摘要：我國(guó)在役的某些混凝土橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低, 投入使用后由于部分混凝土發(fā)生老化, 危及運(yùn)輸安全, 加之社會(huì)營(yíng)運(yùn)荷載普遍急劇升級(jí), 累計(jì)通過交通量迅速增加, 使得這些現(xiàn)役的橋梁已經(jīng)不能滿足運(yùn)營(yíng)的需要, 急需加固或加寬。
關(guān)鍵詞： 公路橋梁 加寬 設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)： X734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,一些建設(shè)于20世紀(jì)八九十年代的雙向四車道高速公路交通量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)通行能力,交通擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重,迫切需要對(duì)其進(jìn)行拓寬改造,而橋梁加寬由于受到新、舊橋梁之間相互作用的影響,其設(shè)計(jì)、施工與新建項(xiàng)目存在很多不同之處,成為改擴(kuò)建工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
一、橋梁加寬方式
1上、下部結(jié)構(gòu)均連接
新、舊橋梁上部構(gòu)造之間與下部構(gòu)造之間均連接。新、舊橋上部之間的對(duì)應(yīng)位置通過橫向植筋、澆注濕接縫連接起來；下部對(duì)應(yīng)的墩臺(tái)帽、系梁等也通過植筋連接，然后澆注混凝土形成整體。這種拼接方法的優(yōu)點(diǎn)是原有結(jié)構(gòu)與新建結(jié)構(gòu)是一個(gè)整體、共同受力，對(duì)行車的安全和平順有利。缺點(diǎn)是需解決新建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致的對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加內(nèi)力作用問題；接縫處的構(gòu)造處理復(fù)雜，特別是帽梁連接構(gòu)造、施工難度大；擴(kuò)建期間原路需要運(yùn)營(yíng)時(shí)，采取此方式難度很大。其中采用這種方法進(jìn)行加寬拼接的橋梁多為Ｔ梁橋和箱梁橋。由于其沿線地質(zhì)較好，可以封閉施工，便于結(jié)構(gòu)的改造和拼接，橋梁采取上、下部結(jié)構(gòu)均連接的方式取得了很好的效果。
.2 上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)不連接
當(dāng)結(jié)構(gòu)跨徑較小，并且相對(duì)撓度差較小時(shí)，可以采用該連接方式。如果只有橋面板相連，而主梁不相連，這時(shí)連接面就較為薄弱，加上新老梁的撓度差較大，連接面就會(huì)發(fā)生破壞，并產(chǎn)生縱向裂縫。此外，新舊橋梁結(jié)構(gòu)型式不一致時(shí)，也可以采用這種拓寬拼接方式。這種加寬模式主要有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，由于新舊橋下部受力互不影響，上部連接對(duì)下部構(gòu)造產(chǎn)生的內(nèi)力影響很��；第二，能夠保持橋面的平整和行車的舒適；第三，一定程度上避免了新舊主梁的撓度差對(duì)橋面平整度的影響。但是，這種連接方式也有一些不足之處，由于連接后新、舊橋產(chǎn)生不均勻沉降，加上新老材料存在差異，便產(chǎn)生了附加內(nèi)力，這就造成上部構(gòu)造連接處內(nèi)力增大。所以要采取措施減少基礎(chǔ)沉降，對(duì)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)更應(yīng)如此，有時(shí)還要對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行加固，以減少橋梁整體的不均勻沉降，確保橋梁的安全使用。
3 上、下部結(jié)構(gòu)均不連接
新、舊橋梁上部構(gòu)造之間與下部構(gòu)造之間均不連接，兩者在橫橋向緊貼在一起，或者留有較小的縫隙，然后橋面瀝青混凝土鋪裝層連續(xù)攤鋪。這種拼接方法優(yōu)點(diǎn)是原結(jié)構(gòu)與新建結(jié)構(gòu)各自獨(dú)立，受力互不影響，簡(jiǎn)單明確。缺點(diǎn)是新建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)容易出現(xiàn)沉降，在活載作用下拼縫處出現(xiàn)撓度差，形成“錯(cuò)臺(tái)”，對(duì)行車安全和平順不利，且原邊梁受力增大，加固困難；接縫處的構(gòu)造和伸縮縫處理困難。由于新舊橋梁不連接，在橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)提高時(shí)，原有主梁的受力增大，其自身的承載力有可能不滿足要求。因此該方法多用于新建部分橋梁可為單獨(dú)一幅或一個(gè)車道且新舊橋梁間用分隔帶分開的橋梁。另外，大跨徑的連續(xù)梁橋，由于其收縮徐變差，不均勻沉降差及預(yù)應(yīng)力反拱的影響較大，很難對(duì)連接面進(jìn)行加固處理，通常也采用這種方法。某高速公路早期擴(kuò)建時(shí)多數(shù)橋梁采用了這種方式。后期運(yùn)營(yíng)效果表明，橋面鋪裝層極易損壞，在汽車活載作用下新舊橋之間產(chǎn)生了不均衡的撓度以及沉降差異，使得瀝青混凝土連接部遭到破壞形成了縱向裂縫和橫向錯(cuò)臺(tái)，縱向裂縫隨著瀝青鋪裝層的啃邊現(xiàn)象的發(fā)展而日益擴(kuò)大，影響了行車的舒適性和路容美觀，增加了后期養(yǎng)護(hù)工作。2002年后，某高速公路開始實(shí)施橋面連續(xù)工程來解決這一問題，故大規(guī)模采用這種連接方式是不合適的。
二、橋梁加寬受力分析
1 橋梁拼寬對(duì)舊橋受力的影響分析
橋梁拼寬后, 舊橋受力特性的變化, 是否滿足相應(yīng)規(guī)范荷載等級(jí)的要求是一個(gè)需要關(guān)注的問題。從已有的研究來看, 橋梁拼寬能減少舊橋汽車荷載的負(fù)擔(dān), 但同時(shí)改變舊橋的局部受力狀態(tài)。特別是對(duì)箱形梁橋來說, 舊橋翼緣是一個(gè)薄弱部位, 在汽車荷載局部作用、新舊橋汽車偏載作用以及接縫段混凝土收縮徐變差作用下, 該部分上下緣均可能會(huì)出現(xiàn)超過混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度的橫向拉應(yīng)力, 而舊橋翼緣部位一般配筋較少。所以在橋梁拼寬的分析中, 需要關(guān)注局部受力的變化, 特別是箱梁拼寬分析中, 應(yīng)分析局部應(yīng)力是否滿足要求, 并對(duì)如何加強(qiáng)舊橋和接縫連接部位橋面鋪裝的鋼筋以及下翼緣粘貼鋼板加強(qiáng)進(jìn)行仔細(xì)分析。
2 新舊橋不均勻沉降作用的受力分析
橋梁拼寬中, 一般認(rèn)為舊橋的沉降已經(jīng)穩(wěn)定, 新橋的沉降則發(fā)生, 新舊橋之間會(huì)產(chǎn)生沉降差, 如何考慮新舊橋沉降差異引起的新舊橋附件內(nèi)力, 特別是對(duì)接縫局部受力的影響是橋梁拼寬受力分析的一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。在新舊橋沉降差引起的荷載對(duì)拼寬橋梁的受力分析中, 涉及到的問題包括沉降差異計(jì)算模式的選取和沉降控制值的確定。
通常, 沉降差的計(jì)算模式為自接縫位置沿新橋橫向呈線性分布。在橋梁跨徑不大、一聯(lián)長(zhǎng)度不大或者地基條件比較接近的情況下, 可以考慮新橋的各樁基是均勻沉降的, 否則需要考慮不同樁基之間的不均勻沉降, 從而選擇合理的沉降計(jì)算模式。
新舊橋之間沉降差對(duì)拼寬T 梁橋內(nèi)力的影響最大的為連接處兩側(cè)的主梁 。同時(shí), 對(duì)T 梁橫隔板受力影響也很大 , 特別值得關(guān)注的是在達(dá)到一定沉降差值后, 離拼接縫最近的新橋支座先脫空, 端橫隔梁的計(jì)算跨徑增加, 內(nèi)力的峰值從拼接端橫隔梁向新橋的端橫隔梁轉(zhuǎn)移, 舊橋拼接位置的支座反力增加。因此在分析不均勻沉降對(duì)T 梁拼寬的受力分析中, 要特別關(guān)注接縫兩側(cè)的主梁受力, 特別是要關(guān)注支座是否脫空, 并以此時(shí)端橫梁內(nèi)力控制配筋和確定沉降控制值。對(duì)箱梁來說, 不均勻沉降則對(duì)主梁的受力影響較小, 主要影響接縫的局部受力, 特別是支座截面連接帶的翼緣產(chǎn)生較大橫向和縱向拉應(yīng)力, 因此在沉降差對(duì)箱梁拼寬受力的分析中,可以用翼緣的縱、橫向應(yīng)力的大小控制沉降差值。
3 混凝土收縮徐變齡期差作用受力分析
新橋、舊橋和接縫的混凝土齡期是不同, 新橋和接縫部位混凝土的收縮徐變會(huì)受到舊橋的約束, 拼寬橋梁各部分都會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力。同時(shí), 在收縮徐變差對(duì)拼接橋梁受力影響的計(jì)算中, 不僅要考慮新舊橋之間的收縮徐變差, 還要考慮接縫段和新舊橋之間的收縮徐變差。
混凝土收縮徐變齡期差產(chǎn)生的作用主要影響接縫的局部受力 , 特別是對(duì)箱梁的懸臂連接接縫段的受力很大。因此,橋梁拼寬中對(duì)混凝土收縮徐變齡期差作用的受力分析, 首先要解決的問題選擇新舊橋拼接時(shí)機(jī)的問題, 一般來說新橋架設(shè)后6 個(gè)月再進(jìn)行接縫段的連接可以有效地降低由不同齡期混凝土收縮徐變不同產(chǎn)生的附加內(nèi)力, 但是如果工期緊張需要提前施工則需要進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)力分析, 從而確定提前拼接的時(shí)間。
結(jié)束語
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展橋梁寬度與數(shù)量也與日俱增，但橋梁拼接與加寬的技術(shù)還處于萌芽時(shí)期，實(shí)踐與理論也還存在差異。因此，對(duì)于拼接技術(shù)在實(shí)踐過程中進(jìn)行更深入的研究。橋梁拼接加寬主要為加寬或增加車道，這樣便可以很好解決交通量增大的需求。但此技術(shù)存在的最大問題便是橋梁拼接縫隙的連接與使用的持久性，要通過認(rèn)真的計(jì)算設(shè)計(jì)并與工程的實(shí)踐相聯(lián)系以完善此類問題。
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