箱梁拼宽前后内力变化分析及处理措施
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
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| 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
|
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