西环线桥梁施工对既有观音港大桥的影响计算分析

何亮

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510000）

1 项目概况

1.1 既有观音港大桥工程概况

长沙市岳麓区平塘大道南延线跨观音港大桥主桥孔跨布置为38 m+70 m+38 m=146 m；主桥支承体系采用连续梁体系，桥梁墩台仅约束横向、竖向线位移，释放其他方向位移。桥墩墩身采用实体墩，轴线布置与河道水流方向一致，与桥轴线斜交35°。桥墩沿桥梁中心线左右两幅布置，桥墩截面为梯形，顶面纵桥向宽度2.5 m，沿墩高方向按1∶8.1坡率扩大至承台顶，墩高约4.0～4.9m；桥墩长度约17 m，上下游迎水面设置成圆端形以减小对水流的影响[1-2]。大桥立面布置如图1所示。

图1 既有观音港大桥桥型立面布置图（单位：cm）

1.2 新建西环线观音港大桥工程概况

新建长株潭城际轨道交通西环线一期工程观音港大桥采用跨径组合为42.5 m+73 m+73 m+42.5m的连续箱梁桥，新建观音港大桥为单箱单室的变截面预应力混凝土连续箱梁，梁底曲线采用圆曲线，小里程侧中墩固结，大里程中墩为活动墩；箱梁采用单箱单室直腹板截面，中墩墩顶处梁高4.95 m，边墩墩顶处梁高为2.35 m，腹板为直腹板，板厚度35 cm，腹板厚度分别为50 cm、70 cm、80 cm，底板厚度由跨中的47 cm按圆曲线变化至中支点梁根部的70 cm，中支点处加厚到95 cm。全桥在端支点、中支点及跨中共设7处横隔板，隔板设有孔洞，供检查人员通过。新建大桥桥型与旧桥关系平面、立面、剖面图分别如图2、图3和图4所示。

图2 新建桥梁与既有观音港大桥关系平面布置图(单位：cm)

图3 新建桥梁与既有观音港大桥关系立面图

图4 新建桥梁桥墩与既有观音港大桥横断面布置图(单位：cm)

由相对位置关系图可知，新建桥梁上部结构位于既有观音港大桥上方，新建桥梁在既有观音港大桥桥址范围内设置两个桥墩，且新桥桥墩位置与既有桥梁的拼接翼缘冲突。

2 软件建模

由于新桥桥墩位置与既有桥梁的拼接翼缘冲突，新桥桥墩施工时，需要切割既有桥梁部分防撞栏杆和翼缘板，既有观音港大桥最外纵向预应力筋中心距离翼缘板端部只有138 cm，翼缘切割开洞平面如图5所示。为了分析翼缘板的局部切割对上部结构受力的影响，分别建立了切割前和切割后的全桥三维实体有限元模型，分析比较两种状态下的精细局部应力，建立的两种状态下的三维实体有限元模型分别如图6和图7所示。

图5 既有观音港大桥翼缘切割开洞平面图(单位：cm)

图6 既有观音港大桥翼缘板局部切割前有限元模型

图7 既有观音港大桥翼缘板局部切割后有限元模型

3 模型结果分析

利用建立的上部结构三维实体有限元模型[3-5]分别计算了既有观音港大桥翼缘板局部切割前后恒载状态下的全桥应力状态，边跨翼缘板局部切割后在开洞附近顶板的正应力云图如图8所示。由图可知，边跨开洞前后顶板均处于受压状态，边跨翼缘板的局部切割基本没有改变顶板的应力状态，只对开洞部位的局部应力有一定影响，洞的前后两侧的局部应力变小，而洞靠近腹板侧存在一定的应力集中现象，局部压应力增大，恒载状态下最大正压应力为13.7 MPa，小于混凝土的设计抗压强度。中跨翼缘板局部切割前后在开洞附近顶板的正应力云图如图9所示。由图可知，中跨开洞前后顶板也均处于受压状态，中跨翼缘板的局部切割基本没有改变附近箱梁节段顶板的应力状态，只对开洞部位的局部应力有一定影响，洞的前后两侧的局部应力变小，而洞靠近腹板侧存在一定的应力集中现象，局部压应力增大，恒载状态下最大正压应力为13.7 MPa，小于混凝土的设计抗压强度。

图8 边跨翼缘板局部切割后附近节段箱梁顶板的正应力云图（单位：Pa）

图9 中跨翼缘板局部切割后附近节段箱梁顶板的正应力云图（单位：Pa）

4 结语

综上计算结果，长株潭城际轨道交通西环线施工对既有观音港大桥影响如下：

新桥施工对既有观音港大桥的上部结构箱梁产生的应力增量相对较小；利用建立的上部结构三维实体有限元模型分别计算了既有观音港大桥翼缘板局部切割前后恒载状态下的全桥应力状态。结果表明：边中跨翼缘板局部切割前后箱梁顶板在恒载状态下基本处于受压状态，且应力变化较小，开洞翼缘板靠近腹板部位存在应力集中现象，恒载状态下最大压应力为13.7 MPa，小于混凝土的抗压强度。

由于新桥施工过程中影响既有桥梁应力变化的因素众多且关系复杂，实际施工中仍有许多因素及突发情况在事前难以全面考虑，而数值分析也无法考虑所有因素并给出精确预测，因此，在新桥施工过程中进行全面实时监测是保证新桥施工自身及周边既有旧桥安全的可靠方法。