高速公路桥梁加宽设计

高速公路桥梁加宽设计

摘要：我国在役的某些混凝土桥梁设计荷载标准较低, 投入使用后由于部分混凝土发生老化, 危及运输安全, 加之社会营运荷载普遍急剧升级, 累计通过交通量迅速增加, 使得这些现役的桥梁已经不能满足运营的需要, 急需加固或加宽。

关键词： 公路桥梁 加宽 设计 前言

随着社会经济的飞速发展,一些建设于20世纪八九十年代的双向四车道高速公路交通量已远远超出设计通行能力,交通拥堵现象严重,迫切需要对其进行拓宽改造,而桥梁加宽由于受到新、旧桥梁之间相互作用的影响,其设计、施工与新建项目存在很多不同之处,成为改扩建工程中的重点和难点。

一、桥梁加宽方式

1上、下部结构均连接

新、旧桥梁上部构造之间与下部构造之间均连接。新、旧桥上部之间的对应位置通过横向植筋、浇注湿接缝连接起来；下部对应的墩台帽、系梁等也通过植筋连接，然后浇注混凝土形成整体。这种拼接方法的优点是原有结构与新建结构是一个整体、共同受力，对行车的安全和平顺有利。缺点是需解决新建结构的基础沉降导致的对原结构产生的附加内力作用问题；接缝处的构造处理复杂，特别是帽梁连接构造、施工难度大；扩建期间原路需要运营时，采取此方式难度很大。其中采用这种方法进行加宽拼接的桥梁多为Ｔ梁桥和箱梁桥。由于其沿线地质较好，可以封闭施工，便于结构的改造和拼接，桥梁采取上、下部结构均连接的方式取得了很好的效果。

.2 上部结构连接、下部结构不连接

当结构跨径较小，并且相对挠度差较小时，可以采用该连接方式。如果只有桥面板相连，而主梁不相连，这时连接面就较为薄弱，加上新老梁的挠度差较大，连接面就会发生破坏，并产生纵向裂缝。此外，新旧桥梁结构型式不一致时，也可以采用这种拓宽拼接方式。这种加宽模式主要有以下优点：第一，由于新旧桥下部受力互不影响，上部连接对下部构造产生的内力影响很小；第二，能够保持桥面的平整和行车的舒适；第三，一定程度上避免了新旧主梁的挠度差对桥面平整度的影响。但是，这种连接方式也有一些不足之处，由于连接后新、旧桥产生不均匀沉降，加上新老材料存在差异，便产生了附加内力，这就造成上部构造连接处内力增大。所以要采取措施减少基础沉降，对采用扩大基础的结构更应如此，有时还要对原有基础进行加固，以减少桥梁整体的不均匀沉降，确保桥梁的安全使用。

3 上、下部结构均不连接 新、旧桥梁上部构造之间与下部构造之间均不连接，两者在横桥向紧贴在一起，或者留有较小的缝隙，然后桥面沥青混凝土铺装层连续摊铺。这种拼接方法优点是原结构与新建结构各自独立，受力互不影响，简单明确。缺点是新建结构的基础容易出现沉降，在活载作用下拼缝处出现挠度差，形成“错台”，对行车安全和平顺不利，且原边梁受力增大，加固困难；接缝处的构造和伸缩缝处理困难。由于新旧桥梁不连接，在桥梁荷载标准提高时，原有主梁的受力增大，其自身的承载力有可能不满足要求。因此该方法多用于新建部分桥梁可为单独一幅或一个车道且新旧桥梁间用分隔带分开的桥梁。另外，大跨径的连续梁桥，由于其收缩徐变差，不均匀沉降差及预应力反拱的影响较大，很难对连接面进行加固处理，通常也采用这种方法。某高速公路早期扩建时多数桥梁采用了这种方式。后期运营效果表明，桥面铺装层极易损坏，在汽车活载作用下新旧桥之间产生了不均衡的挠度以及沉降差异，使得沥青混凝土连接部遭到破坏形成了纵向裂缝和横向错台，纵向裂缝随着沥青铺装层的啃边现象的发展而日益扩大，影响了行车的舒适性和路容美观，增加了后期养护工作。2002年后，某高速公路开始实施桥面连续工程来解决这一问题，故大规模采用这种连接方式是不合适的。

二、桥梁加宽受力分析

1 桥梁拼宽对旧桥受力的影响分析

桥梁拼宽后, 旧桥受力特性的变化, 是否满足相应规范荷载等级的要求是一个需要关注的问题。从已有的研究来看, 桥梁拼宽能减少旧桥汽车荷载的负担, 但同时改变旧桥的局部受力状态。特别是对箱形梁桥来说, 旧桥翼缘是一个薄弱部位, 在汽车荷载局部作用、新旧桥汽车偏载作用以及接缝段混凝土收缩徐变差作用下, 该部分上下缘均可能会出现超过混凝土设计抗拉强度的横向拉应力, 而旧桥翼缘部位一般配筋较少。所以在桥梁拼宽的分析中, 需要关注局部受力的变化, 特别是箱梁拼宽分析中, 应分析局部应力是否满足要求, 并对如何加强旧桥和接缝连接部位桥面铺装的钢筋以及下翼缘粘贴钢板加强进行仔细分析。

2 新旧桥不均匀沉降作用的受力分析

桥梁拼宽中, 一般认为旧桥的沉降已经稳定, 新桥的沉降则发生, 新旧桥之间会产生沉降差, 如何考虑新旧桥沉降差异引起的新旧桥附件内力, 特别是对接缝局部受力的影响是桥梁拼宽受力分析的一个非常关键的问题。在新旧桥沉降差引起的荷载对拼宽桥梁的受力分析中, 涉及到的问题包括沉降差异计算模式的选取和沉降控制值的确定。

通常, 沉降差的计算模式为自接缝位置沿新桥横向呈线性分布。在桥梁跨径不大、一联长度不大或者地基条件比较接近的情况下, 可以考虑新桥的各桩基是均匀沉降的, 否则需要考虑不同桩基之间的不均匀沉降, 从而选择合理的沉降计算模式。

新旧桥之间沉降差对拼宽T 梁桥内力的影响最大的为连接处两侧的主梁 。同时, 对T 梁横隔板受力影响也很大 , 特别值得关注的是在达到一定沉降差值后, 离拼接缝最近的新桥支座先脱空, 端横隔梁的计算跨径增加, 内力的峰值从拼接端横隔梁向新桥的端横隔梁转移, 旧桥拼接位置的支座反力增加。因此在分析不均匀沉降对T 梁拼宽的受力分析中, 要特别关注接缝两侧的主梁受力, 特别是要关注支座是否脱空, 并以此时端横梁内力控制配筋和确定沉降控制值。对箱梁来说, 不均匀沉降则对主梁的受力影响较小, 主要影响接缝的局部受力, 特别是支座截面连接带的翼缘产生较大横向和纵向拉应力, 因此在沉降差对箱梁拼宽受力的分析中,可以用翼缘的纵、横向应力的大小控制沉降差值。

3 混凝土收缩徐变龄期差作用受力分析

新桥、旧桥和接缝的混凝土龄期是不同, 新桥和接缝部位混凝土的收缩徐变会受到旧桥的约束, 拼宽桥梁各部分都会产生附加内力。同时, 在收缩徐变差对拼接桥梁受力影响的计算中, 不仅要考虑新旧桥之间的收缩徐变差, 还要考虑接缝段和新旧桥之间的收缩徐变差。

混凝土收缩徐变龄期差产生的作用主要影响接缝的局部受力 , 特别是对箱梁的悬臂连接接缝段的受力很大。因此,桥梁拼宽中对混凝土收缩徐变龄期差作用的受力分析, 首先要解决的问题选择新旧桥拼接时机的问题, 一般来说新桥架设后6 个月再进行接缝段的连接可以有效地降低由不同龄期混凝土收缩徐变不同产生的附加内力, 但是如果工期紧张需要提前施工则需要进行详细的内力分析, 从而确定提前拼接的时间。

结束语

近年来，随着经济发展桥梁宽度与数量也与日俱增，但桥梁拼接与加宽的技术还处于萌芽时期，实践与理论也还存在差异。因此，对于拼接技术在实践过程中进行更深入的研究。桥梁拼接加宽主要为加宽或增加车道，这样便可以很好解决交通量增大的需求。但此技术存在的最大问题便是桥梁拼接缝隙的连接与使用的持久性，要通过认真的计算设计并与工程的实践相联系以完善此类问题。

参考文献

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[4] 刘业雄.浅谈高速公路桥梁拼接施工技术的应用[J]. 黑龙江科技信息. 2011(20)