基于整體評估的寬翼緣板舊連續梁橋承載能力分析

寧萬超

（四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610010）

一、引言

20世紀末，我國經濟總量偏小，基礎設施較為落后，建設理念在不斷完善，在橋梁設計建造工程中，經濟效益往往是首要控制目標，因此早期建成的橋梁結構承載力富余往往較低。寬懸臂連續箱梁橋由于其可以減少墩臺數目或減小墩臺尺寸、節省工程量，增加橋下凈空，在城區橋梁中得到廣泛應用，其力學性能和受力特點比一般橋梁結構更加復雜，在自重和外荷載作用下，寬懸臂連續箱梁橋結構呈現明顯下燒、扭轉、畸變及橫向彎曲等空間變形特征[1]。實際使用中，寬懸臂連續箱梁的頂板、底板、腹板、橫隔板及各板搭接部位等關鍵位置空間效應明顯，應力復雜，易出現裂縫[2]。本文依托某高架橋，通過具體的承載能力分析，為同類型項目設計、養護管理提供參考和借鑒。

二、橋梁概況

（一）設計概況

某高架橋建成于20世紀末期。設計荷載汽-超20級，掛車-120，主橋總長約5km；梁跨徑主要采用25m、28.2m、28.6m，全橋共分為26聯，每聯長度110m～289m不等，相鄰兩聯之間采用牛腿連接均為搭架現澆寬翼緣箱型連續梁橋，梁體高度1.5m，橋寬為兩幅分離式橋梁；半幅梁寬13.25m～16.25m不等，翼緣板寬3.95m或4.65m，主梁形式為單箱多室，半幅寬13.25m的各孔及匝道橋正負彎矩區均按部分預應力結構設計，半幅寬16.25m的各孔正彎矩區按普通鋼筋混凝土設計，負彎矩區按部分預應力結構設計；翼緣板橫向每隔30cm均布設橫向預應力筋一根；高架橋支點處橫梁均為部分預應力結構；主梁采用40號混凝土，墩頂橫梁采用40號混凝土。預應力鋼絞線為270K級鋼絞線，普通鋼筋為II級鋼筋。

（二）病害情況

主要病害情況[3]：梁體腹板、翼緣板均存在橫向開裂，個別梁體底板存在縱橫向開裂，個別橫梁存在豎向開裂，各梁體裂縫位置無規律。其他病害情況：梁橋面鋪裝局部開裂，個別伸縮縫止水帶破損，防撞護欄局部剝落、破損、露筋，橋面部分雨水篦填塞；部分梁體存在局部混凝土空洞、露筋、滲水等表觀病害；橋臺臺帽存在豎向開裂，個別墩柱局部混凝土剝落、露筋。

三、承載力評估分析

（一）參數

設計荷載：汽-超20，掛-120，偏載系數按1.15計[4]；沖擊系數按公路橋涵設計通用規范[4]取值；基礎變位按5mm計；收縮徐變按成橋后3000天計；溫度荷載按整體升降溫±25°計；主梁溫度梯度按公路橋涵設計通用規范[4]取值；橋梁結構截面折減系數ξc取0.99，承載能力惡化系數ξe取0.04，上部結構鋼筋截面折減系數ξs取0.95[5]。主梁及墩柱材料屬性參數如表1所示[6]。

表1 主梁及墩柱材料屬性

（二）整體評估計算

1.評估計算模型建立

選擇第4聯作為模型代表全線評估計算，主要考慮病害相對較明顯因素。梁體截面采用斷面單箱兩室，該聯跨數共10跨。非墩頂段兩幅結構分離、上橫置搭板，墩頂段兩幅通過墩頂橫梁整體連接，墩頂處橫向整體連接的影響需兩幅同時評估；翼緣、腹板普遍存在較多裂縫，為帶傷工作。根據最近檢測結果，考慮主梁底板和橋面鋪裝實際厚度，相鄰聯對驗算聯結構受力的影響和墩頂橫梁對左右幅聯合受力的影響，采用Midas Civil建立有限元模型。第4聯在制動墩約束豎橫向位移，其他墩約束豎向位移，墩梁固結墩與梁固結，相鄰聯在截斷斷面固結。橋梁的計算模型如圖1所示。

圖1 第4聯計算模型

2.評估計算荷載和內容

（1）荷載[3]

組合I：基本可變荷載（平板掛車和履帶車除外）的一種或者幾種與永久荷載的一種或者幾種相組合。

組合II：基本可變荷載（平板掛車和履帶車除外）的一種或者幾種與永久荷載的一種或者幾種與其他可變荷載的一種或者幾種相組合。

組合III：平板掛車或履帶車與結構重力、預應力、土的重力及土側壓力中的一種或幾種相組合。

（2）評估計算內容

評估計算內容包括：梁體整體現狀下承載能力評估和牛腿局部現狀下承載能力評估。

3.評估計算結果

（1）強度計算

承載能力極限狀態下40個主梁和墩頂控制截面（10跨中每跨的L/4截面、1L/2截面、3L/4截面共30個主梁控制截面和10個墩頂截面），抗彎承載能力安全儲備系數最小為1.14，最大為1.94，抗剪承載能力安全儲備系數最小為1.17，最大為2.48；滿足設計荷載“汽-超20，掛-120”的承載能力要求；牛腿抗剪承載能力安全儲備系數為1.58和1.70，滿足設計荷載的承載能力要求。

（2）裂縫計算

正常使用極限狀態下主梁和墩頂控制截面（10跨中每跨的L/4截面、1L/2截面、3L/4截面共30個主梁控制截面和10個墩頂截面），有1個主梁截面個別控制截面名義拉應力6.30 MPa大于允許值5.89MPa，即裂縫寬度大于0.15mm，不滿足正常使用極限狀態要求；其他主梁和墩頂控制截面名義拉應力小于允許值，即裂縫寬度小于0.15mm，不滿足規范要求。

（3）剛度計算

主梁在車道荷載（不計沖擊力）作用下的最大豎向撓度為8.7mm，小于L/600=28200/600=47.0mm，滿足要求。

四、結語

本文對依托工程寬翼緣板舊連續梁橋第4聯開展了整體評估計算和環框評估計算，結果表明，該橋主梁控制截面抗彎承載能力滿足設計荷載“汽-超20，掛-120”的承載能力要求；40個截面中1個控制截面名義拉應力大于允許值，不滿足正常使用極限狀態要求；主梁在車道荷載(不計沖擊力)作用下的最大豎向撓度為7.9mm，滿足規范要求。早期寬翼緣板橋梁設計安全系數較低，建議進一步開展局部評估計算分析，必要時可通過荷載試驗等方法驗證橋梁結構的實際承載力。