既有预应力混凝土空心板桥校核分析

孙 潇 刘振廷 闫磊源

(1.驻马店市公路规划勘察设计院，河南驻马店 463000;2.华北水利水电大学，河南郑州 450011)

装配式预应力空心板桥是我国早期公路桥梁的主要形式，在公路改扩建中常采用同类型的装配式预应力空心板梁予以加宽，本着可持续发展的原则，需对旧桥加固改造后继续使用，以合理利用资源，节约投资。既有预应力空心板依据JTG 023-89公路桥涵设计通用规范［1］(以下简称:旧通规)和JTJ 023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［2］(以下简称:旧桥规)设计，而现行设计规范是JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范［3］(以下简称:新通规)和JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［4］(以下简称:新桥规)。从国内已完工的改扩建工程来看，加宽后运营不久后新旧交接处桥面铺装即出现了纵向裂缝，铰缝出现了渗水和混凝土脱落等病害，旧桥易遭受单板受力等病害时有发生，因而亟待系统地进行既有旧桥加宽设计校核分析，以指导加宽加固设计，为工程实践服务。本文将结合荷载横向分布理论，对既有空心板按照新规范进行校核计算。

1 基本资料

为使问题更具有针对性，选取G4高速公路安阳—新乡段某桥进行分析。该桥交叉角度90°，1×16 m，计算跨度15.5 m，原桥宽度2×12.0 m，配置有普通钢筋 φ16，9根/板，预应力钢筋采用型号为φj15的钢绞线，每根钢绞线张拉力为160.88 kN，18根/板。加宽宽度2×8 m，预应力钢筋均采用270级φs15.2 mm高强度低松弛钢绞线，标准强度为1 860 MPa，每根张拉力为195.3 kN，22根/板，加宽桥面宽度2×8 m。整桥空心板横断面图见图1，混凝土铺装层厚度为80 mm，下部桥台桩柱式台，桥墩是柱式墩。按照新桥规，桥梁上部材料属性列于表1，其中混凝土参数均为线性内插所得。为简化计算，特做如下约定:1)先张法部分预应力混凝土A类构件，偏安全的，桥面板及铺装层混凝土不参与截面组合作用;2)不考虑空心板运营中强度等劣化;3)预应力张拉控制力为23.52 kN。

图1 整桥空心板横断面图

2 校核分析

2.1 横断面特性

横断面图见图1，中板和边板相差非常小，因而计算时所有截面特性均按照中板进行，而边板近似按照中板处理。经计算，毛截面面积是3 853.27 cm2，换算截面面积是3 960.58 cm2，毛截面重心距离板底距离为35.43 cm，换算截面重心距离底边的距离为34.65 cm。换算截面惯性矩 I0=2.79×106cm4，截面抗弯模量

表1 新桥规下既有空心板材料属性 MPa

2.2 汽车荷载效应

1)汽车荷载横向分布系数计算。

a.跨中截面横向分布系数。该分部是整个校核工作的基础也是核心内容，目前常用的普通铰接板法和查表法均未考虑加宽后新旧桥间的荷载横向分布改变，且无法精确求得加宽后荷载横向。建立有限元模型可解决该问题，但建立有限模型成本较高，且存在一定的主观性。文献［5］给出了基于力法和铰接板法的考虑加宽效应的荷载横向分布效应计算方法，故本文的横向分布系数采用文献［5］中的方法计算，且按照《新通规》中相应的折减系数进行折算。计算得到，非加宽侧边板横向分布系数为0.257，是所有旧板中最大的板，故可仅验算边板。b.支点横向分布系数。支点截面汽车荷载横向分布系数按照杠杆法计算，因一列车辆的轮距为1.8 m，两块板中心间距为1 m，仅能布一排汽车轮载，所以支点横向分布系数为0.5。

2)汽车荷载冲击系数。加宽桥自振频率f无法用《新通规》条文说明4.3.2计算，应采用有限单元法或者空间梁格法建立整桥模型计算。本文建立有限元模型，计算得到f=6.72 Hz，则由《新通规》4.3.2 式得 μ=0.321。

2.3 作用效应组合

限于篇幅，此处略去按照规范较为简单的计算过程，仅将作用效应组合计算结果列于表2。值得注意的是，汽车荷载效应新旧规范变化较大，应由《新通规》4.3条计算，公路Ⅰ级荷载下，均布荷载qk=10.5 kN·m，集中荷载Pk=222 kN，计算剪力时:Pk=1.2 ×222 kN=266.4 kN。

表2 空心板作用效应组合计算汇总表

2.4 验算结果

不考虑旧桥损伤，按照新桥规中对承载能力和正常使用的要求，分步进行计算，该过程较为繁琐但原理为广大设计人员所熟悉，限于篇幅，仅给出计算结果，见表3。由表3可知，旧板的最大弯矩未超过其截面抗力，正截面和斜截面抗裂也满足规范要求，且有一定的安全储备。挠度也远小于规范允许值。因而，该桥安全储备较大，经过简单处理后可直接用于加宽工程。

表3 既有空心板截面复核结果

3 结语

虽然《新桥规》及《新通规》有了较大变化，但是新旧桥连接后，旧桥荷载横向分布系数有所降低，经验算其各项性能指标仍能满足现行规范的要求，理论上可以直接用于加宽工程。但是该验算的前提是空心板未遭受损伤，所以在实际设计中应根据现场情况，对空心板技术现状进行评定，确定其损失程度，进而确定空心板是否需要加固或更换。

［1］JTG 021-89，公路桥涵设计通用规范［S］.

［2］JTJ 023-85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［4］JTJ D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［5］陈记豪，赵顺波，姚继涛.既有预应力空心板桥加宽设计的荷载横向分布计算方法［J］.工程力学，2012，29(9):265-271.

［6］刘振廷，孙 潇.预应力空心板加宽桥体外局部横向预应力加固探析［J］.交通标准化，2013(2):71-73.