箱梁拼宽前后内力变化分析及处理措施

　　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。

　　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。