欒靜靜，余 波

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250031；2.山東省交通運輸事業(yè)服務(wù)中心，山東 濟南 250031）

引言

高速公路改擴建工程中很重要的問題是如何對已有橋梁進行拓寬，國內(nèi)在高速公路橋梁拓寬技術(shù)研究方面開展了很多工作，尤其在中小跨徑的T 梁、I 梁和空心板梁的拓寬技術(shù)研究上取得了一定成績，拓寬工藝也逐漸成熟。但國內(nèi)高速公路橋梁已拓寬實例中涉及錯孔布置混凝土連續(xù)梁拓寬結(jié)構(gòu)不多，這種橋型的橫向拓寬將使舊橋的受力狀態(tài)趨于復(fù)雜，尤其是舊橋由原先的連續(xù)箱梁橋變?yōu)檫吔鐥l件復(fù)雜的連續(xù)箱梁橋，其力學(xué)性能與原有橋梁會有很大的不同，迫切需要對每一座這種錯孔布置的橋梁橫向拼接問題做一完整的力學(xué)性能研究，從而對其橫向拼接的可行性作出更為合理的評價。

1 舊橋工程概況

某高速公路分離式立交橋為3 孔等截面連續(xù)箱梁橋，橋?qū)?7.0 m，凈空為5.0 m。橋梁設(shè)計荷載為：汽-超20，掛-120；地震基本烈度為8 度。橋面鋪裝：先澆5 cm 混凝土，涂FYT-I 型防水劑，再鋪9 cm 瀝青混凝土。箱梁采用滿堂支架現(xiàn)澆法施工，左右半橋跨徑不相同。橋梁橫坡由箱梁整體轉(zhuǎn)動2%完成，箱梁采用50 號混凝土，見圖1。

圖 1 橋梁布置 （cm）

2 橋梁拓寬方案

本橋左右兩幅為分離式，設(shè)計方案采用在每一幅橋的外側(cè)進行拓寬。舊橋單幅寬度為13.5 m，拓寬部分新橋?qū)挾葹?.0 m。原橋是單箱雙室連續(xù)箱梁橋，新拓寬橋梁擬采用單箱單室連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，兩者跨徑數(shù)量一致。由于舊橋與被交道路有一定的斜交角度，因此橫向拓寬時新舊橋之間的中支點不可能在同一橫斷面上，即新舊橋的中支點縱向是錯開布置的，同時跨徑布置相互錯開，形成了錯孔布置方式的橫向拓寬形式。舊橋左幅跨徑為31.60 m +40 m+25.06 m，新橋跨徑為36.25 m +40 m +20.41 m，形成錯孔布置的拓寬結(jié)構(gòu)，新舊橋之間采用鉸接連接。見圖2。

圖2 舊橋拼寬后平面（左幅） （cm）

現(xiàn)選取左半幅進行有限元模型設(shè)計，來研究拓寬后主梁的受力狀態(tài)分析，擬采用兩個工況進行計算分析：（1）工況1：建立舊橋受力模型，按照設(shè)計要求計算其關(guān)鍵截面的內(nèi)力值。（2）工況2：采用梁格法建立新、舊橋拼寬后的整體受力模型。為了分析新舊橋橫向拼接完成以后，由于結(jié)構(gòu)形式、邊界條件以及各種作用的變化給舊橋的截面受力帶來的內(nèi)力影響，著重考慮新橋混凝土收縮徐變、新橋基礎(chǔ)沉降、活載作用等對舊橋結(jié)構(gòu)的影響，分析拼接后舊橋的內(nèi)力變化值。

基于力學(xué)分析結(jié)果，綜合判斷舊橋在橫向拼接前后內(nèi)力變化是否能夠滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）的要求。如果滿足要求，表明新橋以錯孔布置方式進行橫向拼接是可行的。

3 計算分析

3.1 拓寬前主梁受力狀態(tài)分析

拓寬前舊橋模型采用Midas Civil 2016進行計算，應(yīng)用梁格法進行分析。共建立了381 個節(jié)點、652 個單元，有限元模型見圖3。

圖3 舊橋有限元模型

3.1.1 拓寬前舊橋承載能力極限狀態(tài)驗算

對于拓寬前老橋按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）進行承載力驗算：（1）活載。設(shè)計采用兩車道，實際采用3車道進行驗算。（2）附加荷載。①非線性溫度：拓寬前舊橋按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）規(guī)定，取橋面板整體升降溫5℃考慮；②整體升溫：計算體系取升溫、降溫各20℃；③支座沉降：舊橋按相鄰橋墩0.5 cm的不均勻沉降考慮。

舊橋驗算以主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土A 類構(gòu)件進行分析。為便于分析，取舊橋關(guān)鍵截面進行考察，見圖4。

圖4 驗算截面

3.1.2 拓寬前舊橋承載能力極限狀態(tài)驗算結(jié)果

對于舊橋主梁驗算，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）規(guī)定，作用效應(yīng)組合兩種情況：（1）組合Ⅰ：汽車-超20級與永久作用效應(yīng)進行組合。（2）組合Ⅱ：汽車-超20 級與永久作用效應(yīng)以及其他可變作用效應(yīng)進行組合。

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，對于舊橋主梁驗算，組合Ⅲ的效應(yīng)與組合Ⅰ與組合Ⅱ兩者中的設(shè)計值（兩種組合下的最值）相比較小，故取組合Ⅰ與組合Ⅱ進行設(shè)計驗算。根據(jù)《公路舊橋承載能力鑒定方法》，舊橋承載力須乘以0.9 的舊橋檢算系數(shù)。舊橋彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖見圖5。

圖5 拓寬前舊橋彎矩包絡(luò)和剪力包絡(luò)

3.2 拓寬后主梁受力狀態(tài)分析

分析模型采用Midas Civil 2016 進行計算，采用梁格法建立新、舊橋拼寬后的整體受力模型。為了分析新舊橋橫向拼接完成以后，由于結(jié)構(gòu)形式、邊界條件以及各種作用的變化給舊橋的截面受力帶來的內(nèi)力影響，著重考慮新橋混凝土收縮徐變、基礎(chǔ)沉降、活載作用等對舊橋結(jié)構(gòu)的影響，分析拼接后舊橋的內(nèi)力變化值。拓寬后拼接縫采用橫梁單元模擬，全橋整體模型共計單元1 283 個，節(jié)點738 個，有限元模型見圖6。

圖6 拓寬后全橋有限元模型

3.2.1 拓寬后舊橋承載能力極限狀態(tài)驗算

（1）活載

活載：設(shè)計采用四車道，實際采用5 車道進行驗算。老橋主梁進行驗算的布置形式見圖7。

圖7 活載布置方式（cm）

（2）附加荷載

①非線性溫度：拓寬結(jié)構(gòu)按《公路橋涵通用規(guī)范》（JTG D60—2015）橋面板最高溫度T1 取14℃、T2 取5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。②整體升溫：拓寬后新舊橋部分的計算體系都取升溫、降溫各20℃。③支座沉降：在連接后整體計算時，假設(shè)舊橋沉降已終止，新橋按照基礎(chǔ)工后沉降量0.5 cm 的不均勻沉降進行最不利組合。④收縮徐變：拓寬后新舊橋連接后整體計算時，假設(shè)舊橋收縮徐變已終止，只考慮新橋的收縮徐變對全橋的影響。

3.2.2 拓寬后舊橋承載能力極限狀態(tài)驗算結(jié)果

對于舊橋主梁驗算，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）的規(guī)定，作用效應(yīng)組合可以為兩種情況：（1）組合Ⅰ：汽車-超20 級與永久作用效應(yīng)進行組合。（2）組合Ⅱ：汽車-超20 級與永久作用效應(yīng)以及其他可變作用效應(yīng)進行組合。

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，對于舊橋主梁驗算，組合Ⅲ的效應(yīng)與組合Ⅰ與組合Ⅱ兩種組合下的設(shè)計值，相比較小，故取組合Ⅰ與組合Ⅱ進行設(shè)計驗算。拓寬后舊橋承載力驗算，彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖見圖8。

圖8 拓寬后舊橋彎矩包絡(luò)和剪力包絡(luò)

3.3 拓寬前后主梁內(nèi)力變化對比和分析

拓寬前后主梁彎矩和剪力對比見表1、表2。

表1 拓寬前后舊橋彎矩對比（kN·m）

表2 拓寬前后舊橋剪力對比（kN）

由拓寬前后彎矩和剪力變化對比結(jié)果可見：彎矩變化較大的截面，主要集中在1#支座處、第一跨（4#）、第二跨（7#）、（9#）處，但拓寬前后這些截面均未超出其承載能力。根據(jù)分析，橋墩處截面彎矩的變化主要是由橋墩基礎(chǔ)沉降引起，第一跨（4#）、第二跨（7#）、（9#）處截面的彎矩變化主要是由活載作用引起，收縮徐變等其他作用影響較小。

從舊橋主梁的驗算結(jié)果及內(nèi)力變化情況對比表明舊橋主梁內(nèi)力是符合《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）要求的，即該分離式立交是可以進行橫向拓寬的，但由于部分截面承載力富余度較小，建議結(jié)合舊橋現(xiàn)有使用狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合判斷舊橋是否需要加固補強或者無需采取措施即可進行橫向拓寬。

4 結(jié)語

現(xiàn)由于交通量的持續(xù)增長，許多已建的高速公路需要進行橫向拓寬，相應(yīng)沿線各座橋梁也需要橫向拓寬，錯孔布置拓寬后由于結(jié)構(gòu)形式、邊界條件以及各種作用的變化，需對舊橋拓寬前后進行承載能力極限狀態(tài)驗算，驗算應(yīng)按照“新橋新規(guī)范、老橋老規(guī)范”的原則進行。通過對某分離式立交橫向拓寬的可行性分析，以研究錯孔布置橋梁橫向拓寬的可行性分析方法，為類似橋梁的橫向拓寬方案研究提供參考作用。