鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510650)

預(yù)制橋梁拼接設(shè)計(jì)研究

鐘健聰

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510650)

對(duì)預(yù)制空心板、T梁、小箱梁從結(jié)構(gòu)受力、施工工藝等進(jìn)行多種拼接方案比選，得出各類預(yù)制橋梁較為合理的拼接方式。并結(jié)合實(shí)際工程，計(jì)算拼接前后橋梁受力情況，驗(yàn)證了拼接方案的可行性。最后對(duì)影響拼接后新舊橋受力性能和耐久性的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析并提出了相應(yīng)處理措施。

預(yù)制橋梁；拼接；剛接；鉸接

0 引 言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及交通基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，越來越多早期修建的高速公路原設(shè)計(jì)通行量已不能滿足交通運(yùn)輸要求，需要擴(kuò)建。隨著路網(wǎng)的加密，也出現(xiàn)很多新建高速公路需與原有公路相接的情況。其中橋梁的拼接設(shè)計(jì)是該類工程的難點(diǎn)及控制性工程[1]。橋梁的拼接需考慮新舊橋的連接方式，舊橋連接后受力的改變，新舊橋的砼齡期及沉降差異等，考慮因素較多，施工復(fù)雜，工期長，對(duì)質(zhì)量要求高，技術(shù)難度大，與新建橋梁有較大的差異。因此對(duì)橋梁拼接設(shè)計(jì)進(jìn)行研究總結(jié)，是非常有必要的。

1 新舊橋拼接設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 設(shè)計(jì)原則

(1) 橋梁拼接可根據(jù)實(shí)際情況采用單側(cè)或雙側(cè)拼接加寬方式，橋梁設(shè)計(jì)服從路線總體設(shè)計(jì)。

(2) 整體拼接橋梁采用同跨徑、同結(jié)構(gòu)、同梁高進(jìn)行拼接加寬。

(3) 整體拼接方式，以對(duì)原橋結(jié)構(gòu)受力不產(chǎn)生明顯影響，施工方便可行，舊橋無需全封閉施工為原則。

(4) 針對(duì)不同橋梁的具體情況，可采用“上連下不連”、“上下均連接”的拼接方式。采用“上連下不連”的拼接方式時(shí)，新舊橋下部結(jié)構(gòu)單獨(dú)受力，受力明確，能避免基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)下部結(jié)構(gòu)的影響。本文所研究的橋梁拼接采用“上連下不連”的拼接方式。

1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

不同時(shí)期的橋梁設(shè)計(jì)所依據(jù)的規(guī)范有所不同。目前在役有擴(kuò)寬的橋梁，普遍依據(jù)的設(shè)計(jì)規(guī)范是1989年或2004年版的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，而新建的橋梁采用的是2015版《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》。更早修建的橋梁，由于使用年限久遠(yuǎn)，荷載等級(jí)低，具備拼接擴(kuò)寬條件的較少。不同年代的規(guī)范其汽車荷載有所變化，橋梁的承載力計(jì)算方式及相應(yīng)的系數(shù)也有所變化，總體上是荷載越來越大，要求越來越嚴(yán)。對(duì)拼接橋梁首先應(yīng)確定加寬設(shè)計(jì)的荷載等級(jí)及采用的規(guī)范。參考國內(nèi)外高速公路的擴(kuò)建經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)設(shè)計(jì)細(xì)則，對(duì)需拼接橋梁，既有橋涵極限承載能力應(yīng)滿足或采用加固措施后滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求；正常使用極限狀態(tài)應(yīng)滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求[2-3]。

2 橋梁上部結(jié)構(gòu)拼接方式

對(duì)上部結(jié)構(gòu)整體拼接的橋梁，參照其它改擴(kuò)建工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空心板、T梁、小箱梁等常規(guī)預(yù)制結(jié)構(gòu)，考慮原有結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，分別提出剛接、鉸接以及伸縮縫拼接三種連接方式，并綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、原有橋梁技術(shù)狀況、地質(zhì)情況、現(xiàn)場施工條件等對(duì)各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)行綜合分析比較，得出相對(duì)合理的拼接方式。

2.1 空心板橋拼接方式

對(duì)預(yù)制空心板，綜合其構(gòu)造尺寸、橫向布置和受力分析結(jié)果，提出三種拼接方案，詳見圖1～圖3。三種拼接方案的優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1。

圖1 空心板梁拼接方案一(鉸接)

圖2 空心板梁拼接方案二(剛接)

圖3 空心板梁拼接方案三(伸縮縫拼接)

表1 空心板拼接方案比較表

由以上比較可知，無論是施工難易程度，還是結(jié)構(gòu)受力方面，拼接方案一均較優(yōu)。方案二采用剛接，改變了原結(jié)構(gòu)空心板鉸接的受力模式，對(duì)新舊結(jié)構(gòu)受力不利；方案三行車舒適性較差，后期維護(hù)工作量大。因此，推薦采用方案一。

2.2 T梁拼接方案

對(duì)預(yù)制T梁，與空心板類似，提出剛接、鉸接[4]以及伸縮縫連接三種拼接方案，見圖4、圖5，方案三伸縮縫拼接方式與空心板類似。三種拼接方案的優(yōu)缺點(diǎn)詳見表2。

圖4 T梁拼接方案一(剛接)

圖5 T梁拼接方案二(鉸接)

表2 T梁拼接方案比較

由以上比較可知，方案一為剛性連接，橫向強(qiáng)連接，剛度大,整體共同受力好，拼接更可靠，與原T梁剛接的受力模式較為接近。方案二僅有翼板連接，對(duì)施工的拼接高差要求高，拼接比較薄弱,容易導(dǎo)致橋面縱向開裂。綜合比選推薦采用方案一。

2.3 小箱梁拼接方案

對(duì)預(yù)制小箱梁，參考空心板及T梁，提出剛接、鉸接[5-6]、伸縮縫連接三種拼接方案，見圖6、圖7方案三伸縮縫拼接方式與空心板類似。

圖6 小箱梁拼方案一(剛接)

圖7 小箱梁拼接方案二(鉸接)

三種拼接方案的優(yōu)缺點(diǎn)詳見表3。

表3 小箱梁拼接方案比較

由以上比較可知，方案一為剛性連接，橫向強(qiáng)連接，剛度大,整體共同受力好，拼接更可靠，與原有小箱梁剛接的受力模式較為接近。方案二僅有翼板連接，對(duì)施工的拼接高差要求高，拼接比較薄弱，容易導(dǎo)致橋面縱向開裂。綜合比選推薦采用方案一。

3 工程應(yīng)用

根據(jù)以上分析結(jié)果，采用推薦的拼接方式，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，計(jì)算上部結(jié)構(gòu)拼接前后受力情況。限于篇幅，本文只列出T梁原有舊橋拼接前后計(jì)算結(jié)果，其橫斷面布置見圖8。為精確模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，計(jì)算采用橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)分析軟件MIDAS Civil 2012，建立空間梁格模型進(jìn)行分析，見圖9。各T梁之間用橫向梁單元連接。T梁主梁計(jì)算采用最新規(guī)范車道荷載加載，考慮車道的橫向折減系數(shù)。

圖8 16mT梁拼接橫斷面圖

圖9 16mT梁MIDAS空間梁格模型

3.1 拼接前16mT梁計(jì)算結(jié)果(見表4、表5)

表4 拼接前邊梁計(jì)算結(jié)果

表5 拼接前中梁計(jì)算結(jié)果

3.2 拼接后舊橋16mT梁計(jì)算結(jié)果(見表6、表7)

表6 拼接后邊梁計(jì)算結(jié)果

表7 拼接后中梁計(jì)算結(jié)果

3.3 計(jì)算結(jié)論

由以上計(jì)算結(jié)果可知，原有16mT梁拼接前邊梁抗裂不滿足新規(guī)范要求，但考慮粘貼碳纖維布加固后能滿足要求。拼接后邊梁、中梁極限承載力狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度均滿足新規(guī)范要求。拼接后，由于新建橋梁分擔(dān)了部分荷載，原有舊橋彎矩和剪力效應(yīng)值略有下降。

4 橋梁拼接的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 新舊橋結(jié)構(gòu)收縮徐變差異

對(duì)拼寬的橋梁，一般舊橋已經(jīng)通車運(yùn)營多年，砼收縮徐變已基本完成，而新橋建成初期其收縮徐變較為顯著，新舊橋拼接后收縮徐變差異大，極易引起拼接處開裂。針對(duì)此問題，首先要選擇合適的拼接方式，并可通過延長預(yù)應(yīng)力張拉前的砼養(yǎng)護(hù)齡期和存梁時(shí)間甚至新橋建成一段時(shí)間再實(shí)施拼接，盡可能推遲新舊橋的拼接時(shí)間，使新橋收縮徐變充分發(fā)展，減小新舊橋之間的差異。

4.2 新舊橋基礎(chǔ)沉降差異

舊橋已通車運(yùn)營多年，在恒載及活載的長期作用下，樁基沉降已基本完成。而加寬橋基礎(chǔ)實(shí)施完成后，樁基遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，隨著二期恒載、活載的施加，基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生沉降變形，引起新舊橋之間的沉降變形差異，進(jìn)而引起拼接處開裂。

嚴(yán)格控制新橋樁基的沉降對(duì)策：

(1)盡可能采用嵌巖樁，并適當(dāng)提高摩擦樁的安全儲(chǔ)備。

(2)嚴(yán)格控制樁底沉淀土厚度，對(duì)樁底持力層為黏土、粉砂等較差地層，進(jìn)行樁底后壓漿，以提高承載力，減少樁底土體壓縮變形。

(3)合理安排施工工序，在加寬橋拼接前，架設(shè)梁板，并盡可能把整體化、防撞欄、部分橋面鋪裝等荷載施加在橋面上，放置一段時(shí)間后再進(jìn)行拼接。必要時(shí)還可在加寬橋橋面上進(jìn)行堆載預(yù)壓。

4.3 新舊橋拼接后的共同受力

(1)拼接前要求對(duì)舊橋進(jìn)行全面檢測(cè)，如不能滿足相關(guān)規(guī)范要求，須加固處理滿足拼接要求后方可實(shí)施拼接。

(2)拼接處兩側(cè)的板梁受力分析。對(duì)拼接處，尤其是簡支梁，新橋跨中反拱持續(xù)增大，受拼接后協(xié)調(diào)變形影響，舊橋的部分荷載將傳至新橋分擔(dān)，在梁板設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮。

4.4 橋梁拼接必須加強(qiáng)施工期間的監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整

對(duì)于拼接橋梁，需對(duì)新舊橋樁基沉降進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)(特別是荷載變化前后需進(jìn)行觀測(cè))。根據(jù)新舊橋長期監(jiān)測(cè)的沉降資料，經(jīng)相關(guān)方面確認(rèn)后，實(shí)行拼接施工，確保拼接后的新舊橋基礎(chǔ)沉降差異值控制在設(shè)計(jì)允許值內(nèi)。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合實(shí)際的工程，通過對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)不同拼接方式的結(jié)構(gòu)受力、施工工藝等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，得出以下結(jié)論：

(1) 橋梁拼接應(yīng)確定合理的設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 橋梁的拼接方式應(yīng)結(jié)合原有舊橋的受力特點(diǎn)、施工工藝等綜合考慮，盡量不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的受力模式。

(3) 根據(jù)拼接方式計(jì)算新舊橋受力情況。對(duì)原有舊橋，若受力不滿足要求，拼接前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行加固。

(4) 橋梁拼接需特別注意新舊結(jié)構(gòu)收縮徐變及基礎(chǔ)沉降差異并采取處理措施。

[1]林上順.我國橋梁擴(kuò)建技術(shù)研究綜述[J].華東公路,2015,(2):5-8.

[2]JTG/TL11-2014,高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[3]劉雙喜,余江,馬學(xué)軍.從莞高速公路互通區(qū)橋梁拼寬設(shè)計(jì)與施工工藝[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版，2015,(3):181-183.

[4]劉磊，鐘銘.分離式橋梁一體化連接合理形式分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2006,6(12):1745-1748.

[5]李超，李震.改擴(kuò)建橋梁拼接部位的受力性能研究[J].中外公路,2008,28(5):189-192.

[6]王麗娜.關(guān)于拼寬橋梁方式合理性的探討[J].青海交通科技,2016,(4):83-84.

Research on Design of Precast Bridges Splicing

ZHONG Jian-cong

(Guangdong Communication Polytechnic, Guangzhou 510650, China)

This paper focuses on the research of hollow slab,T beam and small box girder bridge,from the force structure and construction technology for a variety of splicing schemes,concluded more reasonable splicing methods of precast bridges. Combined with practical engineering,the force of the bridge before and after splicing is calculated. At last,the key technologies of the influence of the new and old bridge after splicing are analyzed and the corresponding measures are put forward.

precast bridges;splicing;rigid joint;hinge joint

2017-03-01

鐘健聰(1978-)，男，廣東博羅人，高級(jí)工程師，碩士，E-mail：763560@qq.com。

U448.218

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.02.003

1671-234X(2017)02-0008-06