桥梁拓宽新老桥连接处分析及处理.doc

桥梁拓宽新老桥连接处分析及处理-空心板和小箱梁桥摘要桥梁拓宽中，空心板桥在新旧连接处会有很大的剪力，这个剪力对老桥也有一定的影响：第一，连接处当铰处理，这个剪力可能破坏这个铰而使桥面产生裂缝影响美观和安全；第二，连接处铰使新老桥共同作用，新桥的后期徐变会带动老桥上挠，从而使老桥的内力发生变化。对于小箱梁，连接处处理为刚接时，会有很大剪力和弯矩，而无论是铰接还是刚接在翼缘悬臂根部都会有很大剪力和弯矩，如果处理不好就可能在翼缘上产生裂缝影响到道路安全。另外，基础的沉降差对新老桥的影响也是很不利的。关键词桥梁拓宽 空心板 小箱梁 徐变差 沉降差随着经济的发展，交通的需求越来越大，有些旧桥已经不能满足日益增长的交通量，要改建新桥要浪费过多的资金，而且对老桥弃而不用也是一种浪费。在可以满足荷载等级的基础上，对已有的旧桥进行拓宽，可以节省很多的资金。为了保证桥梁的安全运作，分析新老桥的连接和有效的处理是必要的。1、 空心板实例分析1.1 实例简介25m空心板，老桥净宽11.5m，外侧2x0.5m的防护栏，设计荷载汽车-超20级，挂车-120级。老桥7片1.65m宽的装配式预制空心板，梁高1.05m，预应力采用2束8j15.24和2束7 j15.24的钢铰线。 图 1 桥拓宽后横断面现在拓宽为宽19.88m的桥面，两边各加两片与老桥的空心板一样的新梁，边梁带悬臂，预应力跟老桥相同的布置，荷载等级也不变。1.2 老桥受力分析假设老桥成桥10年，徐变完全完成，新梁预应力张拉后存梁4个月，徐变部分完成， 进行施工连接，之后10年新上的梁徐变完成。现在用桥梁博士来建立模型分析：表1 新梁的阶段徐变时间（d）100(3个月)3000（10年）总计徐变（mm）15.320.736.0其中20.7mm的徐变差是新老桥连接后才完成的，这个徐变会带动老桥的梁上挠，从而在老桥里应力重新分布。现假设连接处以铰来处理，只有一对剪力。取纵向跨中1m宽的梁来研究，此1m单元在纵向上可以看作支撑在一个弹性支撑上，而横向9片梁连接成一个横向的体系。首先来求这个弹性支撑的弹性系数：在梁的跨中1m单元上作用一个单位力，求得该单元的纵向挠度，从而求得弹性系数11700KN/m。在横向，9片1m宽的单元形成一个桥梁模型，现在来模拟新老桥跨中1m宽的连接处的受力情况。梁的弹性系数11700KN /m，在每片梁上设置3个弹性支撑来提供，每个弹性支撑的弹性系数为3900KN/m。梁间用主从约束来模拟铰，如下图： 图 2 横向模型计算求得，结果如下：表 2 新老桥徐变差在连接处影响剪力（KN）竖向位移（mm）连接处老梁49.510.35连接处新梁-49.5-10.35通过计算求得了老桥边梁跨中1m的梁段的上挠位移，同样整个老桥边梁从支点到跨中都有一个逐渐变化的上挠，下面分析这个挠度给老桥内力分布的影响：老桥上的这个渐变的挠度是由于作用了一个，由于剪力是渐变的不好来加载，想象用预应力的钢铰线张拉来使梁产生这个挠度，只要挠度渐变的剪力而引起的完全一样，那么内力影响就是相同的；取三个点，分别是两个支点加跨中1m处的位移来用预应力拟合，这样得到的挠曲线不完全是老桥实际的挠曲线，但也不会像差很多，所以内力也不会相差很大。用了11根j15.24的钢铰线使得跨中的上拱度达到了20.7mm，得到老桥跨中的内力如下表： 表3 老桥拓宽后考虑徐变差后的内力上缘应力（MP）下缘应力（MP）拓宽前老桥跨中应力5.044.36拓宽后老桥苦衷应力5.9311.11.3 连接方法新老桥相距只有1cm，通过植筋将新老桥空心板铰接，使得新老桥变形协调，桥面连续，如图： 图 3 空心板的连接1.4 结论在老桥具有相当承载潜力的基础上进行拓宽时，徐变差对老桥的应力有一定的影响，但不至于致命的破坏，下缘相对应力变化很大，上缘较小；在连接处理合适的情况下，连接铰不发生剪切破坏，而且新老桥铰接处的相对转角不大时，这样连接处变形协调，桥面不会有挠度差，桥梁就算安全的。2、 小箱梁实例分析2.1 实例简介老桥桥宽11m，4片2.6m的小箱梁，钢束为4束7j15.24和4束5j15.24的预应力钢铰线；新桥两边拓宽每边一片2.8m的箱梁，预应力跟老桥一样布置。 图4 小箱梁拓宽后断面2.2 老桥受力分析假设老桥成桥10年，徐变完全完成，新梁预应力张拉后存梁4个月，徐变部分完成， 进行施工连接，之后10年新上的梁徐变完成。现在用桥梁博士来建立模型分析：表4 新梁的阶段徐变时间（d）100(3个月)3000（10年）总计徐变（mm）27.520.247.7其中20.2mm的徐变差是新老桥连接后才完成的，这个徐变会带动老桥的梁上挠，从而在老桥里应力重新分布。现在假设连接处用刚接来处理，连接处有一对弯矩和剪力。取跨中1m的梁段来研究，横向6片梁连成一个横向受力体系，在纵向上的支撑不妨简化为弹性支撑，通过纵向受力产生的位移求得每片纵梁跨中1m段下方的弹簧弹性支撑系数k=24752KN/m，用两个k=12376KN/m的弹簧代替。新老桥的徐变差通过给给新桥的梁一个竖向的强迫位移来实现。建立模型如下：图 5 小箱梁横向模型通过计算，结果如下：表 5 连接处内力和变形剪力（KN）弯矩（KN.m）竖向位移(mm)新桥连接处-82.964.1-10.2老桥连接处82.964.110.2表 6 翼缘悬臂根部内力剪力（KN）弯矩（KN.m）新桥悬臂根部-82.933.7老桥悬臂根部82.994.5受力上，悬臂根部更不利，现在根据悬臂根部进行配筋。通过计算，每m配10根20mm直径的2级钢筋可以满足要求，在老桥钢筋不够的情况下，通过植筋加大老桥的配筋量。同样用预应力来模拟老桥上作用的纵向渐变力，用了14根j15.24的钢铰线使得跨中的上拱度达到了10.3mm，得到老桥跨中的内力如下表：表7 老桥拓宽后考虑徐变差后的内力上缘应力（MP）下缘应力（MP）拓宽前老桥跨中应力5.674.60拓宽后老桥苦衷应力4.919.812.3 小箱梁的连接箱梁的连接通过将新老桥的翼缘内的钢筋焊接在一起，在需要的时候要植筋，然后现浇连接段混凝土，并桥面连续。2.4 结论从分析可见，小箱梁的拓宽中，老梁的纵向受力由于承载力有一定的潜力，可以比较容易保证桥的安全；而较难保证的是悬臂翼缘的横向受力，即连接处及悬臂根部，在钢筋不足的情况下可以通过植筋来加大翼缘的配筋量以承载翼缘的弯矩。3、 沉降差对新老桥连接处的影响新桥的沉降相当于在老桥的支点处加向下的强迫位移，对整个跨上都是一个向下的剪力作用，这个作用与徐变差的影响刚好相反，是对徐变差的一个加强，使得桥的连接很容易破坏