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箱梁拼寬前后內(nèi)力變化分析及處理措施

2015-05-20　

 　　0、引言

 　　國內(nèi)一些重要高速公路、城市主干道交通運輸繁忙，交通量增長速度超過預(yù)計增長速度，已不能滿足通行能力要求，需要進(jìn)行改擴(kuò)建。其中既有橋梁的拓寬是面對的較為突出的問題。文中以國內(nèi)某高速公路橋梁拓寬為依托，著重研究橋梁拼寬前后橋梁受力變化情況，為采取必要構(gòu)造措施和施工方案，保證橋梁拼寬質(zhì)量提供依據(jù)。

 　　1、有限元建模

 　　舊橋上部結(jié)構(gòu)為4x40m單箱單室等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.4m，頂板寬12.0m，底板寬5.8m，腹板為斜腹板。采用橋梁通用有限元綜合程序進(jìn)行分析，采用梁格法建立有限元模型，分析了拼接前，拼接后未設(shè)置無隔板和拼接后設(shè)置隔板三種情況下，恒載、活載、支座沉降以及荷載組合下的箱梁腹板內(nèi)力變化情況。主梁材料舊橋采用40號混凝土，新橋采用C50混凝土，混凝土比重取2.55噸/立方米，彈性模量舊橋取3.3x104Mpa，新橋取3.5x104Mpa。混凝土材料的收縮徐變特性按照規(guī)范取值。

 　　

 　　圖1 箱梁拼寬斷面示意   圖2 有限元結(jié)構(gòu)模型

 　　2、腹板內(nèi)力

 　　2.1 恒載內(nèi)力

 　　恒載狀態(tài)下主梁內(nèi)力在拼寬前后變化較小，腹板內(nèi)力如圖3～圖5。

 　　

 　　 圖3 未拼接時腹板彎矩圖  圖4 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖5 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.2 活載內(nèi)力

 　　按照公路Ⅰ級車道荷載進(jìn)行橋梁的整體靜力性能計算，車道橫向布置分為左偏載，右偏載，中載工況。縱向為最不利影響線位置加載?；钶d狀態(tài)下主梁內(nèi)力如圖6～圖8。

 　　

 　　 圖6 未拼接時腹板彎矩圖   圖7 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖8 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.3 支座沉降內(nèi)力

 　　由于舊橋運行多年基礎(chǔ)相對穩(wěn)定，故不考慮舊橋墩臺沉降影響。支座沉降計算僅考慮拼寬部分墩臺沉降，墩臺最大沉降值取10mm。支座沉降作用下主梁內(nèi)力如圖9～圖11。

 　　

 　　 圖9 未拼接時腹板彎矩圖   圖10 拼接后無隔板腹板彎矩圖

 　　

 　　圖11 拼接后有隔板腹板彎矩圖

 　　2.4 腹板內(nèi)力分析

 　　對比拼接前后的彎矩值（見表1）恒載作用下舊橋內(nèi)側(cè)腹板內(nèi)力減少，外側(cè)腹板內(nèi)力增加。汽車作用下舊橋腹板內(nèi)力均有所降低，支座沉降作用下新橋腹板內(nèi)力降低，舊橋內(nèi)側(cè)腹板內(nèi)力增加。但沉降差引起的內(nèi)力相對于結(jié)構(gòu)總體受力而言是較小的。增設(shè)橫隔板后腹板彎矩分配更均勻且有所降低，因此增設(shè)橫隔板對整體結(jié)構(gòu)受力更有利。

 　　表1 箱梁拼寬前后腹板單項荷載作用彎矩表

 　　

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荷載工況	箱梁拼寬狀態(tài)	未拼接時				拼接后無隔板				拼接后有隔板
	位置	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點	邊跨最大彎矩	邊跨  　　 支點	中跨  　　 跨中	中跨  　　 支點
恒載	新橋外側(cè)腹板	9366	-14562	4208	-9961	9908	-15621	4523	-10793	9976	-15606	4531	-10749
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	9643	-15328	4466	-10627	9845	-15460	4524	-10633	10152	-16082	4736	-11112
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	12316	-17425	5955	-12802	11560	-16137	5478	-11778	12054	-16896	5802	-12354
	舊橋外側(cè)腹板	11406	-16498	5300	-11658	11493	-16777	5428	-11952	11471	-16681	5386	-11840
汽車	新橋外側(cè)腹板	3760	-3893	3260	-3464	3529	-3842	3102	-3553	3420	-3742	3061	-3441
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	3812	-4011	3321	-3630	3058	-3640	2646	-3154	2911	-3082	2482	-2870
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	5291	-5753	4523	-4604	3523	-4450	3077	-3426	3435	-4194	3008	-3277
	舊橋外側(cè)腹板	5129	-6102	4419	-4576	4784	-5674	4141	-4251	4625	-5511	4036	-4154
支座沉降	新橋外側(cè)腹板	863	-2220	792	-2650	902	-2724	1043	-3177	1016	-2957	1231	-3220
	新橋內(nèi)側(cè)腹板	863	-2220	792	-2650	240	-1738	56	-2172	244	-2162	59	-2453
	舊橋內(nèi)側(cè)腹板	0	0	0	0	1325	-3418	1273	-3442	1086	-3095	1225	-3028
	舊橋外側(cè)腹板

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