預應力空心板梁橋拼寬設計及計算分析

方睿

摘 要：本文介紹了目前國內高速公路改擴建項目中，橋梁拼接加寬的幾種主要方式，并對各種方式的優缺點和適用性進行了闡述。通過空間有限元仿真，分析預應力空心板上部結構拼接加寬后內力分布和變化情況，總結設計中需要關注的問題。

關鍵詞：預應力空心板梁橋；拼寬設計；計算分析

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

隨著國內經濟的快速增長，早期修建的不少高速公路交通量增長迅猛，部分道路交通日趨飽和，為改善這一狀況，需要對這些公路進行相應的改建或加寬擴建。本文將對常見橋梁拼接加寬方式及特點進行闡述，并對預應力空心板梁橋的拼寬設計和計算分析方法進行介紹。

1.橋梁拼寬方式及特點

1.1 拼寬方式

國內常見的高速公路橋梁加寬連接方式一般有3種：

（1）上、下部不連接：新、舊橋梁上、下部并列設置，通過設置工作縫分離。

（2）上、下部連接：新、舊橋上、下部結構通過植筋、澆筑濕接縫等實現結構連接。

（3）上部連接、下部不連接：新、舊橋梁基礎分離，通過改造舊橋邊梁或其它方式與新建部分的上部結構進行鉸接或剛接。

1.2 拼寬特點

（1）上、下部不連接

這種拼寬方式新、舊橋梁各自受力，可避免收縮徐變差和地基沉降差等對主體結構產生影響，同時簡化了施工程序。比如，大跨徑的連續梁橋加寬時，其收縮徐變差、不均勻沉降差及預應力反拱難以控制，通常會采用這種方式；另外，這種連接方式也可用于新、舊結構型式不同的拼寬橋梁。

這種連接方式的缺點也很明顯：首先，由于新、舊結構完全獨立，新建部分無法與舊結構聯合受力，在設計荷載標準提高時，原主梁的承載力有可能不滿足要求。另外，活載作用下新、舊橋主梁撓度不同步，加寬部分后期沉降等，極易造成連接部位鋪裝層破壞，產生縱向裂縫和橫向錯臺。由于上述缺點，高速擴建項目中無法大規模采用這種加寬方式。

（2）上、下部連接

上部結構連接，主要有翼板鉸接和翼板+橫隔梁剛接兩種。這種拼寬方式好處在于：首先，拼接后新、舊結構整體均勻受力，舊結構受到的活載效應降低；其次，可以較好的避免橋面連接處，受新、舊結構地基沉降差影響而產生變形和開裂。

這種方式的缺點在于：新建下部結構的混凝土收縮徐變和地基沉降受原有結構的約束。上述變形過大時，易造成連接界面或原結構拉裂；此外，下部構造也需采用植筋等技術連接，增加工程成本和施工技術難度。

因此，該方法一般在地質條件較好的區域，應用于T梁、箱梁等需要剛性連接的橋梁結構。

（3）上部連接、下部不連接

這種加寬方式的優點在于：首先，新、舊下部結構各自受力；其次，只要控制好沉降差，上部構造連接部位一般不容易出現開裂等問題。

缺點在于：連接后新、舊結構的沉降差和新、老材料的齡期差，會產生附加內力，致使上部構造連接處內力增大。針對不均勻沉降，新建結構可通過采用樁基礎，并適當增加樁長、超載預壓等措施減小工后沉降；針對收縮、徐變次應力等，一般通過合理增加配筋應對。

此種加寬方式大量應用于國內多條高速改擴建項目，質量穩定、效果良好。

2.空心板拼寬計算分析

2.1 基本信息

本次研究取某高速公路16m空心板算例，原橋上部為先張法空心板結構，拼寬橋為后張法空心板結構；原橋全寬28m，共13塊板，拼寬后全寬為42m，拼寬部分共7塊板。如圖1所示。

2.2 計算模型

本次研究計算分析借助空間有限元分析軟件Midas/civil2012，通過建立梁格模型進行模擬計算。

建立梁格模型時，使縱向梁格與梁板中心線重合，出于活載施加定位的需要，在邊梁懸臂端部、縱梁之間以及新、舊結構拼接部位均增設虛擬縱梁。

橫梁的間距應保證計算結果具有足夠的精度，并在支點的附近應適當加密。

同時，計算模型還進行了以下幾點假定：

（1）橋梁上部結構縱、橫向空間分析中不考慮縱、橫向坡度。

（2）新舊橋梁的邊界約束條件相同。

（3）對于空心板梁，新、舊橋梁采用翼緣板連接，連接方式為鉸接。

2.3 結論

（1）拼接后新、舊橋共同受力，對舊橋來說恒載內力減小，減小幅度由拼接側向遠端遞減。拼接后新橋收縮徐變會造成舊橋恒載增大，新橋恒載減小，增減幅度均由拼接側向遠端遞減。上述兩種作用相抵后，拼接后舊橋部分恒載作用略有增加。

（2）拼接后新、舊橋共同受力，舊橋整體活載內力降低，降低幅度由拼接側向遠端遞減。對于空心板而言，單片梁活載內力作用大于恒載，而拼寬后活載效應的降低幅度大于恒載的增加幅度。因此，拼寬后舊橋的恒、活載組合效應低于拼寬前。理論上來說，拼寬后原橋部分較拼寬前整體更加安全。

（3）對拼接部位而言，豎向受力模式主要為受剪，活載最不利加載工況為車輪直接作用在拼接部?？偟募袅獙⒑爿d、活載和新橋沉降效應進行組合，由于這幾項效應作用均較小，一般情況下不會出現應力超標的情況。拼接部縱橋向受新梁收縮徐變影響較大，應考慮此項作用對拼接部位的縱向鋼筋進行配筋驗算。

（4）對于預應力空心板梁橋來說，由于新舊板梁之間為結構弱連接，新橋沉降對拼接后的原橋部分影響不大，施工中只要控制新橋沉降不過大即可。

參考文獻

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