劉福忠，李 寧

（1.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031；2.山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，早期修建的部分高速公路已不能滿(mǎn)足交通量增長(zhǎng)的需求，提升其通行能力已成為當(dāng)務(wù)之急，在此背景下，國(guó)內(nèi)多條高速公路開(kāi)始實(shí)施改擴(kuò)建。由于我國(guó)早期修建的高速公路多采用汽-超20、掛-120的荷載標(biāo)準(zhǔn)，表1是《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ021-89）中橋梁荷載變化。研究文獻(xiàn)表明，兩次規(guī)范修訂對(duì)20 m以下中小跨徑板梁橋影響較為明顯，尤其是15規(guī)范，最大增幅接近20%。現(xiàn)行高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目一般依據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)要求拼寬利用的橋梁需滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范極限承載能力的要求。

表1 公路橋涵通用規(guī)范荷載變化

對(duì)于空心板梁橋的加固方法，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了大量的研究，常見(jiàn)的方法有黏貼鋼板、碳纖維板、碳纖維布、鋼絲網(wǎng)、增大截面法等，但該部分研究主要解決運(yùn)營(yíng)過(guò)程中個(gè)別橋梁運(yùn)營(yíng)狀況較差，承載力不足的問(wèn)題，并不適用于運(yùn)營(yíng)狀況良好的改擴(kuò)建項(xiàng)目橋梁的改造利用，目前最為直接有效的方法是通過(guò)對(duì)鋪裝層的改造，提升結(jié)構(gòu)的極限承載能力。

1 改擴(kuò)建拼寬利用板梁橋?qū)嵤┓桨?/h2>

該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路基全寬28.0 m，按雙向八車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)改擴(kuò)建，兩側(cè)拼寬，路基寬度42.0 m，新建及拼寬橋涵設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載等級(jí)采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）的公路-Ⅰ級(jí)。

改擴(kuò)建后橋梁的橫斷面見(jiàn)圖1，新舊橋梁翼緣通過(guò)現(xiàn)澆濕接縫連接。改擴(kuò)建流程：（1）安裝新拼寬部分橋梁預(yù)制空心板，根據(jù)需要澆筑水泥混凝土現(xiàn)澆層；（2）切除舊橋護(hù)欄及原橋外邊板翼緣板，銑刨原橋?yàn)r青混鋪裝和混凝土鋪裝，澆筑新舊橋濕接縫，重做舊橋鉸縫及整體化混凝土，攤鋪瀝青混凝土橋面鋪裝。

圖 1 單幅板梁橋拼寬斷面布置（mm）

2 拼寬橋極限承載能力計(jì)算

2.1 新舊拼寬橋橫向分布計(jì)算

對(duì)于拼寬板梁橋，各片梁之間采用鉸縫連接，仍可以采用經(jīng)典的鉸接板理論進(jìn)行計(jì)算。新舊板拼接處的濕接縫按鉸接板梁法進(jìn)行計(jì)算并計(jì)入翼緣板長(zhǎng)度對(duì)橫向分布的影響。車(chē)輛荷載橫向分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2～表4，可以看出，因?yàn)楦臄U(kuò)建過(guò)程將舊橋外邊板變?yōu)槠磳挊虻闹邪宀糠郑凑铡豆窐蚝O(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）計(jì)算的外邊板橫向分布系數(shù)在支點(diǎn)位置有一定程度增加；邊板承載能力并不控制設(shè)計(jì)，在中板滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，外邊板可直接利用；對(duì)于內(nèi)邊板，因?yàn)樵擃?lèi)橋型原設(shè)計(jì)多采用波形護(hù)欄底座寬度為1 m，改擴(kuò)建過(guò)程中一般需將內(nèi)邊板拆除，更換為寬度0.5 m的鋼筋混凝土護(hù)欄，可認(rèn)為內(nèi)邊板不控制設(shè)計(jì)；《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）對(duì)單車(chē)道橫向分布系數(shù)進(jìn)行了修正，中板支點(diǎn)位置處橫向分布系數(shù)有所增長(zhǎng)，且中板占比較大，因此需將中板作為改擴(kuò)建拼寬利用主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限承載能力驗(yàn)算。

表2 舊橋既有外邊板橫向分布系數(shù)

表3 舊橋既有內(nèi)邊板橫向分布系數(shù)

表4 舊橋既有中板橫向分布系數(shù)

2.2 考慮整體化層作用的梁板極限承載能力計(jì)算

早期設(shè)計(jì)的橋梁，通常將鋪裝層作為二期恒載施加在橋梁上，鋪裝層內(nèi)單層φ8的鋼筋網(wǎng)一般貼底放置，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力貢獻(xiàn)較小。近年來(lái)，隨著人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力認(rèn)識(shí)的不斷深入，對(duì)于鋪裝層參與受力的研究越來(lái)越多，為增加空心板梁橋的整體性，減少由于車(chē)輛荷載導(dǎo)致的單板受力現(xiàn)象，近幾年設(shè)計(jì)的板梁橋鋪裝層厚度有所增加，新建橋梁厚度多為15 cm，改擴(kuò)建橋梁的鋪裝層厚度在15～20 cm之間，并布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)。

在橫向分布計(jì)算的基礎(chǔ)上，針對(duì)8～20 m空心板梁橋進(jìn)行極限承載能力驗(yàn)算，考慮不同鋪裝層厚度參與受力情況見(jiàn)表5～表9。分析可知，在不考慮鋪裝層作用的情況下，橋梁的極限承載能力不能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范［3］要求，跨徑越小，差值越大，這與新規(guī)范增加小跨徑橋涵的集中荷載作用有直接的關(guān)系，隨著鋪裝層厚度的增加，結(jié)構(gòu)受力有了明顯側(cè)提升，8 m跨徑板梁橋的承載力增幅達(dá)30%，使結(jié)構(gòu)的受力能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范［3］的要求。

表5 8 m中板極限承載能力對(duì)比

表6 10 m中板極限承載能力對(duì)比

表7 13 m中板極限承載能力對(duì)比

表8 16 m中板極限承載能力對(duì)比

表9 20 m中板極限承載能力對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)不同鋪裝層厚度下8～20 m板梁橋極限承載能力研究表明，不考慮鋪裝層作用下，橋梁的極限承載能力均不能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求；將鋪裝層及鉸縫作為附加截面參與結(jié)構(gòu)受力時(shí)，結(jié)構(gòu)的極限承載能力有了大幅的提升，尤其對(duì)小跨徑橋梁，增幅達(dá)30%以上，使結(jié)構(gòu)的極限承載能力能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。在保證鋪裝層及鉸縫質(zhì)量完好、鋪裝層與梁板之間界面粘結(jié)可靠的情況下，可以根據(jù)梁板的運(yùn)營(yíng)狀況綜合考慮此部分貢獻(xiàn)值。