基于現(xiàn)有高速拼寬項(xiàng)目的裝配式T梁受力分析

盧濤，馬朝輝，佘明星，劉敏

（保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣州 510000）

1 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展隨之而來(lái)的是更大的交通需求[1-3]。尤其對(duì)于建成通車較早且大多占據(jù)交通要道的少車道高速公路，目前已大量出現(xiàn)車流瓶頸效應(yīng)，時(shí)常出現(xiàn)交通通行緩慢甚至嚴(yán)重?fù)矶碌惹闆r[4]。因此，此類高速公路的改擴(kuò)建工作十分必要。

橋梁改擴(kuò)建部分原則上應(yīng)保持與原橋結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)形式和跨徑，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)新舊橋梁橫向聯(lián)系以確保其結(jié)合部在外部荷載作用下產(chǎn)生的撓度差較小。橋梁改擴(kuò)建的橫向連接一般有4 種方式：（1）上部構(gòu)造與下部構(gòu)造均不連接；（2）上部構(gòu)造與下部構(gòu)造均連接；（3）上部構(gòu)造連接，下部構(gòu)造不連接；（4）上下部結(jié)構(gòu)分離建造。第三種方式在不干擾新舊橋下部構(gòu)造內(nèi)力影響的同時(shí)，可采用增加樁長(zhǎng)、預(yù)壓新建結(jié)構(gòu)、延遲接縫澆筑時(shí)間、增大連接部位配筋等辦法解決上部結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力變化等問(wèn)題。其綜合了剩余兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，目前已在國(guó)內(nèi)外多個(gè)改擴(kuò)建工程中運(yùn)用。

本文依托深圳至岑溪高速公路中山新隆至江門龍灣段改擴(kuò)建工程橋梁拓寬項(xiàng)目，采用有限元軟件分析法分別對(duì)30 m以及40 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑的裝配式T 梁改擴(kuò)建橋梁進(jìn)行受力分析，對(duì)比分析擴(kuò)建前后的橋梁實(shí)際承載性能及其變化規(guī)律，為工程實(shí)際提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

2 工程概況

深圳至岑溪高速公路中山新隆至江門龍灣段改擴(kuò)建工程（以下簡(jiǎn)稱“中江工程”）包含原廣東省中山新隆至江門高速公路和原江鶴高速公路二期工程兩部分。初步設(shè)計(jì)階段路線總長(zhǎng)40.047 km，橋梁合計(jì)長(zhǎng)度17 589.4 m/50 座，其中特大橋長(zhǎng)9 329.1 m/4 座，大橋長(zhǎng)7 135.4 m/19 座，中橋長(zhǎng)900 m/14 座，小橋長(zhǎng)225 m/13 座，橋梁長(zhǎng)度為路線總長(zhǎng)度的43.92%。

高速公路橋梁采用上下行分離設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)以預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支空心板、T 梁為主，全線采取雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路基寬度28 m，除個(gè)別路段采用分離式加寬外，基本采用在舊路兩側(cè)拼接加寬的擴(kuò)建方案。上部維修加固后與新橋上部拼接，下部分離新建。根據(jù)不同的上下部結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合梁板拼接、布置，采用不同的橋面寬度進(jìn)行拼接加寬。

3 依托項(xiàng)目T梁橋拼寬方案說(shuō)明

“中江工程”主線T 梁橋一般為同跨徑、同截面形式，因此在設(shè)計(jì)加寬方案時(shí)，可采取僅連接上部結(jié)構(gòu)、不連接下部結(jié)構(gòu)的辦法。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況初步設(shè)計(jì)了4 個(gè)方案（見(jiàn)表1）。

表1 加固方案說(shuō)明

針對(duì)目前項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行綜合比較，應(yīng)按照方案一進(jìn)行。

4 結(jié)構(gòu)分析與驗(yàn)算

4.1 依托項(xiàng)目的主要截面形式

針對(duì)現(xiàn)有項(xiàng)目中30 m、40 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式T 梁拓寬橋（截面形式如圖1 所示），運(yùn)用橋梁博士等有限元軟件，根據(jù)JTG/T L11—2014《高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則》，對(duì)既有橋梁與新建后橋梁拼接后橋梁板進(jìn)行整體受力驗(yàn)算，評(píng)價(jià)正常使用極限狀態(tài)時(shí)采用JTJ 021—1989《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱 “89 通規(guī)”），評(píng)價(jià)承載能力極限狀態(tài)時(shí)采用現(xiàn)行JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“15 通規(guī)”）荷載等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)算。

圖1 依托高速拓寬項(xiàng)目30 m、40 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑T梁截面形式

截面相關(guān)配筋參數(shù)如表2 所示。

表2 30 m、40 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁參數(shù)一覽表

橋梁拼寬斷面示意圖如圖2 所示。

圖2 T梁拼寬斷面示意圖

4.2 橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果

使用橋梁博士有限元軟件，按照剛接板梁法對(duì)30 m、40 m跨徑T 梁拼寬前后進(jìn)行橫向分布系數(shù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)鐖D3 所示。

圖3 不同跨徑拓寬前后橫向分布系數(shù)比較

圖3 可以表明：橋梁拼寬后，橫向分布系數(shù)均有所減小，尤其在拼接帶處原外邊梁拼接成為中梁后，橫向分布系數(shù)減小較為明顯，而在中分帶處邊梁、次邊梁橫向分布系數(shù)變化不大。此外，拼寬后舊橋的橫向分布系數(shù)變小，承擔(dān)活載比例變小。

4.3 拼寬后橋梁結(jié)構(gòu)截面驗(yàn)算

按照“15 通規(guī)”規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算荷載組合工況設(shè)置如表3 所示。

表3 工況設(shè)置說(shuō)明

針對(duì)“中江工程”中30 m、40 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑裝配式T 梁拓寬橋（截面形式如圖2 所示），對(duì)既有橋梁與新建后橋梁拼接后橋梁板進(jìn)行整體受力驗(yàn)算，拼寬后T 梁仍然按照整體化層10 cm，計(jì)入6 cm 參與受力，護(hù)欄重量按原設(shè)計(jì)的混凝土護(hù)欄計(jì)算。評(píng)價(jià)正常使用極限狀態(tài)時(shí)采用“89 通規(guī)”，評(píng)價(jià)承載能力極限狀態(tài)時(shí)采用“15 通規(guī)”進(jìn)行驗(yàn)算。拼寬后舊橋T 梁驗(yàn)算結(jié)果如表4 所示。

表4 拼寬后舊橋T梁驗(yàn)算結(jié)果匯總

按照“15 通規(guī)”對(duì)依托工程的30 m T 梁橋——分流涌大橋和40 m T 梁橋——港口大橋驗(yàn)算抗彎評(píng)估系數(shù)K1、抗剪評(píng)估系數(shù)K2，如表5 所示。

表5 依托工程的實(shí)橋抗彎、抗剪評(píng)估系數(shù)計(jì)算

進(jìn)而驗(yàn)算拼寬后橋梁結(jié)構(gòu)的效應(yīng)值與結(jié)構(gòu)抗力。計(jì)算結(jié)果如表6 所示。

表6 拼寬后舊橋T梁抗彎、抗剪狀態(tài)驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算對(duì)比，拼接后橫向分布系數(shù)變小，40 m 舊橋邊梁抗彎承載力欠缺約為3.8%，30 m 舊橋邊梁抗彎承載力欠缺約為1.7%，30 m 舊橋邊梁抗剪承載力欠缺約為4.8%，欠缺較少，經(jīng)加固后可繼續(xù)利用；其余滿足“15 通規(guī)”承載能力要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某高速橋梁拓寬項(xiàng)目為例，分別對(duì)30 m、40 m T梁橋拓寬前后的承載能力進(jìn)行了驗(yàn)算，研究了兩種標(biāo)準(zhǔn)跨徑T 梁橋拓寬前后的承載能力變化規(guī)律。得出如下結(jié)論。

1）從荷載橫向分布系數(shù)變化規(guī)律可知，拓寬后橋梁各主梁的橫向分布系數(shù)均明顯低于拓寬前舊橋各梁的橫向分布系數(shù)，表明拓寬前后承擔(dān)活載比例變小。

2）拼接后的承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果表明，不同跨徑T 梁拓寬后，中板的抗彎與抗剪能力富余量較大，邊板的抗彎與抗剪能力富余量降低，表明舊橋拓寬對(duì)于舊橋中梁受力的貢獻(xiàn)最大，而對(duì)邊梁較小。

3）舊橋拓寬后，40 m T 梁的抗剪能力富余量變化較大，而30 m T 梁抗剪能力變化不大，表明跨徑越大的T 梁拓寬后，結(jié)構(gòu)抗剪能力增加值越多。因此在對(duì)T 梁橋進(jìn)行拓寬時(shí)，應(yīng)更多考慮較小跨徑橋梁的邊梁抗彎及抗剪承載能力滿足現(xiàn)行規(guī)范承載能力要求。

4）拓寬后30 m、40 m T 梁抗彎及抗剪承載能力欠缺值皆不超過(guò)5%，欠缺較少，經(jīng)加固后可繼續(xù)利用。