新旧桥梁拓宽拼接力学行为研究

高士亮

（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东济宁 272000）

1 引言

随着国民经济的快速发展，交通拥堵问题日趋显著。为缓解当前的交通压力，城市道路及高速公路改扩建迎来了新的建设高潮。作为交通工程的咽喉，桥梁拓宽拼接是公路改扩建工程的关键。

在桥梁完成拓宽拼接后，其结构体系亦可能发生改变，进而影响受力特性[1-3]。于旧桥而言，桥梁拓宽拼接是否会产生不利影响是必须考虑的关键问题[4，5]。为此，国内外相关学者曾对新旧桥梁拓宽拼接后的受力与变形行为进行了研究，通过分析拓宽拼接后荷载的横向分布系数发现，桥梁拓宽拼接能够在一定程度上降低旧桥交通荷载产生的内力，进而提高承载力[6-9]。此外，桥梁拓宽拼接能够增大新旧桥梁的整体刚度，减小变形幅值。然而，桥梁拓宽拼接是一个系统工程，影响因素较多。关于新旧桥梁拓宽拼接后的协同变形规律至今不够明确，仍值得进一步探索。

本文以某山区桥梁的拓宽拼接工程为背景，基于有限元软件Midas Civil 2019 建立数值模型，分别研究了2 种不同拼接方案下新旧桥梁结构的变形规律。

2 工程概况

该桥梁为跨沟兼顾排洪而设，结构形式为整体式桥梁，分左右2 幅。其中，左幅桥梁全长为370.04 m，设计高程为321.210～327.428 m，桥墩最高约33 m；右幅桥梁全长370.04 m，设计高程为321.210～325.768 m，桥墩最高约35 m。

桥梁平面位于直线上，纵断面位于半径为11 500 m 的竖曲线上，全桥左幅共3 联：4×40 m+4×40 m+4×40 m，右幅共2 联：4×40 m+4×40 m。上部结构采用预应力混凝土（后张法）T 梁，施工顺序为先简支后连续。

3 不同拓宽拼接方式下的新旧桥梁结构变形规律

在我国，梁式桥在高速公路中应用较多。在梁式桥的拓宽拼接过程中，用得最多的方法主要有2 种：新旧桥主梁不连接、新旧桥主梁刚接。

新旧桥不连接是指在新旧桥梁之间留1 条纵缝，即新旧桥梁的主梁和下部结构均不相连。此时，新旧桥梁完全独立，各自受力，相互影响接近为零，可以有效地避免新桥收缩徐变和新旧桥基础沉降差对拼宽桥梁结构力学行为的影响[10]。且此类拓宽方法施工相对简单，成本较低，基本不会对旧桥结构产生损伤。新旧桥主梁刚接的连接方法是指将主梁翼缘通过植入钢筋相连，同时，将接缝两侧主梁通过横隔板进行连接的方法。采用该方法进行拓宽拼接的桥梁整体性较好，又可在一定程度上规避掉新旧桥基础沉降差对桥梁结构力学行为的影响。

为比较不同拓宽拼接方法对新旧桥梁结构力学行为的影响，图1 与图2 分别给出移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构边联与中联的变形大小，同时，图3 和图4 分别给出了移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构边联与中联的弯矩图。

图1 移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构边联变形图

图2 移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构中联变形图

图3 移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构边联弯矩图

图4 移动荷载作用下不同拓宽拼接方法对应的新旧桥梁结构中联弯矩图

通过对比分析2 种不同新旧T 梁连接方法下的桥梁变形图，发现当上部结构完全刚接时变形较小，且结构最大弯矩和最大剪力亦较其他连接方法更小。由此可以推断，随着T 梁连接刚度的增大，新旧拼宽桥梁整体性更好，受力分配更加均匀，整体变形相对较小。然而，当上部结构完全刚接时，下部结构是否通过盖梁来连接对旧桥的变形及内力影响较小，且盖梁施工相对复杂，亦会在一定程度上增加成本，总体而言不够经济[11]。因此，综合受力、变形和经济效益，推荐采用上部结构完全刚接、下部结构断开的新旧桥梁拼宽方式。

4 结语

本文以某桥梁的拓宽拼接工程为背景，采用数值方法较为系统地分析了2 种不同拓宽拼接方式下新旧桥梁结构的力学行为。基于研究结果，发现采用上部结构连接，下部结构断开的方式进行拼宽时，新旧桥梁结构整体性较好，变形较为协调，受力较为均匀，故在桥梁拓宽设计中推荐采用此种方法进行拼接。