陳 武

（祎海城市規(guī)劃設(shè)計(jì)（上海）有限公司，上海 200000 ）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通量的增加，早期修建的一些道路已不能滿足現(xiàn)有的交通需求，從而造成交通擁堵，為改善這種現(xiàn)況，需對(duì)其進(jìn)行加寬改造[1]。簡(jiǎn)支空心板梁橋在一些低等級(jí)公路中大量采用，故在一些道路拓寬改造項(xiàng)目中，經(jīng)常要涉及空心板梁橋的加寬改造。

本文以上海青浦區(qū)塘昆路提檔升級(jí)改造工程項(xiàng)目為依托，參考借鑒實(shí)際橋梁拼寬工程，給出合適的橋梁拼寬方案，然后采用Midas 建立空間有限元模型，對(duì)比各不同拼寬方案下在新橋沉降、收縮徐變、車(chē)道荷載等作用下的整體受力分析，比選出最優(yōu)的拼寬方案用于設(shè)計(jì)及施工。

1 空心板梁橋的拼寬方案

目前橋梁拼寬方案主要有上下部結(jié)構(gòu)均不相連、上下部結(jié)構(gòu)均相連、上部結(jié)構(gòu)相連，下部結(jié)構(gòu)不連三種[2]?？紤]到老橋已運(yùn)營(yíng)多年，基礎(chǔ)沉降及混凝土收縮徐變已趨于穩(wěn)定，又由于上海地區(qū)為軟土地基，新老橋間不均勻沉降差異明顯，如果采用下部結(jié)構(gòu)相連，會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)連接處產(chǎn)生裂縫等橋梁病害，故否定下部結(jié)構(gòu)相連的拼寬方案。通過(guò)調(diào)查收集上海地區(qū)的加寬改造項(xiàng)目，空心板梁橋拼寬方案主要采用以下3 種模式。

1.1 下部結(jié)構(gòu)不連，上部結(jié)構(gòu)剛性連接

剛性連接是指新舊橋梁之間通過(guò)濕接縫及端橫梁形成剛性體系。一般做法為：鑿除舊橋邊梁翼緣板混凝土，露出翼緣板鋼筋與新建邊板翼緣的預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接，并保證10d 的鋼筋焊接長(zhǎng)度，并在舊橋邊板端橫梁位置處進(jìn)行植筋與新橋邊板端橫梁預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接形成鋼筋網(wǎng)，最后對(duì)連接段進(jìn)行澆筑混凝土使新老橋上部結(jié)構(gòu)形成整體（如圖1）。

圖1 老橋與新橋上部板梁剛接構(gòu)造圖

此拼寬連接方式的優(yōu)點(diǎn)是連接牢靠，位置易調(diào)整，且行車(chē)平順。但由于其連接部為剛性連接，連接部位不僅要傳遞剪力還要傳遞彎矩，在新橋的沉降、收縮、徐變等作用下對(duì)老橋及連接部受力不利，且在老橋端橫梁處需要植筋，植筋過(guò)程中可能會(huì)破壞預(yù)應(yīng)力鋼筋。

1.2 下部結(jié)構(gòu)不連，上部結(jié)構(gòu)鉸接

此方案為在新老橋連接部位通過(guò)縱向鉸縫進(jìn)行連接。拼接時(shí)，需拆除老橋邊板，用中板進(jìn)行替換，在新老橋之間通過(guò)現(xiàn)澆鉸縫進(jìn)行連接。此拼寬連接方式僅傳遞剪力，不傳遞彎矩，與剛性連接相比，無(wú)需鑿除老橋邊板翼緣混凝土，且無(wú)需對(duì)老橋進(jìn)行植筋。在后期運(yùn)營(yíng)階段，新橋的沉降、收縮、徐變作用對(duì)老橋的效應(yīng)相比剛性連接較低，但也較易引起連接處橋面開(kāi)裂，且還需更換一塊邊板，造價(jià)相對(duì)較高。

1.3 下部結(jié)構(gòu)不連，上部結(jié)構(gòu)也不連

此方案新橋與老橋之間各自相互獨(dú)立，互不影響，避免了新建橋梁沉降、收縮、徐變對(duì)老橋的影響。此方案采用型鋼伸縮縫進(jìn)行斷縫處理（如圖2），由于型鋼伸縮縫的存在，很好的適應(yīng)了新老橋之間的橫向及豎向變形差異，從而有效阻止了斷縫處橋面鋪裝的開(kāi)裂問(wèn)題，且防水效果較好，以及縱向伸縮縫維修更換方便。

圖2 新橋與老橋上部板梁不連接圖

2 工程背景

塘昆路農(nóng)村改建工程提檔升級(jí)工程柘澤塘橋跨越柘澤塘河，該橋跨徑布置為13+22+13m，老橋上部結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，橫向布置4 片空心板，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式鉆孔灌注樁接承臺(tái)基礎(chǔ)，橋?qū)?.5m，橋面布置為：凈4+2x0.25m 欄桿，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果資料，老橋檢測(cè)評(píng)定等級(jí)為2 類(lèi)橋，滿足現(xiàn)行公路-II 級(jí)車(chē)道荷載通行要求。根據(jù)要求對(duì)原橋進(jìn)行加寬改造，需拓寬至7m，拼寬橋梁采用2 片空心板,拼寬后為雙車(chē)道布置，設(shè)計(jì)荷載：公路-II 級(jí)。

3 計(jì)算分析

3.1 建立模型

采用Midas civil 軟件建立有限元模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對(duì)上部板梁建立梁格模型，縱梁按實(shí)際板梁截面進(jìn)行建立，橫梁按空心板的頂板截面進(jìn)行建立，利用剛性橫梁模擬新老橋之間的剛接，通過(guò)釋放梁端約束的邊界條件來(lái)模擬新老橋之間的鉸接和不連接。其中為模擬新老橋接縫處結(jié)構(gòu)不連接，利用釋放梁端約束邊界，釋放連接處的平動(dòng)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，使其既不傳遞剪力又不傳遞彎矩。模擬鉸接時(shí)，只釋放轉(zhuǎn)動(dòng)位移，使其只傳遞剪力不傳遞彎矩[3-4]。

3.2 新橋收縮徐變對(duì)老橋受力的影響

老橋由于長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的運(yùn)營(yíng)，其收縮徐變已趨于穩(wěn)定，而拼寬的新橋部分的收縮徐變才剛開(kāi)始。在計(jì)算模型中，不考慮老橋部分的收縮徐變，新橋部分考慮10年的收縮徐變。如若新老橋之間采用剛接或鉸接，老橋部分會(huì)對(duì)新橋部分的收縮徐變形成約束，進(jìn)而對(duì)老橋部分產(chǎn)生附加次內(nèi)力。新老橋之間采用結(jié)構(gòu)不連接時(shí)，各自結(jié)構(gòu)受力獨(dú)立，新橋部分收縮徐變對(duì)老橋不影響。新橋收縮徐變對(duì)老橋的受力影響，見(jiàn)表1 和表2。

表2 新橋收縮作用引起老橋空心板梁的最大彎矩

3.2 車(chē)道荷載對(duì)老橋受力的影響

老橋拼寬前，原老橋橋面寬度為4.5m，上部結(jié)構(gòu)布置4 片空心板梁，橋面只能布置一個(gè)車(chē)道。拼寬成7m 后，橋面能布置雙車(chē)道，原老橋空心板橫向分布系數(shù)增大，原老橋空心板所受活載增大，拼寬所帶來(lái)的車(chē)道數(shù)的增加不利于老橋空心板。根據(jù)老橋檢測(cè)資料，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)老橋空心采取一定的加固設(shè)計(jì)。老橋在拼寬前及各種拼寬連接后，車(chē)道荷載在偏載最不利布置情況下，引起老橋空心板的跨中最大彎矩見(jiàn)表3。

表3 車(chē)道荷載引起老橋空心板梁的最大彎矩

3.3 支座沉降對(duì)老橋受力的影響

老橋由于運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，基礎(chǔ)沉降已基本完成，而拼寬部分新橋的基礎(chǔ)沉降才剛開(kāi)始。如若新老橋之間拼寬連接采用剛接或鉸接，新橋部分的基礎(chǔ)沉降會(huì)受到老橋的約束，必將對(duì)老橋部分產(chǎn)生附加內(nèi)力。若新老橋之間采用結(jié)構(gòu)不連接時(shí)，新老橋之間各自受力獨(dú)立，新橋基礎(chǔ)的沉降對(duì)老橋不影響。根據(jù)新老橋之間剛接和鉸接的梁格模型分析得，新橋的基礎(chǔ)沉降對(duì)老橋拼寬處的邊板影響較大，且所產(chǎn)生的彎矩由端部到跨中依次減小，對(duì)依次往內(nèi)的中板影響逐漸減小。新橋沉降對(duì)老橋的受力影響見(jiàn)表4.

表4 新橋沉降引起老橋空心板梁的最大彎矩

4 結(jié)論

以塘昆路柘澤塘橋拼寬改造項(xiàng)目為依托，建立新老橋拼寬之間剛接、鉸接、不連接3 種有限元模型，對(duì)比3 種不同拼寬連接方式下，新橋收縮徐變、沉降、以及車(chē)道荷載對(duì)老橋的受力影響，得出以下結(jié)論：

（1） 拼寬連接處采用剛接或鉸接時(shí)，新橋部分板梁的收縮徐變對(duì)老橋的受力影響基本相同，而采用不連接時(shí)，對(duì)老橋不影響。

（2） 拼寬后隨著車(chē)道數(shù)的增加，老橋部分板梁的內(nèi)力較拼寬后有所增加，采用鉸接和剛接時(shí)，增加的內(nèi)力基本相同，而采用不連接時(shí)，增加的內(nèi)力最大，但通過(guò)對(duì)老橋采用加固設(shè)計(jì)后，老橋承載能力滿足規(guī)范要求。

（3） 拼寬連接采用剛接或鉸接時(shí)，新橋的基礎(chǔ)沉降對(duì)老橋的受力影響基本相同，且內(nèi)力都是由端部到跨中依次減小，對(duì)老橋其他空心板依次往內(nèi)逐漸減小，而采用不連接時(shí)，對(duì)老橋不影響。

綜上所述，推薦空心板拼寬采用帶縱向伸縮縫的結(jié)構(gòu)不連接方案。