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箱梁拼寬前后內(nèi)力變化分析及處理措施

2015-05-20　

 　　0、引言

 　　國內(nèi)一些重要高速公路、城市主干道交通運輸繁忙，交通量增長速度超過預計增長速度，已不能滿足通行能力要求，需要進行改擴建。其中既有橋梁的拓寬是面對的較為突出的問題。文中以國內(nèi)某高速公路橋梁拓寬為依托，著重研究橋梁拼寬前后橋梁受力變化情況，為采取必要構(gòu)造措施和施工方案，保證橋梁拼寬質(zhì)量提供依據(jù)。

 　　1、有限元建模

 　　舊橋上部結(jié)構(gòu)為4x40m單箱單室等截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.4m，頂板寬12.0m，底板寬5.8m，腹板為斜腹板。采用橋梁通用有限元綜合程序進行分析，采用梁格法建立有限元模型，分析了拼接前，拼接后未設(shè)置無隔板和拼接后設(shè)置隔板三種情況下，恒載、活載、支座沉降以及荷載組合下的箱梁腹板內(nèi)力變化情況。主梁材料舊橋采用40號混凝土，新橋采用C50混凝土，混凝土比重取2.55噸/立方米，彈性模量舊橋取3.3x104Mpa，新橋取3.5x104Mpa。混凝土材料的收縮徐變特性按照規(guī)范取值。

 　　

 　　圖1 箱梁拼寬斷面示意   圖2 有限元結(jié)構(gòu)模型

 　　2、腹板內(nèi)力

 　　2.1 恒載內(nèi)力

 　　恒載狀態(tài)下主梁內(nèi)力在拼寬前后變化較小，腹板內(nèi)力如圖3～圖5。

 　　

 　　 圖3 未拼接時腹板彎矩圖  圖4 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖5 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.2 活載內(nèi)力

 　　按照公路Ⅰ級車道荷載進行橋梁的整體靜力性能計算，車道橫向布置分為左偏載，右偏載，中載工況?？v向為最不利影響線位置加載?；钶d狀態(tài)下主梁內(nèi)力如圖6～圖8。

 　　

 　　 圖6 未拼接時腹板彎矩圖   圖7 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖8 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.3 支座沉降內(nèi)力

 　　由于舊橋運行多年基礎(chǔ)相對穩(wěn)定，故不考慮舊橋墩臺沉降影響。支座沉降計算僅考慮拼寬部分墩臺沉降，墩臺最大沉降值取10mm。支座沉降作用下主梁內(nèi)力如圖9～圖11。

 　　

 　　 圖9 未拼接時腹板彎矩圖   圖10 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖11 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.4 腹板內(nèi)力分析

 　　對比拼接前后的彎矩值（見表1）恒載作用下舊橋內(nèi)側(cè)腹板內(nèi)力減少，外側(cè)腹板內(nèi)力增加。汽車作用下舊橋腹板內(nèi)力均有所降低，支座沉降作用下新橋腹板內(nèi)力降低，舊橋內(nèi)側(cè)腹板內(nèi)力增加。但沉降差引起的內(nèi)力相對于結(jié)構(gòu)總體受力而言是較小的。增設(shè)橫隔板后腹板彎矩分配更均勻且有所降低，因此增設(shè)橫隔板對整體結(jié)構(gòu)受力更有利。

 　　表1 箱梁拼寬前后腹板單項荷載作用彎矩表

 　　

荷載工況	箱梁拼寬狀態(tài)	未拼接時				拼接后無隔板				拼接后有隔板
	位置	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點
恒載	新橋外側(cè)腹板	9366	-14562	4208	-9961	9908	-15621	4523	-10793	9976	-15606	4531	-10749
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	9643	-15328	4466	-10627	9845	-15460	4524	-10633	10152	-16082	4736	-11112
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	12316	-17425	5955	-12802	11560	-16137	5478	-11778	12054	-16896	5802	-12354
	舊橋外側(cè)腹板	11406	-16498	5300	-11658	11493	-16777	5428	-11952	11471	-16681	5386	-11840
汽車	新橋外側(cè)腹板	3760	-3893	3260	-3464	3529	-3842	3102	-3553	3420	-3742	3061	-3441
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	3812	-4011	3321	-3630	3058	-3640	2646	-3154	2911	-3082	2482	-2870
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	5291	-5753	4523	-4604	3523	-4450	3077	-3426	3435	-4194	3008	-3277
	舊橋外側(cè)腹板	5129	-6102	4419	-4576	4784	-5674	4141	-4251	4625	-5511	4036	-4154
支座沉降	新橋外側(cè)腹板	863	-2220	792	-2650	902	-2724	1043	-3177	1016	-2957	1231	-3220
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	863	-2220	792	-2650	240	-1738	56	-2172	244	-2162	59	-2453
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	0	0	0	0	1325	-3418	1273	-3442	1086	-3095	1225	-3028
	舊橋外側(cè)腹板

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