西環(huán)線橋梁施工對既有觀音港大橋的影響計(jì)算分析

何亮

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510000）

1 項(xiàng)目概況

1.1 既有觀音港大橋工程概況

長沙市岳麓區(qū)平塘大道南延線跨觀音港大橋主橋孔跨布置為38 m+70 m+38 m=146 m；主橋支承體系采用連續(xù)梁體系，橋梁墩臺僅約束橫向、豎向線位移，釋放其他方向位移。橋墩墩身采用實(shí)體墩，軸線布置與河道水流方向一致，與橋軸線斜交35°。橋墩沿橋梁中心線左右兩幅布置，橋墩截面為梯形，頂面縱橋向?qū)挾?.5 m，沿墩高方向按1∶8.1坡率擴(kuò)大至承臺頂，墩高約4.0～4.9m；橋墩長度約17 m，上下游迎水面設(shè)置成圓端形以減小對水流的影響[1-2]。大橋立面布置如圖1所示。

圖1 既有觀音港大橋橋型立面布置圖（單位：cm）

1.2 新建西環(huán)線觀音港大橋工程概況

新建長株潭城際軌道交通西環(huán)線一期工程觀音港大橋采用跨徑組合為42.5 m+73 m+73 m+42.5m的連續(xù)箱梁橋，新建觀音港大橋?yàn)閱蜗鋯问业淖兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁底曲線采用圓曲線，小里程側(cè)中墩固結(jié)，大里程中墩為活動墩；箱梁采用單箱單室直腹板截面，中墩墩頂處梁高4.95 m，邊墩墩頂處梁高為2.35 m，腹板為直腹板，板厚度35 cm，腹板厚度分別為50 cm、70 cm、80 cm，底板厚度由跨中的47 cm按圓曲線變化至中支點(diǎn)梁根部的70 cm，中支點(diǎn)處加厚到95 cm。全橋在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)及跨中共設(shè)7處橫隔板，隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。新建大橋橋型與舊橋關(guān)系平面、立面、剖面圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 新建橋梁與既有觀音港大橋關(guān)系平面布置圖(單位：cm)

圖3 新建橋梁與既有觀音港大橋關(guān)系立面圖

圖4 新建橋梁橋墩與既有觀音港大橋橫斷面布置圖(單位：cm)

由相對位置關(guān)系圖可知，新建橋梁上部結(jié)構(gòu)位于既有觀音港大橋上方，新建橋梁在既有觀音港大橋橋址范圍內(nèi)設(shè)置兩個橋墩，且新橋橋墩位置與既有橋梁的拼接翼緣沖突。

2 軟件建模

由于新橋橋墩位置與既有橋梁的拼接翼緣沖突，新橋橋墩施工時，需要切割既有橋梁部分防撞欄桿和翼緣板，既有觀音港大橋最外縱向預(yù)應(yīng)力筋中心距離翼緣板端部只有138 cm，翼緣切割開洞平面如圖5所示。為了分析翼緣板的局部切割對上部結(jié)構(gòu)受力的影響，分別建立了切割前和切割后的全橋三維實(shí)體有限元模型，分析比較兩種狀態(tài)下的精細(xì)局部應(yīng)力，建立的兩種狀態(tài)下的三維實(shí)體有限元模型分別如圖6和圖7所示。

圖5 既有觀音港大橋翼緣切割開洞平面圖(單位：cm)

圖6 既有觀音港大橋翼緣板局部切割前有限元模型

圖7 既有觀音港大橋翼緣板局部切割后有限元模型

3 模型結(jié)果分析

利用建立的上部結(jié)構(gòu)三維實(shí)體有限元模型[3-5]分別計(jì)算了既有觀音港大橋翼緣板局部切割前后恒載狀態(tài)下的全橋應(yīng)力狀態(tài)，邊跨翼緣板局部切割后在開洞附近頂板的正應(yīng)力云圖如圖8所示。由圖可知，邊跨開洞前后頂板均處于受壓狀態(tài)，邊跨翼緣板的局部切割基本沒有改變頂板的應(yīng)力狀態(tài)，只對開洞部位的局部應(yīng)力有一定影響，洞的前后兩側(cè)的局部應(yīng)力變小，而洞靠近腹板側(cè)存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部壓應(yīng)力增大，恒載狀態(tài)下最大正壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。中跨翼緣板局部切割前后在開洞附近頂板的正應(yīng)力云圖如圖9所示。由圖可知，中跨開洞前后頂板也均處于受壓狀態(tài)，中跨翼緣板的局部切割基本沒有改變附近箱梁節(jié)段頂板的應(yīng)力狀態(tài)，只對開洞部位的局部應(yīng)力有一定影響，洞的前后兩側(cè)的局部應(yīng)力變小，而洞靠近腹板側(cè)存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部壓應(yīng)力增大，恒載狀態(tài)下最大正壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。

圖8 邊跨翼緣板局部切割后附近節(jié)段箱梁頂板的正應(yīng)力云圖（單位：Pa）

圖9 中跨翼緣板局部切割后附近節(jié)段箱梁頂板的正應(yīng)力云圖（單位：Pa）

4 結(jié)語

綜上計(jì)算結(jié)果，長株潭城際軌道交通西環(huán)線施工對既有觀音港大橋影響如下：

新橋施工對既有觀音港大橋的上部結(jié)構(gòu)箱梁產(chǎn)生的應(yīng)力增量相對較小；利用建立的上部結(jié)構(gòu)三維實(shí)體有限元模型分別計(jì)算了既有觀音港大橋翼緣板局部切割前后恒載狀態(tài)下的全橋應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明：邊中跨翼緣板局部切割前后箱梁頂板在恒載狀態(tài)下基本處于受壓狀態(tài)，且應(yīng)力變化較小，開洞翼緣板靠近腹板部位存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，恒載狀態(tài)下最大壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的抗壓強(qiáng)度。

由于新橋施工過程中影響既有橋梁應(yīng)力變化的因素眾多且關(guān)系復(fù)雜，實(shí)際施工中仍有許多因素及突發(fā)情況在事前難以全面考慮，而數(shù)值分析也無法考慮所有因素并給出精確預(yù)測，因此，在新橋施工過程中進(jìn)行全面實(shí)時監(jiān)測是保證新橋施工自身及周邊既有舊橋安全的可靠方法。