0、引言
國內(nèi)一些重要高速公路、城市主干道交通運輸繁忙,交通量增長速度超過預計增長速度,已不能滿足通行能力要求,需要進行改擴建。其中既有橋梁的拓寬是面對的較為突出的問題。文中以國內(nèi)某高速公路橋梁拓寬為依托,著重研究橋梁拼寬前后橋梁受力變化情況,為采取必要構造措施和施工方案,保證橋梁拼寬質(zhì)量提供依據(jù)。
1、有限元建模
舊橋上部結構為4x40m單箱單室等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁,梁高2.4m,頂板寬12.0m,底板寬5.8m,腹板為斜腹板。采用橋梁通用有限元綜合程序進行分析,采用梁格法建立有限元模型,分析了拼接前,拼接后未設置無隔板和拼接后設置隔板三種情況下,恒載、活載、支座沉降以及荷載組合下的箱梁腹板內(nèi)力變化情況。主梁材料舊橋采用40號混凝土,新橋采用C50混凝土,混凝土比重取2.55噸/立方米,彈性模量舊橋取3.3x104Mpa,新橋取3.5x104Mpa?;炷敛牧系氖湛s徐變特性按照規(guī)范取值。

圖1 箱梁拼寬斷面示意 圖2 有限元結構模型
2、腹板內(nèi)力
2.1 恒載內(nèi)力
恒載狀態(tài)下主梁內(nèi)力在拼寬前后變化較小,腹板內(nèi)力如圖3~圖5。
圖3 未拼接時腹板彎矩圖 圖4 拼接后無隔板腹板彎矩圖
圖5 拼接后有隔板腹板彎矩圖
2.2 活載內(nèi)力
按照公路Ⅰ級車道荷載進行橋梁的整體靜力性能計算,車道橫向布置分為左偏載,右偏載,中載工況??v向為最不利影響線位置加載?;钶d狀態(tài)下主梁內(nèi)力如圖6~圖8。
圖6 未拼接時腹板彎矩圖 圖7 拼接后無隔板腹板彎矩圖
圖8 拼接后有隔板腹板彎矩圖
2.3 支座沉降內(nèi)力
由于舊橋運行多年基礎相對穩(wěn)定,故不考慮舊橋墩臺沉降影響。支座沉降計算僅考慮拼寬部分墩臺沉降,墩臺最大沉降值取10mm。支座沉降作用下主梁內(nèi)力如圖9~圖11。
圖9 未拼接時腹板彎矩圖 圖10 拼接后無隔板腹板彎矩圖
圖11 拼接后有隔板腹板彎矩圖
2.4 腹板內(nèi)力分析
對比拼接前后的彎矩值(見表1)恒載作用下舊橋內(nèi)側腹板內(nèi)力減少,外側腹板內(nèi)力增加。汽車作用下舊橋腹板內(nèi)力均有所降低,支座沉降作用下新橋腹板內(nèi)力降低,舊橋內(nèi)側腹板內(nèi)力增加。但沉降差引起的內(nèi)力相對于結構總體受力而言是較小的。增設橫隔板后腹板彎矩分配更均勻且有所降低,因此增設橫隔板對整體結構受力更有利。
表1 箱梁拼寬前后腹板單項荷載作用彎矩表
荷載工況
|
箱梁拼寬狀態(tài)
|
未拼接時
|
拼接后無隔板
|
拼接后有隔板
|
位置
|
邊跨最大彎矩
|
邊跨
支點
|
中跨
跨中
|
中跨
支點
|
邊跨最大彎矩
|
邊跨
支點
|
中跨
跨中
|
中跨
支點
|
邊跨最大彎矩
|
邊跨
支點
|
中跨
跨中
|
中跨
支點
|
恒載
|
新橋外側腹板
|
9366
|
-14562
|
4208
|
-9961
|
9908
|
-15621
|
4523
|
-10793
|
9976
|
-15606
|
4531
|
-10749
|
新橋內(nèi)側腹板
|
9643
|
-15328
|
4466
|
-10627
|
9845
|
-15460
|
4524
|
-10633
|
10152
|
-16082
|
4736
|
-11112
|
舊橋內(nèi)側腹板
|
12316
|
-17425
|
5955
|
-12802
|
11560
|
-16137
|
5478
|
-11778
|
12054
|
-16896
|
5802
|
-12354
|
舊橋外側腹板
|
11406
|
-16498
|
5300
|
-11658
|
11493
|
-16777
|
5428
|
-11952
|
11471
|
-16681
|
5386
|
-11840
|
汽車
|
新橋外側腹板
|
3760
|
-3893
|
3260
|
-3464
|
3529
|
-3842
|
3102
|
-3553
|
3420
|
-3742
|
3061
|
-3441
|
新橋內(nèi)側腹板
|
3812
|
-4011
|
3321
|
-3630
|
3058
|
-3640
|
2646
|
-3154
|
2911
|
-3082
|
2482
|
-2870
|
舊橋內(nèi)側腹板
|
5291
|
-5753
|
4523
|
-4604
|
3523
|
-4450
|
3077
|
-3426
|
3435
|
-4194
|
3008
|
-3277
|
舊橋外側腹板
|
5129
|
-6102
|
4419
|
-4576
|
4784
|
-5674
|
4141
|
-4251
|
4625
|
-5511
|
4036
|
-4154
|
支座沉降
|
新橋外側腹板
|
863
|
-2220
|
792
|
-2650
|
902
|
-2724
|
1043
|
-3177
|
1016
|
-2957
|
1231
|
-3220
|
新橋內(nèi)側腹板
|
863
|
-2220
|
792
|
-2650
|
240
|
-1738
|
56
|
-2172
|
244
|
-2162
|
59
|
-2453
|
舊橋內(nèi)側腹板
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1325
|
-3418
|
1273
|
-3442
|
1086
|
-3095
|
1225
|
-3028
|
舊橋外側腹板
|
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