基于整体评估的宽翼缘板旧连续梁桥承载能力分析

宁万超

（四川成渝高速公路股份有限公司，四川 成都 610010）

一、引言

20世纪末，我国经济总量偏小，基础设施较为落后，建设理念在不断完善，在桥梁设计建造工程中，经济效益往往是首要控制目标，因此早期建成的桥梁结构承载力富余往往较低。宽悬臂连续箱梁桥由于其可以减少墩台数目或减小墩台尺寸、节省工程量，增加桥下净空，在城区桥梁中得到广泛应用，其力学性能和受力特点比一般桥梁结构更加复杂，在自重和外荷载作用下，宽悬臂连续箱梁桥结构呈现明显下烧、扭转、畸变及横向弯曲等空间变形特征[1]。实际使用中，宽悬臂连续箱梁的顶板、底板、腹板、横隔板及各板搭接部位等关键位置空间效应明显，应力复杂，易出现裂缝[2]。本文依托某高架桥，通过具体的承载能力分析，为同类型项目设计、养护管理提供参考和借鉴。

二、桥梁概况

（一）设计概况

某高架桥建成于20世纪末期。设计荷载汽-超20级，挂车-120，主桥总长约5km；梁跨径主要采用25m、28.2m、28.6m，全桥共分为26联，每联长度110m～289m不等，相邻两联之间采用牛腿连接均为搭架现浇宽翼缘箱型连续梁桥，梁体高度1.5m，桥宽为两幅分离式桥梁；半幅梁宽13.25m～16.25m不等，翼缘板宽3.95m或4.65m，主梁形式为单箱多室，半幅宽13.25m的各孔及匝道桥正负弯矩区均按部分预应力结构设计，半幅宽16.25m的各孔正弯矩区按普通钢筋混凝土设计，负弯矩区按部分预应力结构设计；翼缘板横向每隔30cm均布设横向预应力筋一根；高架桥支点处横梁均为部分预应力结构；主梁采用40号混凝土，墩顶横梁采用40号混凝土。预应力钢绞线为270K级钢绞线，普通钢筋为II级钢筋。

（二）病害情况

主要病害情况[3]：梁体腹板、翼缘板均存在横向开裂，个别梁体底板存在纵横向开裂，个别横梁存在竖向开裂，各梁体裂缝位置无规律。其他病害情况：梁桥面铺装局部开裂，个别伸缩缝止水带破损，防撞护栏局部剥落、破损、露筋，桥面部分雨水篦填塞；部分梁体存在局部混凝土空洞、露筋、渗水等表观病害；桥台台帽存在竖向开裂，个别墩柱局部混凝土剥落、露筋。

三、承载力评估分析

（一）参数

设计荷载：汽-超20，挂-120，偏载系数按1.15计[4]；冲击系数按公路桥涵设计通用规范[4]取值；基础变位按5mm计；收缩徐变按成桥后3000天计；温度荷载按整体升降温±25°计；主梁温度梯度按公路桥涵设计通用规范[4]取值；桥梁结构截面折减系数ξc取0.99，承载能力恶化系数ξe取0.04，上部结构钢筋截面折减系数ξs取0.95[5]。主梁及墩柱材料属性参数如表1所示[6]。

表1 主梁及墩柱材料属性

（二）整体评估计算

1.评估计算模型建立

选择第4联作为模型代表全线评估计算，主要考虑病害相对较明显因素。梁体截面采用断面单箱两室，该联跨数共10跨。非墩顶段两幅结构分离、上横置搭板，墩顶段两幅通过墩顶横梁整体连接，墩顶处横向整体连接的影响需两幅同时评估；翼缘、腹板普遍存在较多裂缝，为带伤工作。根据最近检测结果，考虑主梁底板和桥面铺装实际厚度，相邻联对验算联结构受力的影响和墩顶横梁对左右幅联合受力的影响，采用Midas Civil建立有限元模型。第4联在制动墩约束竖横向位移，其他墩约束竖向位移，墩梁固结墩与梁固结，相邻联在截断断面固结。桥梁的计算模型如图1所示。

图1 第4联计算模型

2.评估计算荷载和内容

（1）荷载[3]

组合I：基本可变荷载（平板挂车和履带车除外）的一种或者几种与永久荷载的一种或者几种相组合。

组合II：基本可变荷载（平板挂车和履带车除外）的一种或者几种与永久荷载的一种或者几种与其他可变荷载的一种或者几种相组合。

组合III：平板挂车或履带车与结构重力、预应力、土的重力及土侧压力中的一种或几种相组合。

（2）评估计算内容

评估计算内容包括：梁体整体现状下承载能力评估和牛腿局部现状下承载能力评估。

3.评估计算结果

（1）强度计算

承载能力极限状态下40个主梁和墩顶控制截面（10跨中每跨的L/4截面、1L/2截面、3L/4截面共30个主梁控制截面和10个墩顶截面），抗弯承载能力安全储备系数最小为1.14，最大为1.94，抗剪承载能力安全储备系数最小为1.17，最大为2.48；满足设计荷载“汽-超20，挂-120”的承载能力要求；牛腿抗剪承载能力安全储备系数为1.58和1.70，满足设计荷载的承载能力要求。

（2）裂缝计算

正常使用极限状态下主梁和墩顶控制截面（10跨中每跨的L/4截面、1L/2截面、3L/4截面共30个主梁控制截面和10个墩顶截面），有1个主梁截面个别控制截面名义拉应力6.30 MPa大于允许值5.89MPa，即裂缝宽度大于0.15mm，不满足正常使用极限状态要求；其他主梁和墩顶控制截面名义拉应力小于允许值，即裂缝宽度小于0.15mm，不满足规范要求。

（3）刚度计算

主梁在车道荷载（不计冲击力）作用下的最大竖向挠度为8.7mm，小于L/600=28200/600=47.0mm，满足要求。

四、结语

本文对依托工程宽翼缘板旧连续梁桥第4联开展了整体评估计算和环框评估计算，结果表明，该桥主梁控制截面抗弯承载能力满足设计荷载“汽-超20，挂-120”的承载能力要求；40个截面中1个控制截面名义拉应力大于允许值，不满足正常使用极限状态要求；主梁在车道荷载(不计冲击力)作用下的最大竖向挠度为7.9mm，满足规范要求。早期宽翼缘板桥梁设计安全系数较低，建议进一步开展局部评估计算分析，必要时可通过荷载试验等方法验证桥梁结构的实际承载力。