農(nóng)村公路T梁加寬設(shè)計(jì)分析方法

羊金賢

(海南路橋工程有限公司 三亞 572000)

在農(nóng)村公路的路網(wǎng)建設(shè)中，很多情況下地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒(méi)有足夠的資金進(jìn)行鄉(xiāng)村公路的建設(shè)，農(nóng)村公路拼寬既能解決農(nóng)村公路窄、彎、險(xiǎn)的安全隱患，又能節(jié)省投入資金，成為當(dāng)下農(nóng)村公路建設(shè)的熱點(diǎn)[1]。在路網(wǎng)的加寬中，不可避免會(huì)遇到原有的窄橋，通常農(nóng)村公路拼寬的寬度不大，窄橋只需滿足最低加寬要求。針對(duì)這種加寬不大的橋梁，本著節(jié)約成本的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足規(guī)范要求下，盡量節(jié)省造價(jià)，提高橋梁交通的服務(wù)水平[2]。以下主要介紹在下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承載能力高的情況下，不改變下部結(jié)構(gòu)，只針對(duì)上部結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行加寬的設(shè)計(jì)方案，為廣大參與農(nóng)村公路加寬設(shè)計(jì)的工程人員提供參考。

1 工程概況

某橋凈寬4.5 m、凈高8 m。該橋跨徑為3×13 m的T形梁橋，橋面連續(xù)，下部采用U形橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)，重力式橋墩，橋面寬度為4.5 m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)，橋長(zhǎng)47.04 m。原橋見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 原橋?qū)嵉貍?cè)面場(chǎng)景

圖2 原橋?qū)嵉卣鎴?chǎng)景

由于該橋位于拼寬公路上，原橋凈寬4.5 m只滿足行車(chē)凈寬要求，橋上的護(hù)欄為細(xì)桿鐵欄桿，存在著極大的安全隱患,受地方業(yè)主委托，進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)，加寬寬度為1 m(足夠放置兩側(cè)防撞墻)。

2 加寬設(shè)計(jì)方案

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該橋橋臺(tái)和橋墩處沒(méi)有病害，橋墩橋臺(tái)處已經(jīng)設(shè)置簡(jiǎn)易蓋梁墊高50 cm，橋梁上部結(jié)構(gòu)由4片T梁構(gòu)成，腹板為預(yù)制吊裝且厚度較厚的梁，后現(xiàn)澆1層翼板當(dāng)作橋面板直接通行。上下部沒(méi)有明顯的病害，部分橋面露骨。原橋橋墩立面見(jiàn)圖3。

圖3 原橋橋墩處立面圖(單位：mm)

1) 結(jié)合本橋加寬僅為1 m的特點(diǎn)，采用只對(duì)上部重新改造的方案。將上部一層現(xiàn)澆層鑿除，重新澆筑現(xiàn)澆層，在邊板處由原先懸臂56 cm加長(zhǎng)到110 cm。見(jiàn)圖4。

圖4 加寬橋梁上部截面圖(單位：mm)

2) 在兩端懸臂板處增加防撞墻。

3) 在橋頭設(shè)置搭板和伸縮縫，防撞墻應(yīng)延伸至路口外至少5 m。

4) 橋跨處仍采用橋面連續(xù)鋪設(shè)，在其前后1.5 m處采用短筋的方式加密、加粗原有受力筋，間距由原100 mm變?yōu)?0 mm。

3 結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 加寬懸臂板內(nèi)力分析

計(jì)算采用midas Civil 2015軟件，參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況選擇，加寬后將翼板和橋面鋪裝一起現(xiàn)澆，根據(jù)規(guī)范要求，混凝土強(qiáng)度提高到C40，利用板單元建模，分析板端內(nèi)力情況。根據(jù)T梁懸臂板處受力特點(diǎn)，將T梁翼板簡(jiǎn)化為等效的一端固結(jié)的懸臂板進(jìn)行建模分析[3-4]。加寬后在板單元上添加1個(gè)防撞墻產(chǎn)生的壓力荷載，具體模型圖見(jiàn)圖5，相應(yīng)懸臂板彎矩圖見(jiàn)圖6，懸臂板連接處應(yīng)力圖見(jiàn)圖7。

圖5 懸臂板模型

圖6 懸臂板彎矩內(nèi)力圖

圖7 懸臂板連接處應(yīng)力圖

從計(jì)算可知，加寬后懸臂板彎矩由1 kN·m增加到12.9 kN·m，應(yīng)力由134.6 kPa增加到1 746.8 kPa，設(shè)計(jì)上按橋面鋪裝層配筋要求進(jìn)行配筋，受力鋼筋處配置直徑12 mm、間距100 mm的HRB335鋼筋網(wǎng)。

3.2 原邊板抗彎承載力復(fù)核

邊梁翼板增加了將近50 cm，增加了防撞墻的恒荷載，原橋腹板配筋9根直徑32 mm的HRB335鋼筋，鋼筋截面面積為7 238 mm2。前后模型見(jiàn)圖8。

圖8 邊梁模型

根據(jù)該橋受力特點(diǎn)，橫向分布系數(shù)計(jì)算采用“G-M法”更為準(zhǔn)確，根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，這里直接給出邊梁的橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果mcq=0.538。邊梁彎矩內(nèi)力圖見(jiàn)圖9。

圖9 邊梁彎矩內(nèi)力圖

承載能力極限狀態(tài)下最大彎矩由原先的1 353.1 kN·m增加到1 881.7 kN·m，這里需進(jìn)行截面抗彎承載能力的復(fù)核。

因?yàn)閼冶鄄糠謱挾炔淮螅矣糜诜雷矇Φ脑O(shè)置不行車(chē)，故變形很小，忽略不計(jì)。

從以上受力分析可以得出，對(duì)上部結(jié)構(gòu)面板進(jìn)行改造，通過(guò)懸挑面板的方式，該梁澆筑20 cm厚的面板懸挑110 cm是滿足抗彎要求的。

4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為更好地節(jié)省造價(jià)，提高橋梁交通的服務(wù)水平，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮以下方面。

1) 在設(shè)計(jì)前不僅要實(shí)地調(diào)查，對(duì)原橋的狀況要有所掌握，還要聯(lián)系地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對(duì)原橋圖紙和資料進(jìn)行收集。

2) 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到早期施工工藝差，可能存在偷工減料的情況，應(yīng)提高設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

3) 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到農(nóng)村道路不便，對(duì)于中斷交通的影響，需與業(yè)主多進(jìn)行溝通，能否中斷交通也是設(shè)計(jì)方案的重要影響因素。

4) 對(duì)橋梁下部構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查，加寬后的橋梁上部結(jié)構(gòu)受力有所增加，對(duì)下部的影響要在可承受范圍內(nèi)。

5 施工注意事項(xiàng)

施工過(guò)程是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路并獲得良好性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，故在施工中尤其注意以下幾點(diǎn)。

1) 對(duì)該橋進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)改造前，應(yīng)先核查原梁的病害，對(duì)混凝土掉塊，麻面等問(wèn)題應(yīng)先處理后再進(jìn)行加寬施工[5]。

2) 對(duì)上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)先解除橋面連續(xù)，然后逐跨拆除，澆筑時(shí)應(yīng)先澆筑橋臺(tái)2跨，最后進(jìn)行中間1跨的橋面板澆筑。

3) 拆除原有面板時(shí)，應(yīng)避免破壞腹板和翼板的連接鋼筋，在腹板與面板處露出的鋼筋應(yīng)重新進(jìn)行防腐和平彎處理[6-7]。

4) 面板采用的鋼筋宜為通長(zhǎng)鋼筋，在受到條件限制時(shí)可采用焊接的方式接長(zhǎng)，不可使用綁扎的方式接長(zhǎng)鋼筋。

6 方案優(yōu)勢(shì)

具體分析該農(nóng)村公路T梁加寬設(shè)計(jì)方法，具有以下方面優(yōu)勢(shì)。

1) 經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)橹会槍?duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，不僅滿足了業(yè)主的加寬要求，還解決了原有橋梁橋面板病害問(wèn)題，對(duì)比全橋進(jìn)行加寬，在施工材料的用量上明顯減少，費(fèi)用節(jié)省了很多。

2) 結(jié)構(gòu)受力。拆除原橋面和翼板，澆筑面板與原面板厚度一致，增加了左、右各50 cm寬的板重，對(duì)原梁受力影響小，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，采用懸挑面板的方式滿足抗彎要求，相對(duì)于全橋加寬而言，不存在新老橋由于混凝土收縮徐變、地基沉降差異等問(wèn)題產(chǎn)生的影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為合理，施工難度也減小。

3) 環(huán)保。不僅利用了下部重力式橋墩和U形橋臺(tái)，還利用了上部結(jié)構(gòu)的梁，減少了材料浪費(fèi)，環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大多數(shù)農(nóng)村鄉(xiāng)道而言，橋梁加寬的主要目的是減少安全隱患。受經(jīng)濟(jì)條件的限制，加寬的寬度一般不大，在設(shè)計(jì)方案上也就有了可供選擇的余地。針對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造加寬，很好地解決了傳統(tǒng)加寬方案存在的不均勻沉降問(wèn)題，在養(yǎng)護(hù)上也變得容易很多，橋梁使用壽命并不會(huì)因?yàn)榧訉挾鴾p少，也提高了行車(chē)安全。但有些農(nóng)村公路上的橋梁建成年代較早，受圖紙缺失及早期施工工藝差等因素影響，不可貿(mào)然只憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于原有橋梁的受力分析必不可少，同時(shí)不可一味追求節(jié)約造價(jià)，應(yīng)綜合考慮各方因素，在農(nóng)村公路橋梁加寬設(shè)計(jì)中適當(dāng)加大安全系數(shù)。