新舊橋梁拓寬拼接力學(xué)行為研究

高士亮

（中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東濟(jì)寧 272000）

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通擁堵問題日趨顯著。為緩解當(dāng)前的交通壓力，城市道路及高速公路改擴(kuò)建迎來了新的建設(shè)高潮。作為交通工程的咽喉，橋梁拓寬拼接是公路改擴(kuò)建工程的關(guān)鍵。

在橋梁完成拓寬拼接后，其結(jié)構(gòu)體系亦可能發(fā)生改變，進(jìn)而影響受力特性[1-3]。于舊橋而言，橋梁拓寬拼接是否會(huì)產(chǎn)生不利影響是必須考慮的關(guān)鍵問題[4，5]。為此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者曾對(duì)新舊橋梁拓寬拼接后的受力與變形行為進(jìn)行了研究，通過分析拓寬拼接后荷載的橫向分布系數(shù)發(fā)現(xiàn)，橋梁拓寬拼接能夠在一定程度上降低舊橋交通荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，進(jìn)而提高承載力[6-9]。此外，橋梁拓寬拼接能夠增大新舊橋梁的整體剛度，減小變形幅值。然而，橋梁拓寬拼接是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響因素較多。關(guān)于新舊橋梁拓寬拼接后的協(xié)同變形規(guī)律至今不夠明確，仍值得進(jìn)一步探索。

本文以某山區(qū)橋梁的拓寬拼接工程為背景，基于有限元軟件Midas Civil 2019 建立數(shù)值模型，分別研究了2 種不同拼接方案下新舊橋梁結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。

2 工程概況

該橋梁為跨溝兼顧排洪而設(shè)，結(jié)構(gòu)形式為整體式橋梁，分左右2 幅。其中，左幅橋梁全長(zhǎng)為370.04 m，設(shè)計(jì)高程為321.210～327.428 m，橋墩最高約33 m；右幅橋梁全長(zhǎng)370.04 m，設(shè)計(jì)高程為321.210～325.768 m，橋墩最高約35 m。

橋梁平面位于直線上，縱斷面位于半徑為11 500 m 的豎曲線上，全橋左幅共3 聯(lián)：4×40 m+4×40 m+4×40 m，右幅共2 聯(lián)：4×40 m+4×40 m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張法）T 梁，施工順序?yàn)橄群?jiǎn)支后連續(xù)。

3 不同拓寬拼接方式下的新舊橋梁結(jié)構(gòu)變形規(guī)律

在我國(guó)，梁式橋在高速公路中應(yīng)用較多。在梁式橋的拓寬拼接過程中，用得最多的方法主要有2 種：新舊橋主梁不連接、新舊橋主梁剛接。

新舊橋不連接是指在新舊橋梁之間留1 條縱縫，即新舊橋梁的主梁和下部結(jié)構(gòu)均不相連。此時(shí)，新舊橋梁完全獨(dú)立，各自受力，相互影響接近為零，可以有效地避免新橋收縮徐變和新舊橋基礎(chǔ)沉降差對(duì)拼寬橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響[10]。且此類拓寬方法施工相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，基本不會(huì)對(duì)舊橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。新舊橋主梁剛接的連接方法是指將主梁翼緣通過植入鋼筋相連，同時(shí)，將接縫兩側(cè)主梁通過橫隔板進(jìn)行連接的方法。采用該方法進(jìn)行拓寬拼接的橋梁整體性較好，又可在一定程度上規(guī)避掉新舊橋基礎(chǔ)沉降差對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響。

為比較不同拓寬拼接方法對(duì)新舊橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響，圖1 與圖2 分別給出移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)邊聯(lián)與中聯(lián)的變形大小，同時(shí)，圖3 和圖4 分別給出了移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)邊聯(lián)與中聯(lián)的彎矩圖。

圖1 移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)邊聯(lián)變形圖

圖2 移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)中聯(lián)變形圖

圖3 移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)邊聯(lián)彎矩圖

圖4 移動(dòng)荷載作用下不同拓寬拼接方法對(duì)應(yīng)的新舊橋梁結(jié)構(gòu)中聯(lián)彎矩圖

通過對(duì)比分析2 種不同新舊T 梁連接方法下的橋梁變形圖，發(fā)現(xiàn)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)完全剛接時(shí)變形較小，且結(jié)構(gòu)最大彎矩和最大剪力亦較其他連接方法更小。由此可以推斷，隨著T 梁連接剛度的增大，新舊拼寬橋梁整體性更好，受力分配更加均勻，整體變形相對(duì)較小。然而，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)完全剛接時(shí)，下部結(jié)構(gòu)是否通過蓋梁來連接對(duì)舊橋的變形及內(nèi)力影響較小，且蓋梁施工相對(duì)復(fù)雜，亦會(huì)在一定程度上增加成本，總體而言不夠經(jīng)濟(jì)[11]。因此，綜合受力、變形和經(jīng)濟(jì)效益，推薦采用上部結(jié)構(gòu)完全剛接、下部結(jié)構(gòu)斷開的新舊橋梁拼寬方式。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某橋梁的拓寬拼接工程為背景，采用數(shù)值方法較為系統(tǒng)地分析了2 種不同拓寬拼接方式下新舊橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。基于研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用上部結(jié)構(gòu)連接，下部結(jié)構(gòu)斷開的方式進(jìn)行拼寬時(shí)，新舊橋梁結(jié)構(gòu)整體性較好，變形較為協(xié)調(diào)，受力較為均勻，故在橋梁拓寬設(shè)計(jì)中推薦采用此種方法進(jìn)行拼接。