某分離式立交橋承載能力驗算分析

張 楠

（洛陽市信昌道橋工程有限責任公司， 河南 洛陽 471000）

1 工程概況

某分離式立交橋梁上部構造為20+2×25+20m 連續(xù)梁，下部結構橋墩為獨柱式，橋臺為雙柱式，鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計荷載為汽車—超20 級，掛車—120 級。橋臺支座每個箱梁下分別采用兩個GPZ（KZ）3SX 支座；1、3 號橋墩的支座均采用GPZ（KZ）9DX 支座；2 號墩采用GPZ（KZ）9GD 球形支座。該橋地處交通要道，通行的重載車輛數量很多，為判斷該橋上部結構承載能力是否滿足設計要求及當前荷載要求，故對其進行承重能力驗算分析。

2 橋梁技術狀況及驗算內容

該橋技術狀況評定為三類，主要病害為：橋面鋪裝多處嚴重破損、坑槽、部分形成縱向破損帶；伸縮縫內垃圾堵塞，錨固區(qū)混凝土外側形成坑槽，伸縮縫處較嚴重跳車；護欄局部豎向裂縫，4 處防拋網受撞擊變形、個別失去功效；橋面垃圾泥土較多，泄水孔部分泥土堵塞，多個泄水管缺失；橋面缺少應有標志。上部結構墩頂均有兩側護欄底座裂縫延至梁體翼緣，部分跨梁底涂層脫落、梁底有收縮裂縫。同時該橋進行荷載試驗，結果如下：各控制截面位移主要測點的實測位移值均小于相應的理論計算值，主要測點的位移校驗系數基本介于0.5～0.8 之間，主要測點的相對殘余變形均小于《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中的規(guī)定限值20%，試驗橋跨剛度滿足設計荷載汽-超20 級荷載要求；從偏載作用下各工況位移的實測偏載系數來看，位移偏載系數都遠遠大于經驗系數1.15。同時該橋理論計算固有頻率值為4.51 Hz，實測橋梁結構一階豎彎固有頻率6.30Hz，實測值大于理論計算值，說明橋梁結構的整體實際剛度大于理論剛度，目前該橋主要受力構件沒有出現較大損傷或破壞，橋梁總體剛度較好。在此基礎上，依據《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004），對公路橋涵應進行承載能力極限狀態(tài)驗算，主要包括正截面抗彎強度驗算和斜截面抗剪強度驗算。

3 驗算模型

模型采用的參數如下：50 號混凝土：現澆預應力混凝土連續(xù)箱梁；現澆橋面鋪裝防水混凝土。預應力鋼筋：采用1×7 股，高強度、低松弛鋼絞線，公稱直徑Φs＝15.2mm，標準強度fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa。OVM15-19 型張拉控制力為3710.7kN，OVM15-13 型張拉控制力為2538.9kN，張拉采用雙控。普通鋼筋：采用R235、HRB335、HRB400 鋼筋。橋面鋪裝：采用30 號級防水混凝土。采用結構軟件“Midas Civil”對該橋進行驗算，建立橋梁上部結構模型如圖3.1 所示。模型共劃分44 個單元（49 個節(jié)點）。

圖3.1 有限元模型

4 驗算結果

4.1 承載能力極限狀態(tài)驗算

基本組合下橋梁最大彎矩及其對應的抗力變化，由圖4.1 可見，承載能力極限狀態(tài)下橋梁的正截面抗彎強度滿足要求?；窘M合下橋梁最大剪力及其對應的抗力變化，如圖4.2 所示承載能力極限狀態(tài)下橋梁斜截面抗剪滿足要求。

圖4.1 彎矩及其抗力對應圖（kN·m）

圖4.2 剪力及其抗力對應圖（kN）

4.2 正常使用極限狀態(tài)應力驗算

（1）正截面抗裂驗算

短期效應與長期效應組合下橋梁正截面拉應力變化，如圖4.3 所示。

圖4.3 短期（長期）效應組合下拉應力（MPa）

（2）斜截面抗裂驗算

短期效應組合下橋梁斜截面主拉應力變化，如圖4.4 所示

圖4.4 短期效應組合下主拉應力（MPa）

由圖4.3 和圖4.4 可見，本橋2 號墩附近單元的抗裂驗算不滿足要求。

5 結論

因該橋1#墩、2#墩、3#墩為獨柱墩，從偏載作用下各工況位移、應變的實測偏載系數來看，位移、應變偏載系數遠遠大于經驗系數1.15。因此建議在該橋增加標志或設施，禁止車輛沿護欄邊緣行駛，禁止超載車輛通行。在汽車超-20 級荷載正常使用極限狀態(tài)下，2 號墩附近單元抗裂驗算超出規(guī)范限值，不滿足要求；結合外觀檢查情況，建議對該斷面粘貼附加物或施加體外預應力進行加固。驗算結果和現場實際通行情況，建議盡快對本橋鋪裝層和橋兩端破損的路面重筑。同時采取有效的限載限行措施，禁止超過設計荷載等級的超載車輛通行，禁止車輛沿護欄邊緣行駛或者對獨柱墩抗傾覆能力進行加固改造。