公路桥梁拓宽拼接对新旧主梁荷载分布系数的影响研究

2021-12-31王宝龙

工程建设与设计 2021年20期

王宝龙

（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东济宁 272000）

1 引言

随着经济社会的发展，交通运输量逐年增加，众多已建公路已无法满足交通增长的需求。与此同时，公路改扩建已成为缓解交通压力、增加交通运输量的重要举措。在桥梁完成拓宽拼接后，旧桥边界条件将会发生变化，进而引起其内力改变[1，2]。在桥梁拓宽拼接后的空间应力分布的简化计算中，荷载横向分布系数是重要参数。

对于拓宽拼接后的桥梁，要保证其正常使用，关键在于确保完成拼接的桥梁各片主梁所承担的荷载仍处于其承载能力范围之内。事实上，进行拓宽拼接的新旧桥梁存在荷载的横向分配，仍采用原桥的荷载横向分布系数来计算各片主梁所承担的荷载大小并不合适，需采用拓宽后全桥的荷载横向分布系数来计算。鉴于桥梁拓宽拼接的方法有多种，且新旧桥梁各片主梁的刚度亦有可能不等，因此，荷载横向分布系数变化亦较大[3-6]。

本文将以某桥梁拓宽拼接工程为研究背景，分别研究了拓宽拼接前后新旧桥荷载横向分布系数的变化规律。

2 工程概况

本文研究所依托的桥梁位于重庆市巴南区，连接已有渝襄高速，距离太平镇约6 km。桥梁结构形式为整体式，分左、右2 幅，左右2 幅长度均为370.04 m。桥址区属于亚热带湿润气候，场区属侵蚀剥蚀丘陵地貌，位于场地南侧山头，最低海拔314.3 m，相对高差35.5 m。左右幅桥台位于斜坡上部陡坡处。

据野外地质调绘及钻孔揭露，桥址区出露地层主要有第四系人工填土层素填土，第四系全新统坡洪积层粉质黏土，第四系全新残坡积层粉质黏土、侏罗系中统上沙溪庙组长石砂岩、粉砂岩、泥岩。桥梁上部结构均采用简支T 梁标准化设计，大桥左幅采用U 形台扩大基础，实体承台的桩基础的桩径为1.5 m，其余采用桩式墩，直径为2～2.5 m。本文研究的桥梁结构拓宽拼接示意图如图1 所示。

图1 桥梁结构拓宽拼接示意图

3 桥梁拓宽拼接对新旧桥梁荷载横向分布系数的影响

桥梁荷载的横向分布一直是公路桥梁设计的核心问题之一，其关乎各片主梁所承受的荷载大小与内力计算。对荷载横向分布系数进行计算是在一定误差范围内通过寻求影响面近似解来代替影响面精确解，从而将复杂空间问题转换成平面问题进行求解，即把影响面分解成2个单值函数的乘积[7]。目前，在工程设计中，常用的荷载横向分布系数计算方法有3种，分别为李国豪、石洞编著的《公路桥梁荷载横向分布系数计算》中提出的计算方法、《公路桥梁荷载横向分布计算方法》中提出的计算方法、胡肇滋编著的《公路桥梁荷载分布计算方法》。3 种方法是基于不同的理论提出的，故存在各自的优势与缺点。

本文在研究新旧桥梁拼宽前后荷载的横向分布系数时，支座处采用杠杆原理法，跨中采用刚接梁法。图2～图5 分别给出了新旧桥拼宽前后各片主梁支点及跨中的荷载横向分布系数。

基于图2～图5 可以发现，不论是支点位置还是跨中位置，拓宽后新旧桥梁的各片主梁的荷载横向分布系数均有不同程度的提高，相对于支点处，主梁跨中位置处荷载横向分布系数增加较明显。此外，新旧桥梁边梁处荷载横向分布系数较其余主梁变化更大。因此，在主梁承载力不变的情况下，需要对原主梁进行减载，首先就是要使其所承受的活载尽可能降低，这就要求拓宽后旧桥主梁的荷载横向分布系数比拓宽前要小，这个通过调整新旧主梁的刚度来降低主梁所承担的荷载[8-11]。