孫曉紅

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 工程概況

隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鹽靖高速作為江蘇省的交通大動(dòng)脈，交通量持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)有道路已不能適應(yīng)交通量快速增長(zhǎng)的現(xiàn)狀，迫切需要進(jìn)行擴(kuò)建。而既有橋梁的檢測(cè)評(píng)價(jià)及對(duì)策研究對(duì)擴(kuò)建項(xiàng)目的規(guī)模、保通、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及社會(huì)影響起著決定性的作用，橋梁擴(kuò)建利用方案的成敗優(yōu)劣直接影響到行業(yè)主管和政府部門(mén)的決策，是高速公路擴(kuò)建研究的重要內(nèi)容之一。

本項(xiàng)目起點(diǎn)為鹽靖高速與204國(guó)道交叉處，終點(diǎn)連接滬陜高速?gòu)V陵樞紐，路線全長(zhǎng)約152 km，途經(jīng)鹽城市亭湖區(qū)及鹽都區(qū)，泰州的興化市、姜堰區(qū)及泰興市。其中204國(guó)道至興化安豐、姜堰橋頭至廣陵段2001年建成通車(chē)，興化安豐至姜堰橋頭段2002年建成通車(chē)，設(shè)計(jì)速度均為100 km/h，路基寬度均為25.5 m。

2 既有橋梁承載能力評(píng)定方法

2.1 驗(yàn)算規(guī)范

2.1.1 汽車(chē)荷載

對(duì)于老規(guī)范，汽車(chē)荷載采用汽車(chē)-超20級(jí)，掛-120，對(duì)于新規(guī)范，按公路-I級(jí)加載，同時(shí)相比2004通用規(guī)范，2015通用規(guī)范對(duì)車(chē)道荷載的集中荷載又作了提高。

2.1.2 沖擊系數(shù)

對(duì)于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，新老規(guī)范的沖擊系數(shù)分別見(jiàn)表1。

表1 新/老規(guī)范沖擊系數(shù)

本次驗(yàn)算，沖擊系數(shù)均為MIDAS Civil計(jì)算結(jié)構(gòu)基頻，并按新規(guī)范公式計(jì)算所得。

2.1.3 溫度梯度

對(duì)于老規(guī)范，按照橋面板升降溫5°C考慮。新規(guī)范的豎向溫度梯度如圖1所示，豎向日照反溫差為正溫差乘以0.5。

圖1 豎向溫度梯度(尺寸單位：mm)

圖1中，A為混凝土結(jié)構(gòu),當(dāng)梁高H小于400 mm時(shí)，A=H-100(mm)；梁高大于或等于400 mm時(shí)，A=300 mm；帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構(gòu)A=300 mm；t為混凝土橋面板的厚度,mm。

2.2 拼寬前后既有橋梁橫向分布系數(shù)

對(duì)于裝配式組合結(jié)構(gòu)，拼寬橋梁新建部分對(duì)既有結(jié)構(gòu)有協(xié)同受力的作用，橫向拓寬對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、特點(diǎn)有較大的影響。因此，本次檢算針對(duì)拼寬后的橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行計(jì)算。本次鹽靖高速公路擴(kuò)建工程采用上部結(jié)構(gòu)連接、下部結(jié)構(gòu)分離(橋臺(tái)上、下連接)的拼寬方案，擴(kuò)建后由原來(lái)的25.5 m標(biāo)準(zhǔn)斷面變?yōu)?2.0 m標(biāo)準(zhǔn)斷面。

以20 m、25 m預(yù)應(yīng)力寬幅空心板梁結(jié)構(gòu)為例，綜合闡述拼寬對(duì)既有橋梁橫向分布系數(shù)的影響。表2為拓寬前后預(yù)應(yīng)力寬幅空心板梁橫向分布系數(shù)，既有橋梁編號(hào)原則均為以中央分隔帶為中心，從外向內(nèi)編號(hào)。

表2 拓寬前后板梁橫向分布系數(shù)對(duì)比分析表

圖2為拓寬前后寬幅空心板梁橫向分布系數(shù)分布圖。

圖2 拼寬前后空心板梁橫向分布系數(shù)分布圖

由表2、圖2可知，其余板梁橫向分布系數(shù)均有不同程度的降低，且變化呈明顯規(guī)律，即越靠近拼寬連接處的既有板梁，橫向分布系數(shù)下降率越大，既有橋梁原外邊板轉(zhuǎn)換為中板，下降率達(dá)48.17%。拼寬后既有橋梁橫向分布系數(shù)由外向內(nèi)呈逐漸減小。

20 m、25 m寬幅空心板梁拼寬前后橫向分布系數(shù)變化規(guī)律基本一致，由此可知其他跨徑、類(lèi)型組合結(jié)構(gòu)拼寬前后橫向分布系數(shù)亦是如此?？傮w而言，靠近拼寬處橫向分布系數(shù)拓寬前后變化顯著，對(duì)承載能力評(píng)定有較大影響。因此，本報(bào)告中鹽靖高速既有裝配式組合結(jié)構(gòu)橋梁極限承載能力評(píng)估均考慮拼寬對(duì)橫向分布系數(shù)的影響。

3 既有橋涵結(jié)構(gòu)加固方案

針對(duì)20 m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板梁橋承載能力不足狀況，對(duì)于內(nèi)邊梁抗彎加固，初步擬定方案包括粘貼鋼板、粘貼碳纖維布、預(yù)應(yīng)力碳纖維板及橋面補(bǔ)強(qiáng)層(截面增大)加固；對(duì)于內(nèi)邊梁抗剪加固，初步擬定方案包括腹板粘貼鋼板、空腔植筋加固及腹板增大截面加固。

3.1 20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊板抗彎加固

3.1.1 粘貼鋼板加固

20 m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼4片寬150 mm，厚度為5 mm的Q235B鋼板，鋼板粘貼面積為9 m2，鋼板防腐涂裝9.6 m2，M10螺栓個(gè)數(shù)320根，如圖3～圖5所示。

圖3 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土邊板粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)平面圖(單位：cm)

圖4 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土邊板粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)橫斷面圖(單位：cm)

圖5 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土邊板粘貼鋼板錨栓布置圖(單位：cm)

3.1.2 粘貼碳纖維布加固

20 m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼雙層碳纖維布、滿鋪，粘貼碳纖維布總面積為23.92 m2，碳纖維布涂裝23.92 m2，如圖6所示。

圖6 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土邊板粘貼碳纖維布加固設(shè)計(jì)平面圖(單位：cm)

3.1.3 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固

20m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板邊板底板布設(shè)3片50×2型號(hào)預(yù)應(yīng)力碳纖維板，預(yù)應(yīng)力碳纖維板的總面積為2.4 m2，錨具數(shù)量6套，M12螺栓12根，M16螺栓36根，如圖7所示。

圖7 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土邊板預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固設(shè)計(jì)平面圖(單位：cm)

3.2 20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊板抗剪加固

對(duì)比分析內(nèi)邊梁腹板粘貼加固、增大截面加固及板梁空腔植筋加固方案，板梁空腔植筋加固方案工序復(fù)雜，成本高，工期長(zhǎng)且需封閉交通；腹板增加截面加固方案同樣工序較復(fù)雜，工期長(zhǎng)且需封閉車(chē)道，成本也較高。因此，專(zhuān)題推薦對(duì)20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊梁抗剪加固采取外側(cè)腹板粘貼鋼板加固方案，方案如下：

20件m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊梁腹板粘貼寬150 mm、厚5 mm的Q345-C斜向鋼板；腹板上、下緣粘貼寬100 mm、厚4 mm的壓條鋼板。5 mm厚鋼板粘貼面積為1.092 m2，4 mm厚壓條粘貼面積0.995 2 m2，鋼板防腐涂裝2.09 m2，M10螺栓個(gè)數(shù)92根。

采用上述內(nèi)邊梁抗剪加固方案，單片20 m寬幅空心板內(nèi)邊梁承載能力提升狀況見(jiàn)表3，加固工程量及費(fèi)用見(jiàn)表4。

圖8 20 m寬幅空心板邊板粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)橫斷面圖

表3 20m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板內(nèi)邊板加固后承載能力提升表

表4 20 m預(yù)應(yīng)力混凝土寬幅空心板內(nèi)邊板加固方案工程量及費(fèi)用對(duì)比表

20 m PC寬幅空心板梁橋主梁抗彎、內(nèi)邊梁抗剪加固均易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，考慮到20 m PC寬幅空心板梁橋規(guī)模大，分布分散等特點(diǎn)，加固后拼寬利用優(yōu)勢(shì)明顯。經(jīng)綜合比選，建議20 m PC寬幅空心板梁橋既有橋梁加固后拼寬利用。對(duì)于內(nèi)邊梁抗彎加固，粘貼鋼板可有效增加承載能力，并對(duì)剛度有一定提升，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性、耐久性等均具有一定優(yōu)勢(shì)，推薦內(nèi)邊梁采用粘貼鋼板抗彎加固方案；對(duì)于內(nèi)邊梁抗剪加固，推薦采用內(nèi)邊梁腹板粘貼斜向鋼板抗剪加固方案，其有效提高結(jié)構(gòu)承載能力，并不影響加固結(jié)構(gòu)的使用空間，橋梁自重增加較小，成本也較低。

4 結(jié)束語(yǔ)

在橋梁日常養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中，要定期調(diào)查橋梁狀況，根據(jù)不同的損壞情況和部位，制定有效的養(yǎng)護(hù)維修方案，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，保證橋梁正常通行，維護(hù)人民生命安全，促進(jìn)了國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展。