混凝土收缩徐变效应对城市加宽桥梁的影响

2016-10-19赵海亮

天津建设科技 2016年4期

关键词：徐变轴力新旧

□文/赵海亮

混凝土收缩徐变效应对城市加宽桥梁的影响

□文/赵海亮

城市现役桥梁加宽后，由于横向新拼接桥梁与现役桥梁存在混凝土收缩徐变的差异，使得新桥与旧桥之间因此差异产生附加内力，对于桥梁的安全和使用性能产生不利影响。文章对新旧桥梁在混凝土收缩徐变差异效应下的受力特点进行了分析。

桥梁加宽；混凝土收缩徐变；附加力

随着我国国民经济的快速发展，城市交通流量越来越大，原有的城市交通建设设施已经不能满足现在城市交通量的需求，许多现役城市桥梁面临着桥面宽度不足的问题。如果将此类桥梁废掉重建，不仅会带来大量人力物力的浪费，而且会影响城市交通正常运行，带来不便利。为解决该矛盾，最常采用的方法是对现有城市桥梁桥面加宽。该方法既能解决城市交通拥堵问题、缓解交通压力并且能节约资源，减少资源浪费。

1　桥梁加宽连接方式［1］［3］

1）各部分均不连接。新旧桥梁之间完全分离，新旧桥梁桥面之间有简单的纵向缝。因此新旧桥梁之间没有混凝土收缩徐变和基础沉降的相互影响，受力明确、各自受力独立。

2）上下结构连接。新旧桥梁的上下结构是由浇筑的横隔梁的方式刚性连接在一块。该连接方式的优点是桥面平顺、行车舒适并且行车安全性高。但由于整体连接为一体，新旧桥梁之间混凝土收缩徐变之间的差异以及基础沉降的差异，会产生附加力，无论是在设计还是在施工过程中，应引起足够的重视。

3）桥面连接。新旧桥梁之间通过桥面连续的方式，使得桥面铺装为一整体，但是上下结构分离。其优势在于桥面的平顺度好。缺点是由于新旧桥梁在混凝土收缩徐变、基础沉降等方面的差异，在车辆过往时，会造成新旧桥梁的连接部位发生破坏，同时破坏后维修的难度也非常大。

2　桥梁加宽后存在的主要问题

对于上下结构连接和桥面连接，由于新旧桥梁在混凝土收缩徐变以及基础沉降之间的差异等问题，必然新旧桥梁之间受力产生相互影响。下面主要讨论上下结构连接和桥面连接加宽方式情况下，新旧桥梁混凝土收缩徐变差异问题对新旧桥梁的影响。

新旧桥梁连接后，由于两者之间混凝土收缩徐变的差异，必然引起新旧桥梁在顺桥向的弯曲变形，从而使得应力重新分布。新桥的混凝土收缩变形要比旧桥的大，由于旧桥对新桥的约束作用，使得新旧桥梁连接之间会产生很大的剪应力，若剪应力超过材料的抗剪强度，便会剪坏，产生纵向裂缝并且此时新桥会对旧桥产生压应力。混凝土收缩徐变差异是影响新旧桥主梁及其连接处受力性能不容忽视的重要因素之一。为研究混凝土收缩徐变对城市加宽桥梁的影响，进行仿真分析。

3　加宽桥梁计算模型的建立

新旧桥梁通过桥面板和横隔板横向连接，连接方式为铰接。新旧桥梁横断面均为空心板梁。采用梁格法建立模型，划分方式见图1［2］。

图1　加宽桥梁平面布置

采用Midas civil 2015有限元分析软件对该结构进行受力分析，由于只研究混凝土收缩徐变对加宽桥梁的影响，其他外荷载不考虑；旧桥在运营10 a后，即旧桥考虑10 a的收缩徐变后，再与新梁横向连接。

1）混凝土收缩效应对加宽桥梁影响。由图2-图5可以看出，由混凝土收缩效应引起的混凝土轴力具有跨中轴力大支点处轴力小的特点；新梁（12号梁、14号梁）与旧梁（11号梁、9号梁）的轴力方向相反，这是由于新梁的混凝土收缩受到边梁的约束作用，使得两者轴力方向相反。

在新旧梁拼接处的主梁的轴力明显大于其他片主梁的轴力，在旧梁部分，拼接部位11号梁的轴力最大为-646.8 kN，而9号梁的轴力为-67.5 kN；在新梁部分，拼接部位12号梁的最大轴力为661.5 kN，而14号梁的最大轴力为44.6 kN。这说明新旧梁由于混凝土收缩差异产生的轴力主要由连接处的主梁承担。

图2　11号梁轴力

图3　9号梁轴力

图4　12号梁轴力

图5　14号梁轴力

2）混凝土徐变效应对加宽桥梁影响。由图6-图9可以看出，由混凝土徐变效应引起的混凝土轴力具有跨中轴力大支点处轴力小的特点；新梁（12号梁、14号梁）与旧梁（11号梁、9号梁）的轴力方向相反，这是由于新梁的混凝土收缩受到边梁的约束作用，使得两者轴力方向相反。

在新旧梁拼接处的主梁的轴力明显大于其他片主梁的轴力，在旧梁部分，拼接部位11号梁的轴力最大为171.9 kN，而9号梁的轴力为22.9 kN；在新梁部分，拼接部位12号梁的最大轴力为-193.3 kN，而14号梁的最大轴力为-13.5 kN。这说明新旧梁由于混凝土徐变差异产生的轴力主要由连接处的主梁承担。