摘要：研究結(jié)果表明：新、舊橋橫向拼接后，在汽車活載作用下舊橋的懸臂板受力、主橋跨中截面和懸臂端部等撓度變形有明顯改善作用。橫向拼接采用鉸接方案時(shí)應(yīng)力狀態(tài)優(yōu)于剛接方案，撓度變形則無明顯差異，原則上可優(yōu)先考慮鉸接方案。拼接后翼緣板厚沒有必要增大。本文研究成果可對(duì)橋梁拓寬工程提供一定的參考。
　　關(guān)鍵詞：箱梁;拓寬;應(yīng)力;撓度;接縫
　　1.緒論
　　高速公路拓寬工程目前在國(guó)內(nèi)開始興起。對(duì)于高速公路全線擴(kuò)建的橋梁拓寬，為了保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和提高工作效率，必須在高速公路擴(kuò)建的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和總體方案基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁拓寬的結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造進(jìn)行研究，既要考慮拓寬結(jié)構(gòu)使用性能還要考慮施工可行性。本文結(jié)合某高速公路擴(kuò)建的技術(shù)要求，參照國(guó)內(nèi)外工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[1]-[5]，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁梁橋拓寬后的力學(xué)特性進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　2.空間有限元分析
　　主橋?yàn)槿缱兘孛孢B續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁。橋跨為38.5m+65m+38.5m，大橋全長(zhǎng)142m。原橋?qū)挒?2.5m。加寬為半幅對(duì)稱加寬，加寬后大橋?qū)?0.5m。新舊橋的模型見圖1。x方向?yàn)闄M向，y方向?yàn)樨Q向，z方向?yàn)榭v向。
　　按汽車-超20級(jí)加載，對(duì)于新、舊橋，橫向布置4列車。根據(jù)《規(guī)范》橫向布置4列車隊(duì)時(shí)，荷載應(yīng)乘以折減系數(shù)0.67。荷載布置形式為將車隊(duì)的重車布置在中跨的跨中截面，其余車輛按《規(guī)范》布置。將荷載直接施加橋面板上，將產(chǎn)生過高的局部應(yīng)力，因此，將荷載按輪載作用面積均布施加在橋面上。根據(jù)規(guī)范規(guī)定按45°擴(kuò)散后輪載作用面積為0.8m×0.4m。
　　荷載工況布置為：
　　工況1-舊橋橫向4列車隊(duì)布置在舊橋距緣石50cm處;
　　工況2-新舊橋接縫鉸接橫向4列車隊(duì)布置在舊橋距緣石50cm處;
　　工況3-新舊橋接縫剛接橫向4列車隊(duì)布置在舊橋距緣石50cm處;
　　工況4-新舊橋接縫鉸接橫向4列車隊(duì)對(duì)稱布置在新舊橋接縫處;
　　工況5-新舊橋接縫剛接橫向4列車隊(duì)對(duì)稱布置在新舊橋接縫處。
　　3.拓寬后原橋內(nèi)力比較
　　拓寬后，原橋、拓寬后新橋的橫向正應(yīng)力、豎向剪應(yīng)力及接縫處的豎向撓度見表1、表2、表3。表1、表2中的應(yīng)力值為圖3中各點(diǎn)位的應(yīng)力值。圖3中3點(diǎn)位于舊橋懸臂板根部上緣;2點(diǎn)位于舊橋懸臂板根部下緣。
　　沿橋的縱向取各跨跨中截面、l/2截面各點(diǎn)的應(yīng)力值。
　　表1 新、舊橋接縫處橫向正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

工況	計(jì)算點(diǎn)位	橫向正應(yīng)力σx（Mpa）
		左邊跨			中跨			右邊跨
		支座	L/2	支座	支座	L/2	支座	支座	L/2	支座
工況1	1	0.0085	-0.004	0.35	0.35	0.76	0.29	0.29	0.52	-0.0046
	2	-0.16	0.22	0.12	0.12	-0.55	0.099	0.099	-0.51	-0.097
工況2	1	0.0028	-0.095	0.25	0.25	-0.071	0.19	0.19	-0.25	0.19
	2	-0.2	0.13	0.076	0.076	0.25	0.16	0.16	-0.20	-0.17
工況3	1	0.028	-0.094	0.24	0.24	-0.056	-0.13	-0.13	0.25	-0.20
	2	-0.20	0.13	-0.076	-0.076	0.23	0.062	0.062	-0.21	-0.16
工況4	1	0.096	0.064	0.27	0.27	0.84	0.22	0.22	0.38	-0.19
	2	0.64	-0.077	0.084	0.084	-0.92	0.07	0.07	-0.49	0.11
工況5	1	0.085	0.046	0.27	0.27	0.77	0.22	0.22	0.37	0.20
	2	0.50	-0.06	0.082	0.082	-0.84	0.068	0.068	-0.47	0.098

　　表2 新、舊橋接縫處剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

工況	計(jì)算位置	豎向剪應(yīng)力τxy（Mpa）
		左邊跨			中跨			右邊跨
		支座	L/2	支座	支座	L/2	支座	支座	L/2	支座
工況1	1	0.025	0.01	0.049	0.049	-0.019	0.009	0.009	-0.039	-0.002
	2	0.037	-0.00016	-0.024	-0.024	0.074	-0.015	-0.015	0.017	0.20
工況2	1	-0.025	-0.0023	0.0005	0.0005	-0.18	0.0008	0.0008	-0.10	0.0012
	2	-0.033	0.00001	-0.015	-0.015	0.10	-0.0067	-0.0067	0.0023	0.0036
工況3	1	-0.022	-0.022	0.005	0.005	-0.17	-0.009	-0.009	-0.1	0.015
	2	-0.032	0.0002	-0.015	-0.015	0.1	-0.007	-0.007	0.024	0.038
工況4	1	0.099	0.028	0.0013	0.0013	0.11	0.0054	0.0054	0.0034	-0.014
	2	0.12	-0.0091	-0.021	-0.021	-0.036	-0.012	-0.012	-0.015	0.32
工況5	1	0.096	0.024	0.0011	0.0011	0.095	0.053	0.053	-0.0011	-0.01
	2	0.12	-0.0093	-0.021	-0.021	-0.036	-0.012	-0.012	-0.016	0.31

　　表3 接縫處、跨中最大位移

		跨中最大位移（cm）	接縫處（懸臂端部）最大豎向位移（cm）
原橋	工況1	1.262	1.308
拓寬后原橋	工況2	0.971	0.678
	工況3	0.97	0.691
	工況4	0.748	0.984
	工況5	0.753	0.931

　　從表1、表2中可以看出，各點(diǎn)的橫向正應(yīng)力值較小。最大拉應(yīng)力值1.36Mpa，位于接縫處6點(diǎn)中跨跨中截面，由工況5作用的荷載產(chǎn)生。各點(diǎn)的豎向剪應(yīng)力值也較小。最大剪應(yīng)力為工況4作用荷載下產(chǎn)生值為0.32Mpa，位于原橋懸臂板根部2點(diǎn)右邊跨支座處。
　　根據(jù)橋規(guī)，汽車荷載作用下跨中最大豎向撓度規(guī)定的限值為l/600，本橋?yàn)?0.83 cm。懸臂體系的端點(diǎn)撓度規(guī)定的限制為l/300，本橋?yàn)?cm。表3中的跨中豎向撓度值、接縫處撓度值均滿足規(guī)范要求。同時(shí)，橫向拼接改善了原有舊橋的受力變形，效果顯著。
　　從計(jì)算結(jié)果可知，接縫處采用剛接方案時(shí)，在中跨跨中截面新、舊橋接縫處橫向正應(yīng)力
明顯大于鉸接方案。同時(shí)接縫處(即懸臂端部)最大豎向位移在兩種方案下無明顯差異。由此看來，翼板拼接時(shí)剛度不宜過大，連接剛度減小反而有利于改善受力狀況。
　　4.新舊橋接縫處板厚對(duì)接縫處應(yīng)力的影響
　　分析了新舊橋接縫處板厚分別為17.6cm、21.2cm、24.8cm三種情況。這三種情況分別對(duì)應(yīng)將舊橋箱梁懸臂板鑿除50cm、100cm、150cm。圖中給出的應(yīng)力值是5點(diǎn)的應(yīng)力值。
　　5.結(jié)論
　　通過以上計(jì)算，可初步得出以下結(jié)論：1、新、舊橋橫向拼接后，在汽車活載作用下舊橋的懸臂板受力、主橋跨中截面和懸臂端部等撓度變形有明顯改善作用。2、橫向拼接采用鉸接方案時(shí)應(yīng)力狀態(tài)優(yōu)于剛接方案，撓度變形則無明顯差異，原則上可優(yōu)先考慮鉸接方案。3、拼接后翼緣板厚沒有必要增大。
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