國交通量持續(xù)增長，尤其是在東南沿海地區(qū)，已建成4車道高速公路的許多路段超負荷運營，故將其拓寬至6車道或8車道已經(jīng)迫在眉睫，而公路拓寬則涉及公路橋梁拓寬，因此將出現(xiàn)許多拓寬橋梁設計的情況。

拓寬橋梁設計和施工所涉及的因素遠比新建橋梁要多，原則上要求拓寬橋梁配跨、結構形式、伸縮縫設置位置等應與舊橋一致。改建前應對舊橋進行詳細調(diào)查［1］，了解其存在的病害、缺陷，以確定維修加固措施，必要時應選擇部分橋梁進行靜力和動力荷載試驗，以確定其承載能力。橋梁拓寬應盡量減少拆除工程量，并應正確處理好新建橋梁與既有橋梁之間的縱向聯(lián)結，減少半幅封閉施工時間［2］。

拓寬工程橋梁設計需遵循“老橋老標準，新橋新標準”原則。目前，浙江省待拓寬高速公路橋梁的設計荷載等級一般為汽-超20、掛-120；拓寬新建部分及完全新建橋涵設計荷載等級采用現(xiàn)行標準公路-I級［3］。

浙江省高速公路橋梁拓寬設計中，對原橋梁、拼接部位、拓寬后橋梁整體進行結構分析和驗算：對原橋梁采用舊標準進行正常使用狀態(tài)評價；承載能力極限狀態(tài)計算需滿足現(xiàn)行荷載標準，若不滿足則建議進行加固處理；有條件時，采用現(xiàn)行標準中的荷載等級對拓寬后橋梁進行整體檢算。

本文依托甬臺溫復線、杭長高速公路及杭金衢高速公路等數(shù)個浙江省高速公路拓寬項目，提出新舊橋梁連接部位的設計方法，并對簡支空心板橋拓寬的橫向分布系數(shù)、承載能力和抗裂性計算進行研究，為后續(xù)的工程應用提供參考。

1　拓寬接縫設計

以往舊橋改造工程中，新舊橋接縫多采用焊接植筋和化學植筋。鋼筋焊接對植筋膠錨固力影響較大，普通植筋膠無法滿足焊接要求，須采用特制植筋膠才能保證鋼筋焊接后的錨固力［4］?，F(xiàn)場實際操作時，監(jiān)理人員很難辨別施工方所采用的是普通植筋膠還是特制植筋膠，且植筋膠的用量是否滿足要求也難以鑒定，由于施工質量無法保證，易造成拼接縫病害［5-6］。

因此，建議鋼筋混凝土、預應力混凝土空心板間拼接進行如下設計：在新舊橋空心板間設置縱向濕接頭，寬25～75 cm不等，厚一般為30～ 40 cm；在舊橋邊板上（帶懸臂的邊板需先鑿除懸臂部分）打出深約20 cm的螺紋母孔，用壓縮氣槍清理母孔后，旋入自攻螺栓確保緊密連接，新板的預埋鋼筋與舊板上已安裝的自攻螺栓通過焊接連接。新舊橋拼接部位的濕接頭混凝土強度等級與新橋一致。為加強空心板間的連接，在新舊空心板上橫向左右各拓展65 cm寬范圍內(nèi)的橋面鋪裝混凝土，將其與濕接頭混凝土采用1次性澆筑，并對此處的橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)進行加強，如圖1所示。

圖1　拓寬接縫示意

為保證現(xiàn)澆濕接頭施工時橋上車輛的通行，施工中應在新舊空心板間設置臨時型鋼連接夾具，以使新舊橋在車輛荷載作用下共同受力，變形連續(xù)協(xié)調(diào)，從而保證現(xiàn)澆濕接頭混凝土在強度形成過程中不受舊橋在車輛荷載作用產(chǎn)生的剪力作用，保證現(xiàn)澆濕接頭混凝土的質量。

2　橫向分布系數(shù)

隨著計算機技術的快速發(fā)展，橋梁設計有限元軟件應運而生，使得橋梁空間有限元模型的建立不再復雜［7］。但是，對于中小跨徑簡支梁橋而言，多數(shù)設計人員還是習慣于采用橫向分布系數(shù)方法，即將空間問題轉化為平面問題。而針對基于舊橋改造的簡支空心板橋拓寬特殊結構，由于既有橋梁與拓寬橋梁之間的連接構造可以傳遞彎矩，故應按剛性連接考慮，這與傳統(tǒng)鉸接法計算空心板橋橫向分布系數(shù)存在本質的區(qū)別。

因此，針對拓寬結構，應綜合考慮鉸接法與新舊連接部位可傳遞彎矩的特點，對新舊橋梁進行橫向分布系數(shù)計算，并與既有橋梁橫向分布系數(shù)進行對比，以判斷拓寬前后荷載對既有橋梁的影響。本文提出的計算橫向分布系數(shù)方法為：舊橋與拓寬橋之間連接按剛性連接考慮，梁板之間的其余連接則仍按鉸接考慮［8］。

選取2例簡支空心板雙向4車道拓寬為雙向6車道工程進行計算。橋例1為13 m跨徑空心板，橋梁單側拓寬4.0 m；舊橋采用寬124 cm，梁高60 cm的裝配式混凝土空心板梁，拓寬部分采用寬1.24 m，梁高60 cm的裝配式預應力混凝土空心板梁。橋例2為16 m跨徑空心板，橋梁單側拓寬4.0 m；舊橋采用寬124 cm，梁高80 cm的裝配式混凝土空心板梁，拓寬部分采用寬1.24 m，梁高80 cm的裝配式預應力混凝土空心板梁。2個橋例新舊梁板均通過67.5 cm現(xiàn)澆濕接頭剛性連接。標準斷面及梁板編號如圖2所示（示意一半，另一半對稱）。圖2中，舊橋部分9片空心板，梁號為①～⑨；拓寬部分3片空心板，梁號為⑩～○12。橫向分布系數(shù)計算結果見表1。

圖2　橋梁標準橫斷面示意

表1　橫向分布系數(shù)計算結果

由表1數(shù)據(jù)可以看出，橋例1舊橋9塊空心板的橫向分布系數(shù)按雙車道計算，外邊梁與中梁分別為0.395與0.297；拓寬后12塊板按2車道計算，外邊梁與中梁橫向分布系數(shù)分別為0.399與0.327，按3車道計算，外邊梁與中梁橫向分布系數(shù)分別為0.360與0.318。橋例2舊橋9塊空心板的橫向分布系數(shù)按雙車道計算，外邊梁與中梁橫向分布系數(shù)分別為0.376與0.287；拓寬后12塊板按2車道計算，外邊梁與中梁橫向分布系數(shù)分別為0.366與0.304，按3車道計算，外邊梁與中梁橫向分布系數(shù)分別為0.341與0.294。

由此可知，拓寬后舊橋邊板和中板橫向分布系數(shù)較拓寬前均有所減小，受力偏有利；拓寬后按雙車道計算受力較不利，為控制工況；由于新板與舊板的連接按剛性連接考慮，故最不利中板應為與舊橋相接的拓寬梁板，其與傳統(tǒng)設計所認為的最不利中板為次邊板不同，須特別注意。

3　內(nèi)力應力驗算

本文對甬臺溫復線、杭金衢高速公路等浙江省高速公路拓寬項目中遇到的簡支空心板拓寬案例進行了抗彎極限承載能力和正常使用狀態(tài)抗裂性驗算。驗算工況選用較不利的雙向4車道拓寬為雙向6車道，并選取了8、10、13、16和20 m等最常用的5種跨徑進行匯總分析。

3.1抗彎極限承載能力

舊橋拓寬后，簡支空心板抗彎極限承載能力均需滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，計算結果見表2。

由表2數(shù)據(jù)可知，按85規(guī)范要求，舊橋抗彎極限承載能力富裕度在拓寬后有所提高，說明橋梁受力狀態(tài)有所改善，受力狀態(tài)與橫向分布系數(shù)計算得到的結論一致；現(xiàn)行規(guī)范對小跨徑橋梁的荷載提高較大，8、10 m跨徑舊橋空心板無法滿足04和14規(guī)范荷載下的抗彎極限承載能力要求，13 m跨徑舊橋空心板滿足04規(guī)范要求，但不滿足14規(guī)范荷載下的抗彎極限承載能力要求，故建議進行加固后繼續(xù)使用。

3.2正常使用狀態(tài)抗裂性驗算

拓寬橋梁正常使用狀態(tài)下的抗裂性需滿足規(guī)范要求，簡支空心板舊橋部分正常使用狀態(tài)下的抗裂性需滿足設計時采用的85規(guī)范要求，拓寬部分需滿足現(xiàn)行04和14規(guī)范要求。

8 m跨徑簡支空心板多為鋼筋混凝土構件，需驗算裂縫寬度，其余跨徑多為預應力構件，需驗算其正應力和主應力。經(jīng)計算，由于拓寬后橫向分布系數(shù)減小，改善了舊橋梁板的受力狀態(tài)，使得8 m跨徑簡支空心板裂縫寬度較拓寬前有所降低；其余跨徑最不利截面正應力均能保證受壓，主拉應力也較拓寬前有所減小，均能滿足規(guī)范限值。

表2　舊橋抗彎極限承載能力富余度計算結果

4　結論

1）針對簡支空心板橋拓寬拼接縫設計提出了一種應用自攻螺栓的結構形式及其施工方法與注意事項，有效解決了以往新舊橋采用焊接植筋和化學植筋處理接縫導致的拼接縫病害。

2）針對簡支空心板拓寬橋梁提出了一種更準確的橫向分布系數(shù)計算方法，即舊橋與拓寬橋之間的連接應按剛性連接考慮，梁板之間的其余連接則仍按鉸接考慮。

3）拓寬后，舊橋受力狀態(tài)有所改善，但是將跨徑小于16 m的簡支空心板雙車道拓寬成3車道時，建議需對舊橋進行加固后再使用。

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Study on Broadening Design of Simply Supported Hollow Slab Bridge in Old Bridge Reconstruction

SHEN Xiaolei，YE Jianlong，GUO Binqiang

This paper suggests a structure using tap bolt for jointing design for simple supported hollow slab broadening.Based on hinged slab method，this paper improves the transverse distribution indices calculation that suits for this jointing design.In addition，this paper performs analysis to different span simple supported hollow slab stress status before/after broadening，and compares inner force and stress with limits to summarize stress rules and give suggestions for broaden design of simple supported hollow slab bridge in old bridge reconstruction.

Bridge project；old bridge reconstruction；broadening jointing；transverse distribution index；hollow slab

1009-6477（2016）04-0101-04

U442.5

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.023

2016-03-23

沈小雷（1975-），男，江蘇省啟東市人，碩士，高工。