1.概述
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國公路運(yùn)輸事業(yè)迅猛發(fā)展，對道路的等級(jí)要求也越來越高。但許多舊橋的設(shè)計(jì)荷載較低，大多數(shù)橋面寬度過小，無法滿足目前的交通需求，而重建橋梁費(fèi)用高，且會(huì)引起交通中斷，因此迫切需要對其進(jìn)行改造，橋梁加寬則成為舊橋改造的常用方法。
通過對某簡支梁空心板橋在不同加寬方式下結(jié)構(gòu)受力性能影響的計(jì)算分析，可以得到兩點(diǎn)結(jié)論：一是通過有限元分析可以看出，經(jīng)過加寬后，舊橋的受力性能會(huì)得到一定的改善，結(jié)構(gòu)整體承載力得到提高；二是對于空心板橋，橫向聯(lián)系剛度能影響結(jié)構(gòu)的受力性能。
2.數(shù)值分析
2．1 工程背景
某簡支梁空心板橋?yàn)?3m，橋面凈寬為8.0m，由于道路拓寬，現(xiàn)要求該橋橋面凈寬加寬到凈12m，設(shè)計(jì)荷載在加寬前后均為公路I級(jí)。擬采用以下方式進(jìn)行橋梁加寬：單邊加寬，新舊板之間鉸接連接；雙邊加寬，新舊板之間鉸接。加寬前后的橫斷面布置見下圖1～圖3。
2．2 建模與計(jì)算
橋梁是個(gè)空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)汽車荷載作用在橋梁某個(gè)部位時(shí)．其荷載的影響將向周圍傳遞，由空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型求出各截面的內(nèi)力影響面，按最不利位置加載求出最大設(shè)計(jì)內(nèi)力，這是十分復(fù)雜的。目前大多應(yīng)用“荷載橫向分布”的概念，把空間問題合理地簡化為平面問題來解決。該方法先求出橫向分布影響線，通過橫向最不利位置布載求出各片梁的橫向分布系數(shù)，橫向分布系數(shù)在形式上反映的是活載分配到各片梁的比例關(guān)系，由該系數(shù)就可求出各片梁的最不利內(nèi)力。因此要計(jì)算橋梁的承載力，分析各梁的受力情況，可以通過分析橫向分布系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式及分析目的來選擇合適的分析方法。對于本橋，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)先采用空間模型計(jì)算各梁的橫向分布系數(shù)，再由此計(jì)算各梁的受力。計(jì)算其橫向分布系數(shù)時(shí)，空心板可采用梁單元；原橋的各梁之間是依靠鉸縫進(jìn)行聯(lián)系的，鉸縫用剛性鏈桿（截?cái)鄼M粱）來模擬，將剛性鏈桿一個(gè)端點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)約束全部放松；當(dāng)梁板之間采用剛性連接時(shí)（即橫向采用較強(qiáng)大的連接方式），剛接的兩板之間不能轉(zhuǎn)動(dòng)，其剛性鏈桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度需全部約束。
為求得橫向分布系數(shù)，對原橋、單邊(雙邊)加寬橋梁結(jié)構(gòu)在不同連接方式下分別進(jìn)行建模分析，根據(jù)互等定理將單位荷載分別作用于各片梁的跨中，可以得到原橋1～5號(hào)板的荷載橫向分布影響線。圖4為原橋1號(hào)梁在不同加寬方式下的荷載橫向分布影響線。
在得到各梁橫向分布影響線后，根據(jù)橫向最不利位置布載，可以得到原橋的1～5號(hào)板在加寬前后的橫向分布系數(shù)，具體數(shù)值見表1。
由表1可見，除了橫向無聯(lián)系的加寬方式外，其余的都使原橋各板的橫向分布系數(shù)減小，即分配到原橋各板的荷載減少了，這說明新橋分擔(dān)了部分荷載，使原橋的結(jié)構(gòu)性能得到了改善，提高了其整體承載能力。舊橋的橫向分布系數(shù)在橫向采用剛接時(shí)，比采用鉸接時(shí)下降得多，即剛接時(shí)提高的承載能力相應(yīng)地大一些。
2．3 方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)數(shù)值分析
單邊加寬與雙邊加寬相比，施工方便、工作量小，可以在不阻斷交通的情況下施工，且橋梁結(jié)構(gòu)整體性也好。由于該橋的加寬量較小，單側(cè)加寬不會(huì)影響道路與橋梁連接線形的平順性，且加寬前后橋梁的設(shè)計(jì)荷載不變，原橋的承載力也已滿足要求，故決定采用單側(cè)加寬、新舊橋之間鉸接的加寬方式。由于是加寬橋梁，故橋梁的長度、跨徑及橋面標(biāo)高等必須與原橋相協(xié)調(diào)。新加主梁采用13m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，寬1m，共四片。下部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。為比較該橋加寬前后的工作性能，采用實(shí)體單元建模，計(jì)算加寬前后橋梁在恒載、汽（掛）車縱向最不利布載下的最大變形、拉應(yīng)力及壓應(yīng)力，結(jié)果如表2所示結(jié)構(gòu)在加寬前后的最大變形及應(yīng)力的變化量很小，說明加寬后結(jié)構(gòu)的工作性能是正常的，能保證加大交通量情況下的行車安全。
3.結(jié)論
3．1 通過有限元分析可以看出，經(jīng)過加寬后，舊橋的受力性能會(huì)得到一定的改善，結(jié)構(gòu)整體承載力得到提高。
3．2 對于空心板橋，新舊結(jié)構(gòu)之間采用剛接連接時(shí)比采用鉸接連接時(shí)承載能力的提高程度相對大一些，說明橫向聯(lián)系剛度能影響結(jié)構(gòu)的受力性能。
參考文獻(xiàn)
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