付佳佳 高莉莉 鞏牧華（江蘇鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院 224005）

寬幅空心板梁橋拓寬部位受力性能和配筋設(shè)計研究

付佳佳 高莉莉 鞏牧華
（江蘇鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院 224005）

橋梁拓寬擴建后，新舊橋橫向拼接處除受到結(jié)構(gòu)自重、二期恒載作用外，基礎(chǔ)差異沉降、收縮徐變差異等都將對其產(chǎn)生附加力。該文以一座寬幅空心板梁橋為例，分析了收縮徐變差異、基礎(chǔ)沉降差異對拼接部位的內(nèi)力影響，同時針對橫向拼接部位受力提出可行的配筋設(shè)計建議，為類似橋梁的擴建提供參考。

橫向拼接縫；容許沉降量；配筋設(shè)計

近年來，社會對現(xiàn)有道路的通行能力不斷提出新的要求，同時寬幅空心板梁在高速線路上也廣泛使用。寬幅空心板結(jié)構(gòu)拼寬后受新舊結(jié)構(gòu)收縮徐變差異、不均勻沉降差影響及其拼接縫構(gòu)造以及配筋設(shè)計都沒有詳細的論述，因此有必要對寬幅空心板拼接設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容進行專項研究，為類似工程的設(shè)計與施工提供依據(jù)和技術(shù)支持。

1 橋梁結(jié)構(gòu)

1.1 橋梁概況

本文以某公路擴建工程中一座需擴建的5×20m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)寬幅空心板梁橋為研究對象，擴建后兩側(cè)各加寬7.0m。

1.2 有限元模型

采用專業(yè)有限元軟件MIDAS，本文計算拼接縫受力按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004) [1]提供的計算公式和圖表計算。

2 影響因素

2.1 收縮徐變效應(yīng)

對于不是同時澆注成型的混凝土結(jié)構(gòu)來說，其收縮徐變的變形值是有差異的[2]。對于拓寬橋梁，新老混凝土粘結(jié)在一起時，新混凝土的收縮徐變比老混凝土大得多，老混凝土?xí)π禄炷恋氖湛s徐變產(chǎn)生約束，從而引起新舊梁中的混凝土應(yīng)力重分布，使新混凝土中產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力[3-4]，當(dāng)拉應(yīng)力大于新混凝土自身的抗拉強度或新老混凝土的粘結(jié)強度時，裂縫就不可避免的產(chǎn)生了。在現(xiàn)有舊橋的橫向拓寬改造過程中，收縮徐變對新舊混凝土連接面的作用效應(yīng)需要進行分析。

本節(jié)沿拼接縫縱向選取半結(jié)構(gòu)，為了研究延長拼接時間對拼接縫受力的影響，按照兩種工況建立模型：（1）新梁建成后放置1個月新舊梁拼接，拼接后全橋工作三年；（2）新梁建成后放置6個月再新舊梁拼接，而后全橋工作三年。

計算可得： 對于拼接部位，拼接縫受到縱向剪切作用在邊支點截面附近即受到的縱向剪力最大，最大值為-491.08kN，中跨部分縱向剪力較小，均在100 kN以內(nèi)；新橋建成后放置6個月，剪力減幅在21%～33%之間，這里建議將新橋存放6個月再進行拼接。

2.2 容許沉降量

在軟土地基中修建拓寬橋梁，新舊橋的沉降差將在拼接縫產(chǎn)生不容忽視的內(nèi)力，沉降差可導(dǎo)致部分支座脫空，甚至造成支座破壞[5]。這里分別考慮新拓寬部分發(fā)生沉降5mm、10mm和15mm時進行分析，從而定性的給出較為合理的容許沉降量。

截面1-1為拼接縫貼舊橋側(cè)截面，2-2截面為橫向拼接縫中部截面，3-3截面為貼新橋側(cè)截面。計算可得：同一級沉降差，在綜合作用下拼接縫1-1、2-2、3-3截面的頂緣和底緣的最大正應(yīng)力差別不大，大體表現(xiàn)為拉應(yīng)力，最值出現(xiàn)的位置有所不同；針對頂緣應(yīng)力，1-1截面即與舊橋相接的截面拉應(yīng)力最大，從1-1截面到3-3截面拉應(yīng)力逐漸減小。當(dāng)新舊橋基礎(chǔ)沉降差為5mm時，拼接縫上緣最大拉應(yīng)力為1.63MPa，小于混凝土允許拉應(yīng)力1.855MPa，當(dāng)沉降增大為10mm和15mm時，最大拉應(yīng)力超過C50混凝土的抗拉限值；從底緣應(yīng)力可以看出3-3截面即與新橋相貼的截面底緣拉應(yīng)力最大，這和實際情況中新橋基礎(chǔ)沉降從而帶動支點截面下沉，在中支點截面的底緣拉應(yīng)力較大是相符的，且隨著沉降的增大，拉應(yīng)力也逐漸增大超過混凝土拉應(yīng)力限值；

綜上所述，將沉降差保持在5mm范圍內(nèi)是一個安全的取值，可以保證上部結(jié)構(gòu)拼接后結(jié)合部能承受綜合作用下的附加力。

3 拼接縫配筋設(shè)計

3.1 混凝土的抗剪性能強度分析

早期的Bresler和Pister[6]采用圓筒形試件在萬能試驗機上加扭轉(zhuǎn)荷載，以研究混凝土的抗剪強度，得出的試驗結(jié)果是混凝土的抗剪強度和抗壓強度之比為0.056-0.091。

3.2 拼接縫截面配筋設(shè)計

3.2.1 拼接縫內(nèi)截面配筋設(shè)計

表1 拼接縫內(nèi)截面配筋量

新舊橋橫向拼接時，分別從《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》[7]、ACI318M-05規(guī)范[8]設(shè)計計算這兩個方面入手，具體見表1。

結(jié)合以上幾種設(shè)計方案，最終建議配置10根?14的R235鋼筋，截面上下部各安置5根，鋼筋間距為200mm，具體布置如圖1。

圖1 拼接縫單寬截面配筋示意圖

圖2拼接縫端截面配筋示意圖

3.2.2 拼接縫端截面配筋設(shè)計

綜上所述，拼接縫兩端截面偏安全的采用HRB335的鋼筋2741.522mm ，可以選用8根?22鋼筋，頂?shù)拙壐?根，鋼筋間距取300mm，具體配筋如圖2。3.3小結(jié)從

上面分析可以看出，按照中間截面配筋時，鉸接時需要配筋11342

mm，拼接縫端截面需要配筋2741.522mm，后者是前者的2.4倍，可以看出端截面對配筋要求更高。

本文建議采用美國規(guī)范的摩擦抗剪設(shè)計和普通的鋼筋混凝土板中的較大值進行設(shè)計配筋。

4 結(jié)論

（1）新橋建成后放置6個月，對拼接縫各截面的收縮徐變作用影響較大，這里建議將新橋存放6個月再進行拼接。

（2）從拼接縫應(yīng)力結(jié)果來看，將沉降差控制在5mm以內(nèi)是比較合理且偏于安全的。

（3）本文提出幾種配筋建議，最終建議按照摩擦抗剪進行設(shè)計或者按照抗彎構(gòu)件配筋設(shè)計計算中的較大值作為最終的配筋設(shè)計方案。

[1]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62- 2004）

[2]林波. 混凝土收縮徐變及其效應(yīng)的計算分析和試驗研究[D]. 江蘇：東南大學(xué)，2006

[3]Kovler K. Interdependence of creep and shrinkage for concrete under tension [J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 1995，7（2）：96-100

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