拼寬橋梁濕接縫受力分析

束文陽，李 濤

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

隨著社會的發展，公路工程現狀標準已難以滿足日益增長的交通量需求，公路項目已陸續進入改擴建階段。以安徽省為例，目前國土空間規劃中滁新高速淮南至阜陽段、濟廣高速阜陽至周集段、京臺高速合徐南段、寧洛高速界首至蚌埠段、滬陜高速大顧店至葉集段均有“四改八”改擴建規劃。現在高等級公路大多狀況良好，此外，受土地及環保等多種因素制約，公路改擴建大多采取拼寬既有通行斷面的方式。

對于橋梁工程，新建拼寬橋梁與既有橋梁懸臂采用現澆濕接縫固結，下部結構分離，即所謂的“上連下不連”方式是橋梁改擴建的常用做法[1]。但既有橋梁已有較長的運營期，其與新建橋梁之間的齡期及沉降差異使得濕接縫成為橋梁結構的關鍵點[2]。因此，對于拼寬橋梁濕接縫受力狀態的計算分析及響應評價顯得尤為關鍵。

1 拼寬方案

以寧洛國家高速公路明光至蚌埠段改擴建工程中20 m后張法預應力混凝土簡支空心板橋“四改八”斷面為例：既有雙向四車道單幅橋寬13.50 m，橫向布置11片空心板，梁高90 mm。單側拼寬5片空心板，梁高95 mm，寬6.75 m。拼寬后雙向八車道單幅橋寬20.25 m。

濕接縫形成方式為鑿除老橋拼寬側懸臂混凝土，剝離老橋懸臂鋼筋與拼寬側新建梁板預留鋼筋焊接，現澆混凝土濕接縫。濕接縫寬395 mm，跨中高度同懸臂根部，梁端局部加高至與既有橋梁梁高相同。

2 模型建立

采用midas/Civil軟件按梁格法進行建模，縱向梁格的剛度取各片空心板的剛度，橫向梁格截面取空心板頂板截面，通過釋放梁端約束來模擬空心板鉸接。為較好模擬濕接縫和兩側新舊空心板的邊界條件，在計算模型中釋放新、舊空心板濕接縫橫梁端節點的角位移，使其能夠轉動，傳遞剪力但不傳遞彎矩，這樣的處理方式與實際情況較吻合[3]。計算模型見圖1、圖2。

圖1 空心板拼寬整體模型

圖2 拼寬斷面示意圖

3 受力分析

3.1 收縮徐變對濕接縫的受力影響

為考慮時間效應對濕接縫的受力影響，在有限元程序中定義混凝土收縮系數、徐變系數及抗壓強度函數來模擬混凝土強度和變形隨時間的變化。

表1 施工階段劃分

既有橋梁已運營較長時間，收縮徐變發展已趨于穩定，而拼寬橋梁混凝土早期收縮徐變變化較大，特別在拼寬前的存梁期。故分別考慮存梁期30、60、90、180 d情況下拼寬后濕接縫的受力情況[4]。

濕接縫單元縱向應力計算結果見表2。

表2 濕接縫縱向應力值

從表2可知，混凝土已受拉開裂，但計算結果規律表明存梁期越長拉應力越小，即由收縮徐變產生的影響越小，這與認知也是一致的。此外，進一步分析發現，支點附近的應力受收縮徐變影響最大。所以在條件容許的條件下宜早制梁晚架梁，并加強梁端和支點附近濕接縫的配筋。

3.2 不均勻沉降對濕接縫的受力影響[5]

既有橋梁運營時間較長，沉降已趨于穩定，而拼寬橋則有可能發生沉降，因此新老結構會產生沉降差異，這種不均勻沉降對結構的內力和位移的影響會直接體現濕接縫位置處。

為分析不均勻沉降對濕接縫的受力影響，模型中分別考慮拼寬橋梁整體沉降3 mm、4 mm和5 mm三種工況。計算結果見表3。

表3 濕接縫應力值

由表3可知，由不均勻沉降引起的濕接縫的應力橫向較大縱向較小，跨中位置縱橫向應力差異不明顯，但在支點處差異較大，且最大拉應力位置均為支點上緣。此外，隨著不均勻沉降值的增加，濕接縫的應力值近似呈線性增加。

3.3 縱向裂縫寬度驗算

按既有橋梁與拼寬橋梁沉降差異5 mm考慮，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)[6]對濕接縫單元正常使用極限狀態時的裂縫寬度進行驗算

C1、C2、C3分別取1.0、1.5及1.0；

計算得：Wcr=0.095 mm<0.2 mm

所以，當不均勻沉降5 mm時，濕接縫裂縫滿足規范要求。

4 結 論

(1)新建橋梁混凝土收縮徐變易引起濕接縫開裂，這種影響隨存梁期加長可以減小。因此，在施工條件允許的情況下宜提前制梁，設計時建議適當考慮加長存梁期。

(2)不均勻沉降對濕接縫應力影響呈線性增加趨勢，主要體現為橫向拉應力。

(3)靠近支點處濕接縫受力敏感，建議加強梁端及支點附近配筋。

(4)雖然收縮徐變及較小的不均勻沉降易導致濕接縫縱向裂縫，但裂縫寬度仍在規范允許范圍內，設計更應重視橋梁基礎設計。