新旧现浇箱梁桥拼接时机分析

卢启煌

0 引言

近年来，一些高速公路的交通量增长速度超过预计增长速度，道路已不能满足现有通行能力要求，需要对其进行改扩建，而既有桥梁的加宽是其中的难点，选择合理的拼接时机是改扩建工程成功与否的重要保证。本文以某高速公路现浇箱梁拓宽为例，使用梁格法对新旧现浇箱梁进行了拼接前后的平面变形分析，结合施工工期确定了最优的拼接时机。

1 桥梁概况

旧桥上部构造为17m+21m+21m+17m四跨钢筋混凝土连续箱梁桥，左右幅分离，桥面宽度为12.25m;新桥采用17m+ 21m+21m+17 m预应力混凝土连续箱梁，半幅桥面宽度为8.25m，新旧桥的拼接采用箱梁翼缘刚性连接。

2 计算过程

2.1 计算模型的建立

对新旧桥以及拼接后的整桥上部结构的计算均依据梁格理论，将上部结构离散为空间杆系模型，采用MIDAS/Civil计算程序进行计算。

旧桥左幅为单箱双室截面，划分为三根纵梁，并在箱梁端部各加一根虚拟纵梁，加宽新桥为单箱单室截面，划分为两根纵梁，在悬臂端各加一根虚拟纵梁，截面梁格划分示意图见图 1。新、旧桥的刚性接缝采用设置主从约束方法进行模拟，即将新、旧桥相邻的虚拟悬臂梁的节点设置成具有相同的线位移。划分后，旧桥共有 597个单元，334个节点;新桥有 450个单元，259个节点。

2.2 荷载取值

1)一期恒载:包括新、旧桥主梁及横隔板的自重，容重按26 kN/m3计，并计入收缩徐变影响。

2)二期恒载:包括桥面铺装及防撞护栏，新、旧桥的桥面铺装均为10 cm厚沥青混凝土，容重取23 kN/m3，防撞护栏取5.0 kN/m。

3)车辆荷载:旧桥按 85规范设计，新桥按 04规范设计，根据“老桥老标准，新桥新标准”的计算原则，老桥设计荷载采用汽车—超 20级，新桥设计荷载采用公路Ⅰ级。

4)温度荷载:对新旧桥均采用温度梯度的方式。

5)基础不均匀沉降:旧桥已建成通车十几年，基础沉降基本完成，故仅考虑新桥的基础沉降，按新桥相对旧桥整体沉降5mm考虑。

3 结果分析

3.1 新旧桥拼接前变形分析与拼接时机

拼接前的变形分析主要在新桥建成后搁置不同的时间来观察新旧桥竖向变形差的变化。因此，分别在新桥刚建成时、搁置1个月、搁置 3个月、搁置 6个月四个时刻比较拼接前新旧桥的竖向变形差，以此来考察合适的拼接时机。

新旧桥翼缘端竖向变形差(变形差=新桥翼缘端变形-旧桥翼缘端变形)在各个时刻的计算值见表 1。

表1 拼接前新旧桥翼缘端竖向变形差值 mm

由表 1可见，从拼接前新旧桥翼缘端的竖向变形来看，新桥搁置时间的长短会有一定影响。如果过早拼接，新桥收缩徐变作用产生的内力值会很明显，对拼接部位不利。因此，设计上应该给出一个合理的拼接时间，使得拼接后受到的收缩徐变影响不致使拼接缝处开裂。

3.2 新旧桥拼接后平面变形分析与拼接时机

新旧桥拼接运营后，新桥混凝土的收缩徐变可使拼接后的新旧箱梁在水平面内产生弯曲和变形，如果平面变形过大可能造成箱梁支座脱空等不利情况。考察位置为新箱梁的各桥墩、台支座截面处。通过在四种拼接时机下平面变形的对比，研究最优的拼接时机。

3.2.1 新旧桥平面纵向变形

图2为新旧桥最大纵向位移随搁置天数变化图。在新桥建成后搁置 0 d，1个月，3个月和 6个月四种情况下，拼接之后运营1 000 d过程中由新桥收缩徐变引起的旧桥和新桥各支座处的平面纵向变形值。其中由于旧桥的纵向变形较小，故只取最大变形值。

由图 2可见，随着新桥搁置天数的增加，新旧桥的最大纵向位移都越来越小。如果新桥刚建成就拼接，拼接后由新桥收缩徐变引起的纵向变形最大，而随着新桥建成后在拼接前的搁置时间变长，在拼接后由收缩徐变引起的新桥纵向变形越小，这样对新旧桥拼接也就越有利。

3.2.2 新旧桥平面横向变形

横向变形是和纵向变形相互关联的，它们有着近似的规律。表 2，表 3分别为在四种新桥搁置情况下，拼接之后运营1 000 d过程中由新桥收缩徐变产生的旧桥和新桥各支座处的平面横向变形值。

表2 旧桥平面横向变形 mm

表3 新桥平面横向变形 mm

由表 2，表 3可以看出，旧桥箱梁在 1—a支座处发生最大横向变形，而新桥在1′—b支座处发生最大横向变形。随着新桥搁置天数的增加，新旧桥的最大横向变形都越来越小。可见由新桥收缩徐变引起的新旧桥箱梁平面弯曲的影响是明显的。且随着新桥建成后在拼接前的搁置时间变长，在拼接后由收缩徐变引起的新旧桥横向变形呈随时间变小的趋势。

4 结语

从拼接后新桥收缩徐变引起的新旧桥箱梁平面纵向变形和横向变形来看，最大纵向变形值和横向变形值均随着新桥建成后搁置时间的变长而减小，说明新桥建成后越晚拼接，对新旧桥拼接后受力也就越有利。随着新桥搁置天数的增长，变形曲线越来越缓，说明如果搁置时间再往后推移，引起的平面变形的减小值也会越来越小，且如果搁置太长时间对施工并不经济，因此建议新旧桥宜在新桥建成搁置 6个月后拼接。

[1] JTG D 60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2] JTG D 62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] JTG D 63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[4] JTJ 021-1989，公路桥涵设计通用规范[S].

[5] JTJ 023-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6] JTJ 001-97，公路工程技术标准[S].