用箱梁拓寬加固滎經(jīng)大橋的探索摘要通過(guò)對(duì)滎經(jīng)大橋現(xiàn)狀的實(shí)地調(diào)查，分析了橋梁的承載能力，提出了采用預(yù)應(yīng)力箱型梁進(jìn)行拓寬加固的改造方案，簡(jiǎn)要分析了該方案受力特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明該方案在不中斷交通的情況下，減少了與舊橋的沖突，有效地提高了橋梁的承載能力，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞型梁；箱型梁；拓寬；加固隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長(zhǎng)，公路橋梁的流量及負(fù)荷不斷增加，相當(dāng)一部分早期修建的橋梁因老化、破損、設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低等原因，通行能力和承載能力不能滿足日益增長(zhǎng)的交通要求，已明顯影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和道路的暢通和安全。為充分利用現(xiàn)有投資，除進(jìn)行一定數(shù)量新橋建設(shè)外，舊梁的技術(shù)改造將是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)公路橋梁建設(shè)的一項(xiàng)緊迫工作。舊橋的技術(shù)改造與新橋建設(shè)相比，有其自身的特點(diǎn)。舊橋改造通常要求在不中斷或盡量少中斷交通的情況下進(jìn)行，施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、工期短；同時(shí)，方案擬定與計(jì)算要充分考慮新、舊結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度與使用壽命的均衡，以及新、舊結(jié)構(gòu)的共同工作，充分發(fā)揮舊結(jié)構(gòu)的使用潛力。迄今為止，人們?cè)谂f橋技術(shù)改造方面已經(jīng)作了不少的工作1，從已有的資料來(lái)看，單獨(dú)對(duì)舊橋加固或?qū)蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)拓寬方面的成果較多，而同時(shí)進(jìn)行拓寬加固改造的實(shí)例卻并不多見(jiàn)，但顯然這是今后舊橋改造的一個(gè)方向。本文在對(duì)滎經(jīng)大橋的拓寬加固研究和設(shè)計(jì)中，努力探索一種技術(shù)可行、施工簡(jiǎn)便、安全合理、經(jīng)濟(jì)可靠的改造途徑，特介紹如下，請(qǐng)同行們批評(píng)指正，也供今后的繼續(xù)研究參考。1滎經(jīng)大橋的現(xiàn)狀調(diào)查及檢測(cè)11橋梁概況滎經(jīng)大橋系108國(guó)道位于四川省滎經(jīng)縣城內(nèi)唯一一座跨越經(jīng)河連接兩岸城區(qū)的橋梁，該橋全長(zhǎng)11125，為6孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑168的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支型梁橋，每孔由6片鋼筋混凝土簡(jiǎn)支型梁構(gòu)成，橋面凈寬為凈70210，橋梁橫斷面如圖1所示；原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽13，拖60，于1965年建成投入使用。調(diào)查表明，該橋經(jīng)30多年的運(yùn)營(yíng)，尤其是近十年來(lái)，長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，致使橋梁明顯損傷，通行能力嚴(yán)重不足，已明顯影響到地方經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)?shù)卣疀Q定對(duì)該橋梁進(jìn)行技術(shù)改造，在拓寬橋梁的同時(shí)將荷載等級(jí)提高到汽車20、掛車80，重慶交通學(xué)院周志祥教授為首的課題組完成了該項(xiàng)研究和設(shè)計(jì)。該橋于1998年改造完畢，并進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，至今使用正常。圖1原橋橫斷面12橋面狀況橋面已出現(xiàn)較嚴(yán)重的坑洼、麻面，局部橋道板破損甚至出現(xiàn)孔洞。在橋面明顯可見(jiàn)沿主梁接縫的縱向裂縫，靠行車道中間的三條縱向裂縫已完全貫通，表面寬度達(dá)2，靠邊的兩條縱向裂縫尚未全橋貫通，沿橋縱向表現(xiàn)為斷斷續(xù)續(xù)，裂縫寬度較中縫小。分析表明，造成縱向裂縫的主要原因是各片主梁之間橫向聯(lián)系薄弱，從橋下可發(fā)現(xiàn)橫隔梁在主梁接縫處沿梁高方向出現(xiàn)裂縫，并與橋面縱向裂縫貫通。另有多處主梁梁端的橋道板破損，表現(xiàn)為局部區(qū)域出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫并伴隨著下塌，嚴(yán)重的已成為空洞。由于橋道板的破損，導(dǎo)致橋面鋪裝的相應(yīng)破壞，又因橋面鋪裝的多次修補(bǔ)造成行車道面的平整度很差，一有車輛通過(guò)橋梁即產(chǎn)生明顯的振動(dòng)，即使小車通過(guò)也可明顯感到振動(dòng)。伸縮縫附近橋面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫、坑洼，并作多次修補(bǔ)。由于多年失修，伸縮縫對(duì)應(yīng)的主梁接縫已被混凝土渣等雜物填塞；伸縮縫裝置破損嚴(yán)重，幾乎失去應(yīng)有的作用。人行道及欄桿也受到不同程度的破壞。13既有主梁狀況為把握橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀況，我們對(duì)原橋主梁的極限承載能力進(jìn)行了分析，對(duì)橋梁在荷載作用下的變形及裂縫開(kāi)展情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)加載測(cè)試。131承載力極限狀態(tài)分析分析表明，在使用荷載作用下，邊梁的受力最不利。按現(xiàn)行公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行荷載組合，得到邊梁的最不利荷載效應(yīng)組合值；根據(jù)原設(shè)計(jì)所采用的截面尺寸、混凝土標(biāo)號(hào)及鋼筋等級(jí)，按極限狀態(tài)法計(jì)算所得到邊梁的抵抗內(nèi)力。表1主梁荷載效應(yīng)與抗力的比較從表1可見(jiàn)，橋梁現(xiàn)有承載能力尚不滿足318線目前的車輛荷載通行要求。值得說(shuō)明的是，經(jīng)過(guò)30多年的使用，由于材料性能的老化，結(jié)構(gòu)損傷的積累，主梁的承載能力將隨之降低。132荷載試驗(yàn)情況為準(zhǔn)確評(píng)定橋梁的現(xiàn)有力學(xué)狀態(tài)，我們對(duì)滎經(jīng)岸邊跨進(jìn)行了加載試驗(yàn)采用重16（與汽車13級(jí)的重車基本相當(dāng)）的東風(fēng)牌載重汽車2輛，按圖2所示的三種布載方式，測(cè)定了該跨主梁在車輛荷載作用下的變形和最大裂縫寬度。實(shí)測(cè)得到各工況下橋梁跨中橫截面的變形如圖3所示，可見(jiàn)舊橋明顯地不服從剛性橫梁法的假設(shè)，說(shuō)明該橋各主梁的橫向聯(lián)系較弱，觀察發(fā)現(xiàn)各梁橫隔板間的接縫均存在貫通的裂縫。試驗(yàn)荷載下測(cè)得梁腹部的最大裂縫寬度為028，在受拉鋼筋重心處測(cè)得的最大裂縫寬為015，測(cè)得的最大撓度為36。加載結(jié)束后，對(duì)邊梁的裂縫分布作了詳細(xì)調(diào)查該梁裂縫較多而且密，有部分裂縫開(kāi)展較高，己接近型梁翼緣根部，由于受拉鋼筋的集中布置，梁下緣裂縫寬度較小，裂縫數(shù)量也相對(duì)較少，最大裂縫寬度出現(xiàn)在距梁底約15CM處。除在靠近支座區(qū)段的裂縫上部略微傾斜外，尚未發(fā)現(xiàn)明顯的剪切斜裂縫，說(shuō)明主梁的抗剪強(qiáng)度還能滿足要求，這也為抗剪強(qiáng)度計(jì)算所證實(shí)。圖2橋梁測(cè)試的汽車加載圖式圖3主梁在各工況下的變形圖荷載試驗(yàn)和分析計(jì)算表明，該橋尚能滿足原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)汽13，拖60強(qiáng)度和剛度要求，主筋處的裂縫寬度也在現(xiàn)行規(guī)范的容許寬度范圍內(nèi)，但欲提高荷載等級(jí)至汽20，掛100，則必須對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。2拓寬加固方案比選滎經(jīng)縣政府綜合考慮橋梁現(xiàn)狀和交通發(fā)展的需要，決定在對(duì)該橋由85拓寬至185的同時(shí)將荷載等級(jí)提高到汽車20、掛車100。為此，我們擬訂了以鋼筋混凝土型梁、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板和預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁三種拓寬加固方案。21型梁方案因原結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土簡(jiǎn)支型梁橋，為尋求結(jié)構(gòu)形式上的統(tǒng)一，故首先考慮了本方案。從力學(xué)性能上講，型截面梁既充分利用了頂板寬翼緣混凝土的抗壓強(qiáng)度，又有效地發(fā)揮集中布置在梁肋底部的受拉鋼筋的抗拉強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)構(gòu)造與受力性能達(dá)到較理想的配合。從施工上講，可現(xiàn)場(chǎng)澆筑也可預(yù)制，采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，施工簡(jiǎn)便，但需要支架、模板較多，工期較長(zhǎng)；采用預(yù)制施工時(shí)，可提高效率，縮短工期，但需要專門的預(yù)制場(chǎng)地和吊裝設(shè)備。為達(dá)到加固舊橋的目的，可采用“大邊梁加固”原理，在該橋兩側(cè)增設(shè)截面尺寸和抗彎剛度較大的梁（如圖4）。為使新增梁能完全參與荷載橫向分布，新增梁之間及新增梁與原有主梁之間必須采取可靠的聯(lián)結(jié)措施。由于鋼筋混凝土梁的抗彎剛度有限，抗扭剛度較小，不能有效地減小原有主梁的負(fù)載，尚需對(duì)原有主梁進(jìn)行加固，以提高橋其極限承載能力。加固方法為常見(jiàn)的加馬蹄（圖5）。圖4型梁加固方案圖5原有主梁加固斷面22預(yù)應(yīng)力混凝土空心板方案采用168跨的常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板標(biāo)準(zhǔn)圖（板寬1）來(lái)加寬該橋（如圖6）。其特點(diǎn)是可采用預(yù)制、安裝的工藝來(lái)達(dá)到加寬的目的，上部結(jié)構(gòu)施工期短，對(duì)原橋保持車輛和行人通行的影響相對(duì)較小。但施工單位將為此而搬運(yùn)整套預(yù)制、吊裝設(shè)備至現(xiàn)場(chǎng)，使成本費(fèi)劇增。該方案對(duì)新舊梁間設(shè)置橫向聯(lián)系存在較大的難度，同時(shí)，也需對(duì)原有主梁進(jìn)行如圖5所示的加固處理。23預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁方案在原橋兩側(cè)各增設(shè)一根底寬2，高11的抗彎和抗扭剛度均很大的預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，在跨間增設(shè)四道橫隔梁把新建部分和原有梁連接成為一個(gè)整體（如圖7）。其主要施工工序?yàn)槭紫炔鸪f橋的人行道、欄桿等；在保持舊橋交通的條件下完成新增梁橋?qū)挷糠只A(chǔ)、橋墩及預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁的施工；然后，規(guī)范行人和車輛在兩邊新增箱型梁上通行，拆除舊橋的橋面鋪裝，施工新增橫梁，使新、舊主梁聯(lián)結(jié)形成整體；保持半幅橋梁通行，另半幅用作橋面鋪裝施工，并安裝伸縮縫，直至全橋施工完成。本方案充分利用箱型梁抗彎和抗扭剛度大的特點(diǎn)，使其能夠?yàn)樵辛悍謸?dān)較多的二期恒載和活載，減小原有梁所分擔(dān)的荷載，即可不對(duì)原有梁進(jìn)行加固處理。圖6空心板加固方案圖7箱型梁加固方案上述三個(gè)方案在精心做好施工組織設(shè)計(jì)的條件下，均可滿足施工期間不中斷集體的要求；但相比之下，箱型梁方案因不對(duì)舊橋梁做長(zhǎng)區(qū)段的加固處理，其對(duì)橋上交通影響最小；空心板方案材料用量最大，施工也較復(fù)雜，是相對(duì)較差的方案。分析表明，新增邊梁抗扭剛度越大，可分擔(dān)的荷載越大，對(duì)舊梁的減載越明顯，文獻(xiàn)4也得到近似相同的結(jié)論。由此可知，箱型梁方案比型梁方案具有更明顯的優(yōu)越性。故箱型梁方案作為首選方案被建設(shè)方所采用。3加固效果分析31結(jié)構(gòu)分析采用的拓寬加固方案為在原有6根型梁兩側(cè)各增設(shè)一根預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，并通過(guò)新增設(shè)的四根橫隔梁將其聯(lián)結(jié)為整體，構(gòu)成縱橫正交的空間梁格體系。我們應(yīng)用SSAP結(jié)構(gòu)分析程序?qū)Υ诉M(jìn)行了空間有限元分析3，計(jì)算了不同工況下新舊梁的內(nèi)力，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下1）在主梁自重作用下，原有梁承擔(dān)的內(nèi)力因新增橫隔梁的重量而略有增加；2）在橋面鋪裝等二期恒載這樣下，原有梁和新增箱型梁通過(guò)新增橫隔梁已聯(lián)結(jié)為整體，各梁的內(nèi)力按剛度分配，與箱型梁相比，原有型梁的剛度很小，計(jì)算結(jié)果顯示，二期恒載作用下原有型梁的跨中彎矩減少40以上，支點(diǎn)剪力減少約20?？梢?jiàn)，采用本方案對(duì)橋梁拓寬加固，對(duì)原有型梁在恒載作用下亦起到了明顯的減載作用。表2原型梁橋邊梁在改造前后的內(nèi)力比較注后兩欄當(dāng)考慮橋梁經(jīng)30多年使用，并長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)的積累損傷，對(duì)計(jì)算抗力和安全系數(shù)擬乘以08的折減系數(shù)。3）表2列出了在原型梁橋邊梁在改造前后的內(nèi)力比較，可見(jiàn)在活載汽20、掛100及人群荷載作用下，原型梁在用箱型梁拓寬改造后的彎矩和剪力較之前均減小40多，使舊梁的最不利荷載效應(yīng)彎矩組合值由143442KN降低到100368KN，而舊梁按其原有的截面和配筋計(jì)算得到的抗彎承載力達(dá)1237KN；即使考慮橋梁經(jīng)30年使用后其承載力折減20，仍能滿足提高了荷載等級(jí)的抗彎強(qiáng)度要求。改造后舊梁剪力的減小幅度不及彎矩那樣明顯，但因舊橋是按容許應(yīng)力法進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)，其結(jié)果偏于保守，仍能滿足提高了荷載等級(jí)后的抗剪強(qiáng)度要求。從而避免了對(duì)原有梁進(jìn)行加固處理的麻煩。32技術(shù)改造特點(diǎn)321力學(xué)特點(diǎn)對(duì)舊梁減載本方案以在原型梁橋的兩側(cè)各增設(shè)一根抗彎和抗扭剛度均很大的預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁，并通過(guò)增設(shè)的四道橫隔梁使原梁與新增箱梁形成整體。每一橋跨的上部即由原有的六根梁、增設(shè)于兩側(cè)的箱梁和將新舊梁聯(lián)結(jié)成整體的橫隔梁形成空間格構(gòu)體系，作用于梁的荷載通過(guò)橫隔梁分載到邊箱梁，從而達(dá)到使原梁減載的目的；又因邊箱梁的剛度遠(yuǎn)大于原梁的剛度，使得其減載效果非常明顯。322技術(shù)特點(diǎn)減少與舊橋的沖突采用本方案，由于起到了對(duì)原梁明顯的減載效果，改造后的承載能力即使考慮橋梁長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)的積累損傷，對(duì)計(jì)算抗力乘以08的折減系數(shù)后仍能滿足提高后的荷載等級(jí)的要求；又因現(xiàn)有的裂縫寬度在規(guī)范容許的范圍內(nèi)，故可避免對(duì)原梁進(jìn)行加固處理。而邊箱梁的負(fù)載雖較大，但由于是完全新增，故可以很方便地按受力要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。新增橫隔梁底面低于原型梁下緣10CM，可使橫隔梁的主筋從原型梁的下面直接通過(guò)，并在舊橋面的相應(yīng)位置開(kāi)混凝土的進(jìn)料孔澆注橫隔梁，極大地減小了拓寬改造施工與原梁橋的沖突，并避免了對(duì)舊梁長(zhǎng)區(qū)段修補(bǔ)的麻煩和質(zhì)量不定性的隱患。323社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益滎經(jīng)大橋拓寬加固改造工程預(yù)計(jì)投資為320多萬(wàn)元，采用本方案實(shí)施拓寬加固改造的工程決算費(fèi)用為180多萬(wàn)元，較常規(guī)加固方案節(jié)省工程直接費(fèi)約40左右；從前述的施工順序可見(jiàn)，按本方案進(jìn)行拓寬加固施工時(shí)，橋梁自始至終保持了車輛和行人的通行，這對(duì)滎經(jīng)縣城內(nèi)唯一一座跨越經(jīng)河連接兩岸城區(qū)的橋梁是非常重要的，由此產(chǎn)生的社會(huì)效益是無(wú)法以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量的。本方案中預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁采用了重慶交通學(xué)院周志祥教授提出的“橫張預(yù)應(yīng)力混凝土”技術(shù)2，較常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)簡(jiǎn)化了工藝、節(jié)省了材料、縮短了工期，取得明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。受到當(dāng)?shù)卣腿罕姷囊恢潞迷u(píng)。4結(jié)論1）隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和公路交通的迅速發(fā)展，為數(shù)不少的一部分既有橋梁已不能滿足現(xiàn)有車輛載重和通行能力的要求，為此探索切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的舊橋拓寬加固方法對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。2）采用抗彎和抗扭剛度均很大的預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁對(duì)舊橋進(jìn)行拓寬加固不失為一種切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。研究表明，新增箱型梁的剛度越大，對(duì)舊橋主梁的減載作用越明顯。3）精心設(shè)計(jì)對(duì)舊橋