拼宽桥梁湿接缝受力分析

束文阳，李 涛

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

随着社会的发展，公路工程现状标准已难以满足日益增长的交通量需求，公路项目已陆续进入改扩建阶段。以安徽省为例，目前国土空间规划中滁新高速淮南至阜阳段、济广高速阜阳至周集段、京台高速合徐南段、宁洛高速界首至蚌埠段、沪陕高速大顾店至叶集段均有“四改八”改扩建规划。现在高等级公路大多状况良好，此外，受土地及环保等多种因素制约，公路改扩建大多采取拼宽既有通行断面的方式。

对于桥梁工程，新建拼宽桥梁与既有桥梁悬臂采用现浇湿接缝固结，下部结构分离，即所谓的“上连下不连”方式是桥梁改扩建的常用做法[1]。但既有桥梁已有较长的运营期，其与新建桥梁之间的龄期及沉降差异使得湿接缝成为桥梁结构的关键点[2]。因此，对于拼宽桥梁湿接缝受力状态的计算分析及响应评价显得尤为关键。

1 拼宽方案

以宁洛国家高速公路明光至蚌埠段改扩建工程中20 m后张法预应力混凝土简支空心板桥“四改八”断面为例：既有双向四车道单幅桥宽13.50 m，横向布置11片空心板，梁高90 mm。单侧拼宽5片空心板，梁高95 mm，宽6.75 m。拼宽后双向八车道单幅桥宽20.25 m。

湿接缝形成方式为凿除老桥拼宽侧悬臂混凝土，剥离老桥悬臂钢筋与拼宽侧新建梁板预留钢筋焊接，现浇混凝土湿接缝。湿接缝宽395 mm，跨中高度同悬臂根部，梁端局部加高至与既有桥梁梁高相同。

2 模型建立

采用midas/Civil软件按梁格法进行建模，纵向梁格的刚度取各片空心板的刚度，横向梁格截面取空心板顶板截面，通过释放梁端约束来模拟空心板铰接。为较好模拟湿接缝和两侧新旧空心板的边界条件，在计算模型中释放新、旧空心板湿接缝横梁端节点的角位移，使其能够转动，传递剪力但不传递弯矩，这样的处理方式与实际情况较吻合[3]。计算模型见图1、图2。

图1 空心板拼宽整体模型

图2 拼宽断面示意图

3 受力分析

3.1 收缩徐变对湿接缝的受力影响

为考虑时间效应对湿接缝的受力影响，在有限元程序中定义混凝土收缩系数、徐变系数及抗压强度函数来模拟混凝土强度和变形随时间的变化。

表1 施工阶段划分

既有桥梁已运营较长时间，收缩徐变发展已趋于稳定，而拼宽桥梁混凝土早期收缩徐变变化较大，特别在拼宽前的存梁期。故分别考虑存梁期30、60、90、180 d情况下拼宽后湿接缝的受力情况[4]。

湿接缝单元纵向应力计算结果见表2。

表2 湿接缝纵向应力值

从表2可知，混凝土已受拉开裂，但计算结果规律表明存梁期越长拉应力越小，即由收缩徐变产生的影响越小，这与认知也是一致的。此外，进一步分析发现，支点附近的应力受收缩徐变影响最大。所以在条件容许的条件下宜早制梁晚架梁，并加强梁端和支点附近湿接缝的配筋。

3.2 不均匀沉降对湿接缝的受力影响[5]

既有桥梁运营时间较长，沉降已趋于稳定，而拼宽桥则有可能发生沉降，因此新老结构会产生沉降差异，这种不均匀沉降对结构的内力和位移的影响会直接体现湿接缝位置处。

为分析不均匀沉降对湿接缝的受力影响，模型中分别考虑拼宽桥梁整体沉降3 mm、4 mm和5 mm三种工况。计算结果见表3。

表3 湿接缝应力值

由表3可知，由不均匀沉降引起的湿接缝的应力横向较大纵向较小，跨中位置纵横向应力差异不明显，但在支点处差异较大，且最大拉应力位置均为支点上缘。此外，随着不均匀沉降值的增加，湿接缝的应力值近似呈线性增加。

3.3 纵向裂缝宽度验算

按既有桥梁与拼宽桥梁沉降差异5 mm考虑，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)[6]对湿接缝单元正常使用极限状态时的裂缝宽度进行验算

C1、C2、C3分别取1.0、1.5及1.0；

计算得：Wcr=0.095 mm<0.2 mm

所以，当不均匀沉降5 mm时，湿接缝裂缝满足规范要求。

4 结 论

(1)新建桥梁混凝土收缩徐变易引起湿接缝开裂，这种影响随存梁期加长可以减小。因此，在施工条件允许的情况下宜提前制梁，设计时建议适当考虑加长存梁期。

(2)不均匀沉降对湿接缝应力影响呈线性增加趋势，主要体现为横向拉应力。

(3)靠近支点处湿接缝受力敏感，建议加强梁端及支点附近配筋。

(4)虽然收缩徐变及较小的不均匀沉降易导致湿接缝纵向裂缝，但裂缝宽度仍在规范允许范围内，设计更应重视桥梁基础设计。