既有預應力混凝土空心板橋校核分析

孫 瀟 劉振廷 閆磊源

(1.駐馬店市公路規劃勘察設計院，河南駐馬店 463000;2.華北水利水電大學，河南鄭州 450011)

裝配式預應力空心板橋是我國早期公路橋梁的主要形式，在公路改擴建中常采用同類型的裝配式預應力空心板梁予以加寬，本著可持續發展的原則，需對舊橋加固改造后繼續使用，以合理利用資源，節約投資。既有預應力空心板依據JTG 023-89公路橋涵設計通用規范［1］(以下簡稱:舊通規)和JTJ 023-85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［2］(以下簡稱:舊橋規)設計，而現行設計規范是JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范［3］(以下簡稱:新通規)和JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［4］(以下簡稱:新橋規)。從國內已完工的改擴建工程來看，加寬后運營不久后新舊交接處橋面鋪裝即出現了縱向裂縫，鉸縫出現了滲水和混凝土脫落等病害，舊橋易遭受單板受力等病害時有發生，因而亟待系統地進行既有舊橋加寬設計校核分析，以指導加寬加固設計，為工程實踐服務。本文將結合荷載橫向分布理論，對既有空心板按照新規范進行校核計算。

1 基本資料

為使問題更具有針對性，選取G4高速公路安陽—新鄉段某橋進行分析。該橋交叉角度90°，1×16 m，計算跨度15.5 m，原橋寬度2×12.0 m，配置有普通鋼筋 φ16，9根/板，預應力鋼筋采用型號為φj15的鋼絞線，每根鋼絞線張拉力為160.88 kN，18根/板。加寬寬度2×8 m，預應力鋼筋均采用270級φs15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，標準強度為1 860 MPa，每根張拉力為195.3 kN，22根/板，加寬橋面寬度2×8 m。整橋空心板橫斷面圖見圖1，混凝土鋪裝層厚度為80 mm，下部橋臺樁柱式臺，橋墩是柱式墩。按照新橋規，橋梁上部材料屬性列于表1，其中混凝土參數均為線性內插所得。為簡化計算，特做如下約定:1)先張法部分預應力混凝土A類構件，偏安全的，橋面板及鋪裝層混凝土不參與截面組合作用;2)不考慮空心板運營中強度等劣化;3)預應力張拉控制力為23.52 kN。

圖1 整橋空心板橫斷面圖

2 校核分析

2.1 橫斷面特性

橫斷面圖見圖1，中板和邊板相差非常小，因而計算時所有截面特性均按照中板進行，而邊板近似按照中板處理。經計算，毛截面面積是3 853.27 cm2，換算截面面積是3 960.58 cm2，毛截面重心距離板底距離為35.43 cm，換算截面重心距離底邊的距離為34.65 cm。換算截面慣性矩 I0=2.79×106cm4，截面抗彎模量

表1 新橋規下既有空心板材料屬性 MPa

2.2 汽車荷載效應

1)汽車荷載橫向分布系數計算。

a.跨中截面橫向分布系數。該分部是整個校核工作的基礎也是核心內容，目前常用的普通鉸接板法和查表法均未考慮加寬后新舊橋間的荷載橫向分布改變，且無法精確求得加寬后荷載橫向。建立有限元模型可解決該問題，但建立有限模型成本較高，且存在一定的主觀性。文獻［5］給出了基于力法和鉸接板法的考慮加寬效應的荷載橫向分布效應計算方法，故本文的橫向分布系數采用文獻［5］中的方法計算，且按照《新通規》中相應的折減系數進行折算。計算得到，非加寬側邊板橫向分布系數為0.257，是所有舊板中最大的板，故可僅驗算邊板。b.支點橫向分布系數。支點截面汽車荷載橫向分布系數按照杠桿法計算，因一列車輛的輪距為1.8 m，兩塊板中心間距為1 m，僅能布一排汽車輪載，所以支點橫向分布系數為0.5。

2)汽車荷載沖擊系數。加寬橋自振頻率f無法用《新通規》條文說明4.3.2計算，應采用有限單元法或者空間梁格法建立整橋模型計算。本文建立有限元模型，計算得到f=6.72 Hz，則由《新通規》4.3.2 式得 μ=0.321。

2.3 作用效應組合

限于篇幅，此處略去按照規范較為簡單的計算過程，僅將作用效應組合計算結果列于表2。值得注意的是，汽車荷載效應新舊規范變化較大，應由《新通規》4.3條計算，公路Ⅰ級荷載下，均布荷載qk=10.5 kN·m，集中荷載Pk=222 kN，計算剪力時:Pk=1.2 ×222 kN=266.4 kN。

表2 空心板作用效應組合計算匯總表

2.4 驗算結果

不考慮舊橋損傷，按照新橋規中對承載能力和正常使用的要求，分步進行計算，該過程較為繁瑣但原理為廣大設計人員所熟悉，限于篇幅，僅給出計算結果，見表3。由表3可知，舊板的最大彎矩未超過其截面抗力，正截面和斜截面抗裂也滿足規范要求，且有一定的安全儲備。撓度也遠小于規范允許值。因而，該橋安全儲備較大，經過簡單處理后可直接用于加寬工程。

表3 既有空心板截面復核結果

3 結語

雖然《新橋規》及《新通規》有了較大變化，但是新舊橋連接后，舊橋荷載橫向分布系數有所降低，經驗算其各項性能指標仍能滿足現行規范的要求，理論上可以直接用于加寬工程。但是該驗算的前提是空心板未遭受損傷，所以在實際設計中應根據現場情況，對空心板技術現狀進行評定，確定其損失程度，進而確定空心板是否需要加固或更換。

［1］JTG 021-89，公路橋涵設計通用規范［S］.

［2］JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［3］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

［4］JTJ D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［5］陳記豪，趙順波，姚繼濤.既有預應力空心板橋加寬設計的荷載橫向分布計算方法［J］.工程力學，2012，29(9):265-271.

［6］劉振廷，孫 瀟.預應力空心板加寬橋體外局部橫向預應力加固探析［J］.交通標準化，2013(2):71-73.