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箱梁拼宽前后内力变化分析及处理措施

2015-05-20　

 　　0、引言

 　　国内一些重要高速公路、城市主干道交通运输繁忙，交通量增长速度超过预计增长速度，已不能满足通行能力要求，需要进行改扩建。其中既有桥梁的拓宽是面对的较为突出的问题。文中以国内某高速公路桥梁拓宽为依托，着重研究桥梁拼宽前后桥梁受力变化情况，为采取必要构造措施和施工方案，保证桥梁拼宽质量提供依据。

 　　1、有限元建模

 　　旧桥上部结构为4x40m单箱单室等截面预应力混凝土连续箱梁，梁高2.4m，顶板宽12.0m，底板宽5.8m，腹板为斜腹板。采用桥梁通用有限元综合程序进行分析，采用梁格法建立有限元模型，分析了拼接前，拼接后未设置无隔板和拼接后设置隔板三种情况下，恒载、活载、支座沉降以及荷载组合下的箱梁腹板内力变化情况。主梁材料旧桥采用40号混凝土，新桥采用C50混凝土，混凝土比重取2.55吨/立方米，弹性模量旧桥取3.3x104Mpa，新桥取3.5x104Mpa。混凝土材料的收缩徐变特性按照规范取值。

 　　

 　　图1 箱梁拼宽断面示意   图2 有限元结构模型

 　　2、腹板内力

 　　2.1 恒载内力

 　　恒载状态下主梁内力在拼宽前后变化较小，腹板内力如图3～图5。

 　　

 　　 图3 未拼接时腹板弯矩图  图4 拼接后无隔板腹板弯矩图

 　　

 　　图5 拼接后有隔板腹板弯矩图

 　　2.2 活载内力

 　　按照公路Ⅰ级车道荷载进行桥梁的整体静力性能计算，车道横向布置分为左偏载，右偏载，中载工况。纵向为最不利影响线位置加载。活载状态下主梁内力如图6～图8。

 　　

 　　 图6 未拼接时腹板弯矩图   图7 拼接后无隔板腹板弯矩图

 　　

 　　图8 拼接后有隔板腹板弯矩图

 　　2.3 支座沉降内力

 　　由于旧桥运行多年基础相对稳定，故不考虑旧桥墩台沉降影响。支座沉降计算仅考虑拼宽部分墩台沉降，墩台最大沉降值取10mm。支座沉降作用下主梁内力如图9～图11。

 　　

 　　 图9 未拼接时腹板弯矩图   图10 拼接后无隔板腹板弯矩图

 　　

 　　图11 拼接后有隔板腹板弯矩图

 　　2.4 腹板内力分析

 　　对比拼接前后的弯矩值（见表1）恒载作用下旧桥内侧腹板内力减少，外侧腹板内力增加。汽车作用下旧桥腹板内力均有所降低，支座沉降作用下新桥腹板内力降低，旧桥内侧腹板内力增加。但沉降差引起的内力相对于结构总体受力而言是较小的。增设横隔板后腹板弯矩分配更均匀且有所降低，因此增设横隔板对整体结构受力更有利。

 　　表1 箱梁拼宽前后腹板单项荷载作用弯矩表

 　　

荷载工况	箱梁拼宽状态	未拼接时				拼接后无隔板				拼接后有隔板
	位置	边跨最大弯矩	边跨  　　 支点	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支点	边跨最大弯矩	边跨  　　 支点	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支点	边跨最大弯矩	边跨  　　 支点	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支点
恒载	新桥外侧腹板	9366	-14562	4208	-9961	9908	-15621	4523	-10793	9976	-15606	4531	-10749
	新桥内侧腹板	9643	-15328	4466	-10627	9845	-15460	4524	-10633	10152	-16082	4736	-11112
	旧桥内侧腹板	12316	-17425	5955	-12802	11560	-16137	5478	-11778	12054	-16896	5802	-12354
	旧桥外侧腹板	11406	-16498	5300	-11658	11493	-16777	5428	-11952	11471	-16681	5386	-11840
汽车	新桥外侧腹板	3760	-3893	3260	-3464	3529	-3842	3102	-3553	3420	-3742	3061	-3441
	新桥内侧腹板	3812	-4011	3321	-3630	3058	-3640	2646	-3154	2911	-3082	2482	-2870
	旧桥内侧腹板	5291	-5753	4523	-4604	3523	-4450	3077	-3426	3435	-4194	3008	-3277
	旧桥外侧腹板	5129	-6102	4419	-4576	4784	-5674	4141	-4251	4625	-5511	4036	-4154
支座沉降	新桥外侧腹板	863	-2220	792	-2650	902	-2724	1043	-3177	1016	-2957	1231	-3220
	新桥内侧腹板	863	-2220	792	-2650	240	-1738	56	-2172	244	-2162	59	-2453
	旧桥内侧腹板	0	0	0	0	1325	-3418	1273	-3442	1086	-3095	1225	-3028
	旧桥外侧腹板