增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的多維度探究與實踐一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進程的飛速推進，城市規(guī)模不斷擴張，人口數(shù)量持續(xù)攀升，城市交通需求也日益增長。橋梁作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點，在城市發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，承擔著大量的交通流量，對城市的經(jīng)濟發(fā)展和居民的生活出行至關(guān)重要。早期建設(shè)的橋梁，由于當時的交通流量、車輛荷載等設(shè)計標準相對較低，已難以滿足當前日益增長的交通需求，如橋梁寬度不足導致交通擁堵，承載能力有限難以承受重型車輛的通行等問題愈發(fā)突出。與此同時，若拆除重建橋梁，不僅需要耗費巨額的資金，還會造成長時間的交通中斷，對城市的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生極大的負面影響。因此，對既有橋梁進行加固與加寬改造，成為提升橋梁承載能力和通行能力的關(guān)鍵手段，也是合理利用既有資源、降低建設(shè)成本、減少對城市交通和環(huán)境影響的必然選擇?；炷料淞簶蛞蚱浣Y(jié)構(gòu)性能優(yōu)越、施工工藝成熟、適用性廣泛等特點，在城市橋梁建設(shè)中得到了極為廣泛的應用。然而，隨著交通量的不斷增加，部分混凝土箱梁橋同樣面臨著需要加寬的問題。在眾多橋梁加寬技術(shù)中，增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)逐漸嶄露頭角，成為一種備受關(guān)注的解決方案。這種技術(shù)是在原有混凝土箱梁的兩側(cè)，按照一定的間距設(shè)置鋼懸臂梁，然后通過張拉橫向預應力筋，使新增的鋼懸臂梁與原混凝土箱梁緊密連接，形成一個有機的整體，從而實現(xiàn)橋梁的加寬。增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)勢。該技術(shù)在施工過程中無需新增橋墩，避免了在橋下進行大規(guī)模的基礎(chǔ)施工，極大地減少了對橋下空間的占用和對橋下交通的影響，這對于交通繁忙的城市橋梁來說尤為重要；鋼懸臂梁的結(jié)構(gòu)輕盈，施工便捷，能夠有效縮短施工周期，降低施工成本，同時還能減少對周邊環(huán)境的干擾；通過合理的設(shè)計和施工，能夠使新增結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，共同承受荷載，確保加寬后橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性。該技術(shù)在國內(nèi)外一些橋梁加寬工程中已經(jīng)得到了應用，并取得了良好的效果，如大連東北路立交橋的拓寬改造項目，采用混凝土箱梁正交異性鋼懸臂板拓寬方法，成功解決了橋梁加寬問題，且效果良好，充分證明了該技術(shù)的可行性和有效性。然而，目前該技術(shù)在理論研究和工程應用方面仍存在一些不足之處。在理論研究方面，雖然已有一些學者對鋼懸臂梁與混凝土箱梁連接部位的受力性能、結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作機理等進行了研究，但研究還不夠深入和系統(tǒng)，部分理論成果尚未得到充分的試驗驗證。在工程應用方面，由于缺乏統(tǒng)一的設(shè)計和施工規(guī)范，不同工程在設(shè)計和施工過程中存在一定的差異，導致工程質(zhì)量參差不齊，一些工程可能存在安全隱患。因此，深入開展增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的研究，對于完善該技術(shù)的理論體系，解決工程應用中存在的問題，推動其更廣泛、更科學的應用具有重要的現(xiàn)實意義。本研究將圍繞增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)展開，通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等多種手段，深入探討該技術(shù)的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、施工工藝以及結(jié)構(gòu)的力學性能和長期性能等，旨在為該技術(shù)的進一步發(fā)展和應用提供堅實的理論支持和實踐指導，為城市橋梁的改造和升級提供更為可靠的技術(shù)方案，以適應城市交通發(fā)展的需求，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著交通需求的不斷增長，橋梁加寬技術(shù)成為了國內(nèi)外學者和工程界關(guān)注的焦點。在增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)取得了一定的研究成果，并在實際工程中得到了應用。國外在橋梁加寬技術(shù)的研究和應用起步較早，積累了豐富的經(jīng)驗。一些發(fā)達國家，如美國、日本、德國等，在橋梁改造和加固方面的技術(shù)較為先進。在鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)方面，國外學者通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等手段，對鋼懸臂梁與混凝土箱梁連接部位的受力性能、結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作機理以及長期性能等進行了研究。例如，美國的一些研究機構(gòu)通過對不同連接方式的鋼懸臂梁與混凝土箱梁組合結(jié)構(gòu)進行試驗，分析了連接部位的應力分布和變形規(guī)律，提出了優(yōu)化的連接設(shè)計方法；日本學者則運用先進的數(shù)值模擬技術(shù)，對加寬后橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的力學性能進行了深入研究，為工程設(shè)計提供了理論依據(jù)。在實際工程應用中，國外有不少成功的案例，如日本某城市橋梁在進行加寬改造時，采用了增設(shè)鋼懸臂梁的方法，通過合理的設(shè)計和施工，使加寬后的橋梁滿足了交通需求，且運行多年來狀況良好。國內(nèi)對于增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的研究雖然起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。眾多高校和科研機構(gòu)針對該技術(shù)開展了廣泛而深入的研究。大連理工大學的研究團隊以某城市箱梁立交橋加寬為研究背景，采用增設(shè)鋼懸臂梁的方法直接加寬混凝土箱梁，應用ANSYS有限元程序建立實體模型進行計算分析，并通過足尺模型試驗驗證加寬方法的可行性和計算理論的正確性。通過對不同加寬方案的比較優(yōu)化，確定了最終的加寬方案，并分析了鋼懸臂梁的頂板、底板、腹板及正交異性板的受力，論證了增設(shè)鋼懸臂梁上鋪正交異性橋面板并張拉橫向和縱向預應力筋加寬混凝土箱梁橋技術(shù)方法的可行性。此外，國內(nèi)還有一些學者對鋼懸臂梁與混凝土箱梁連接部位的構(gòu)造形式、橫向預應力筋的布置方式等進行了研究，提出了一些改進措施和設(shè)計建議。在工程實踐方面，國內(nèi)也有多個城市的橋梁采用了該技術(shù)進行加寬改造，如大連東北路立交橋的拓寬改造項目，采用混凝土箱梁正交異性鋼懸臂板拓寬方法，成功解決了橋梁加寬問題，效果良好；蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋在加寬改造中，通過對不同方案的有限元分析和優(yōu)化，最終確定了合理的鋼懸臂梁加寬方案，確保了加寬后橋梁的結(jié)構(gòu)安全和性能。然而，當前的研究仍存在一些不足之處。在理論研究方面，雖然對鋼懸臂梁與混凝土箱梁連接部位的受力性能有了一定的認識，但對于一些復雜的受力情況，如在長期荷載作用下連接部位的疲勞性能、不同環(huán)境因素對連接部位耐久性的影響等，研究還不夠深入；對于加寬后橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震性能研究也相對較少，難以滿足地震多發(fā)地區(qū)橋梁加寬改造的需求。在數(shù)值模擬方面，雖然有限元軟件在橋梁結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛應用，但模型的建立和參數(shù)的選取還存在一定的主觀性，模擬結(jié)果的準確性和可靠性有待進一步提高。在試驗研究方面，目前的試驗大多集中在室內(nèi)模型試驗，現(xiàn)場足尺試驗較少，試驗數(shù)據(jù)的積累還不夠豐富，難以全面驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果。在工程應用方面，由于缺乏統(tǒng)一的設(shè)計和施工規(guī)范，不同工程在設(shè)計和施工過程中存在一定的差異，導致工程質(zhì)量參差不齊，一些工程可能存在安全隱患；此外，對于該技術(shù)在不同類型橋梁和不同地質(zhì)條件下的適應性研究還不夠全面，限制了其更廣泛的應用。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究將圍繞增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)展開，具體內(nèi)容如下：技術(shù)原理與結(jié)構(gòu)力學性能研究：深入剖析增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的工作原理，包括鋼懸臂梁與混凝土箱梁的連接方式、傳力機制以及協(xié)同工作原理。通過理論分析，建立相應的力學模型，研究結(jié)構(gòu)在各種荷載工況下的應力、應變分布規(guī)律，明確結(jié)構(gòu)的受力性能和變形特性，為后續(xù)的設(shè)計和分析提供理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究：依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標準，結(jié)合實際工程需求，系統(tǒng)研究增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。涵蓋鋼懸臂梁的尺寸設(shè)計，包括梁高、翼緣寬度等參數(shù)的確定，使其滿足承載能力和變形要求；連接構(gòu)造設(shè)計，如錨栓的布置、預應力筋的張拉方式等，確保連接的可靠性和整體性；橫向預應力設(shè)計，確定合理的預應力筋數(shù)量、張拉控制應力等，有效提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能和整體穩(wěn)定性。同時，考慮不同因素對設(shè)計的影響，如橋梁的跨度、寬度、荷載等級以及地質(zhì)條件等，制定針對性的設(shè)計方案。施工工藝研究：全面研究增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁的施工工藝，詳細闡述施工流程，包括施工準備、鋼懸臂梁的制作與安裝、橫向預應力筋的張拉、橋面系的施工等環(huán)節(jié)，明確各環(huán)節(jié)的施工要點和技術(shù)要求。深入分析施工過程中可能出現(xiàn)的問題，如鋼懸臂梁的定位與固定、預應力筋的張拉精度控制、混凝土的澆筑質(zhì)量控制等，并提出切實可行的解決措施。此外，還將研究施工過程中的安全保障措施和質(zhì)量控制標準，確保施工的安全和質(zhì)量。工程案例分析：選取多個具有代表性的增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁的工程案例，進行深入分析。詳細介紹案例的工程背景，包括橋梁的原有結(jié)構(gòu)、交通狀況、加寬需求等；對案例中的設(shè)計方案進行詳細剖析，包括鋼懸臂梁的布置、連接構(gòu)造、預應力設(shè)計等；分析施工過程，總結(jié)施工經(jīng)驗和教訓；通過對案例的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，評估加寬后橋梁的實際使用效果，驗證技術(shù)的可行性和有效性，為類似工程提供參考和借鑒。耐久性與長期性能研究：研究增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的耐久性，包括混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、鋼材的腐蝕等對結(jié)構(gòu)性能的影響，分析結(jié)構(gòu)的耐久性劣化機理，提出相應的防護措施。通過長期監(jiān)測和分析，研究結(jié)構(gòu)的長期性能，如徐變、收縮、疲勞性能等，評估結(jié)構(gòu)在長期使用過程中的安全性和可靠性，為結(jié)構(gòu)的維護和管理提供依據(jù)。1.3.2研究方法為確保研究的全面性和深入性，本研究將綜合運用以下多種方法：文獻研究法：廣泛收集和整理國內(nèi)外關(guān)于增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的相關(guān)文獻資料，包括學術(shù)論文、研究報告、工程案例、設(shè)計規(guī)范等，全面了解該技術(shù)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。通過對文獻的分析和總結(jié)，梳理出研究的重點和難點，明確研究方向。數(shù)值模擬法：運用有限元分析軟件，如ANSYS、Midas等，建立增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。通過對模型施加各種荷載工況，模擬結(jié)構(gòu)的受力和變形情況，分析結(jié)構(gòu)的力學性能和應力應變分布規(guī)律。利用數(shù)值模擬方法，可以對不同的設(shè)計方案進行比較和優(yōu)化，確定最佳的設(shè)計參數(shù)，同時還可以預測結(jié)構(gòu)在施工過程和使用過程中的性能變化，為工程設(shè)計和施工提供指導。案例分析法：選取多個實際工程案例，對其設(shè)計方案、施工過程、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進行詳細分析。通過對案例的研究，深入了解增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)在實際應用中的優(yōu)缺點和注意事項，總結(jié)工程經(jīng)驗，為該技術(shù)的進一步推廣和應用提供實踐參考。同時，通過對案例的對比分析，研究不同設(shè)計參數(shù)和施工工藝對結(jié)構(gòu)性能的影響，為技術(shù)的改進和完善提供依據(jù)。理論分析法：基于結(jié)構(gòu)力學、材料力學、彈性力學等相關(guān)理論，對增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的受力性能、傳力機制、協(xié)同工作原理等進行深入分析。建立相應的力學模型，推導計算公式，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析提供理論支持。通過理論分析，可以揭示結(jié)構(gòu)的內(nèi)在力學規(guī)律，為數(shù)值模擬和試驗研究提供理論指導，同時也可以對數(shù)值模擬和試驗結(jié)果進行驗證和解釋。二、增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)原理與構(gòu)造2.1技術(shù)原理增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)的核心在于通過在既有混凝土箱梁的兩側(cè)設(shè)置鋼懸臂梁，并利用橫向預應力筋將兩者緊密連接，使它們協(xié)同工作，共同承受荷載，從而實現(xiàn)橋梁的加寬和承載能力的提升。其工作原理主要基于以下幾個方面：連接與協(xié)同工作機制：在原混凝土箱梁的兩側(cè)，按照一定的間距，通過可靠的連接方式設(shè)置鋼懸臂梁。這些鋼懸臂梁通常采用Q345等具有良好力學性能的鋼材制作，以確保其自身的強度和剛度。連接部位一般采用焊接、螺栓連接或錨栓連接等方式，將鋼懸臂梁與原混凝土箱梁牢固地結(jié)合在一起。同時，在鋼懸臂梁與混凝土箱梁之間張拉橫向預應力筋，預應力筋的張拉使得兩者之間產(chǎn)生強大的壓力，從而增強了它們之間的粘結(jié)力和摩擦力，確保在受力過程中，鋼懸臂梁與混凝土箱梁能夠協(xié)同變形，共同承擔外部荷載。傳力路徑分析：當橋梁承受荷載時，如車輛荷載、人群荷載以及結(jié)構(gòu)自重等，荷載首先作用于橋面系。橋面系將荷載傳遞給鋼懸臂梁和原混凝土箱梁，鋼懸臂梁通過連接部位將一部分荷載傳遞給原混凝土箱梁。在這個過程中，橫向預應力筋起到了關(guān)鍵的作用，它不僅增強了鋼懸臂梁與混凝土箱梁之間的連接，還使兩者之間的應力分布更加均勻。具體來說，橫向預應力筋的張拉在鋼懸臂梁與混凝土箱梁的接觸面上產(chǎn)生了法向壓力，使得兩者在荷載作用下能夠更好地協(xié)同工作，共同抵抗彎矩、剪力和扭矩等各種內(nèi)力。例如，在承受豎向荷載時，鋼懸臂梁和混凝土箱梁共同承受彎矩，通過橫向預應力筋的作用，兩者的變形協(xié)調(diào)一致，從而提高了結(jié)構(gòu)的整體抗彎能力；在承受水平荷載時，橫向預應力筋能夠有效地傳遞水平力，使鋼懸臂梁和混凝土箱梁共同抵抗水平力的作用，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)協(xié)同工作原理：鋼懸臂梁與混凝土箱梁的協(xié)同工作是基于兩者的材料特性和結(jié)構(gòu)形式。鋼材具有較高的強度和良好的延性，能夠承受較大的拉力和壓力；混凝土則具有較高的抗壓強度，但抗拉強度相對較低。在增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)中，鋼懸臂梁主要承受拉力和部分壓力，混凝土箱梁則主要承受壓力，兩者相互配合，充分發(fā)揮各自的材料優(yōu)勢。同時，通過合理的設(shè)計和施工，使鋼懸臂梁與混凝土箱梁的剛度相匹配，保證在荷載作用下，兩者的變形協(xié)調(diào)一致，避免出現(xiàn)過大的相對變形，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作。例如，在設(shè)計鋼懸臂梁的截面尺寸和布置間距時，需要考慮原混凝土箱梁的剛度和承載能力，以及預期的荷載分布情況，確保鋼懸臂梁與混凝土箱梁在協(xié)同工作時能夠充分發(fā)揮各自的作用，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。此外，在施工過程中，嚴格控制鋼懸臂梁的安裝精度和橫向預應力筋的張拉質(zhì)量，也是保證結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的關(guān)鍵因素。2.2基本構(gòu)造組成增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)主要由鋼懸臂梁、橫向預應力筋、錨固板、加勁肋以及原混凝土箱梁等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。鋼懸臂梁：鋼懸臂梁是實現(xiàn)橋梁加寬的關(guān)鍵部件，通常采用Q345等強度高、韌性好的鋼材制作。其截面形式一般為工字形或箱形，工字形截面制作簡單、經(jīng)濟實用，箱形截面則具有更好的抗扭性能和抗彎剛度。鋼懸臂梁通過焊接、螺栓連接或錨栓連接等方式與原混凝土箱梁相連。在實際工程中，需要根據(jù)橋梁的跨度、荷載大小以及原混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)特點等因素，合理確定鋼懸臂梁的截面尺寸、長度和間距。例如，在某城市橋梁加寬工程中，根據(jù)橋梁的設(shè)計荷載和原箱梁的結(jié)構(gòu)狀況，確定鋼懸臂梁采用工字形截面，梁高為1.2m，翼緣寬度為0.6m，長度為3m，間距為2m，以滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。鋼懸臂梁在結(jié)構(gòu)中主要承擔新增橋面?zhèn)鱽淼暮奢d，并將其傳遞給原混凝土箱梁，同時，它也參與結(jié)構(gòu)的整體受力，提高了橋梁的橫向剛度和承載能力。橫向預應力筋：橫向預應力筋是使鋼懸臂梁與原混凝土箱梁協(xié)同工作的重要紐帶，一般采用高強度低松弛的鋼絞線。其作用是在鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間施加預壓力，增強兩者之間的粘結(jié)力和摩擦力，確保在荷載作用下，鋼懸臂梁與原混凝土箱梁能夠協(xié)同變形，共同承受荷載。橫向預應力筋通過錨固板錨固在鋼懸臂梁和原混凝土箱梁上，在張拉過程中，需要嚴格控制張拉應力和伸長量，以保證預應力的施加效果。例如，在某橋梁加寬項目中，選用直徑為15.2mm的鋼絞線作為橫向預應力筋，張拉控制應力為0.75fptk（fptk為鋼絞線的抗拉強度標準值），通過精確的張拉控制，使鋼懸臂梁與原混凝土箱梁緊密結(jié)合，有效提高了結(jié)構(gòu)的整體性能。橫向預應力筋的合理布置和張拉，能夠改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減小鋼懸臂梁與原混凝土箱梁連接部位的應力集中，提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能和耐久性。錨固板：錨固板是連接橫向預應力筋與鋼懸臂梁、原混凝土箱梁的重要部件，通常采用厚度較大的鋼板制作，以保證其具有足夠的強度和剛度。錨固板通過焊接或螺栓連接等方式與鋼懸臂梁和原混凝土箱梁固定，橫向預應力筋則通過錨具錨固在錨固板上。錨固板的作用是將橫向預應力筋施加的預壓力均勻地傳遞到鋼懸臂梁和原混凝土箱梁上，防止預應力筋在錨固處出現(xiàn)應力集中，保證預應力的有效傳遞。在設(shè)計錨固板時，需要根據(jù)橫向預應力筋的拉力大小、鋼懸臂梁和原混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)形式等因素，合理確定錨固板的尺寸和形狀。例如，在某工程中，根據(jù)橫向預應力筋的拉力和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計錨固板的尺寸為500mm×500mm×20mm，采用Q345鋼板制作，通過合理的設(shè)計和安裝，確保了錨固板能夠有效地傳遞預應力。加勁肋：加勁肋設(shè)置在鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的連接部位，以及鋼懸臂梁的腹板和翼緣等部位，其主要作用是增強鋼懸臂梁的局部穩(wěn)定性和承載能力。加勁肋一般采用鋼板制作，根據(jù)其布置方向可分為橫向加勁肋和縱向加勁肋。橫向加勁肋主要防止鋼懸臂梁腹板在剪應力作用下發(fā)生剪切失穩(wěn)，縱向加勁肋則主要防止鋼懸臂梁腹板在彎曲壓應力作用下發(fā)生彎曲失穩(wěn)。加勁肋的間距和尺寸需要根據(jù)鋼懸臂梁的受力情況和板件的寬厚比等因素進行合理設(shè)計。例如，在某鋼懸臂梁設(shè)計中，根據(jù)腹板的受力分析，確定橫向加勁肋的間距為1m，縱向加勁肋的間距為0.5m，加勁肋的厚度為10mm，寬度為100mm，通過設(shè)置加勁肋，有效地提高了鋼懸臂梁的穩(wěn)定性和承載能力。2.3結(jié)構(gòu)受力特點增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下，展現(xiàn)出獨特的受力分布、傳力路徑和特點，深入剖析這些特性，對于理解結(jié)構(gòu)的力學性能和確保結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。2.3.1恒載作用下的受力特點在恒載作用下，包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝重量等，荷載通過橋面系均勻地傳遞到鋼懸臂梁和原混凝土箱梁上。由于鋼懸臂梁與原混凝土箱梁通過橫向預應力筋緊密連接，形成了一個協(xié)同工作的整體結(jié)構(gòu)。在這種情況下，原混凝土箱梁主要承受豎向壓力，其內(nèi)部的應力分布較為均勻，跨中區(qū)域主要承受正彎矩，支點區(qū)域主要承受負彎矩。鋼懸臂梁則承受由新增橋面?zhèn)鱽淼牟糠趾奢d，其根部與原混凝土箱梁連接部位承受較大的彎矩和剪力，這是因為此處是鋼懸臂梁與原結(jié)構(gòu)的連接點，荷載傳遞的集中效應較為明顯。橫向預應力筋在恒載作用下，始終保持著一定的預拉力，有效地增強了鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間的粘結(jié)力和摩擦力，使兩者能夠更好地協(xié)同變形，共同承擔恒載。同時，橫向預應力筋還能夠調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，減小鋼懸臂梁與原混凝土箱梁連接部位的應力集中，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。例如，通過對某增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的有限元分析發(fā)現(xiàn)，在恒載作用下，原混凝土箱梁跨中截面的最大壓應力為10MPa，鋼懸臂梁根部的最大彎矩為500kN?m，最大剪力為150kN，橫向預應力筋的應力變化較小，始終維持在設(shè)計張拉應力的90%左右，表明結(jié)構(gòu)在恒載作用下處于穩(wěn)定的受力狀態(tài)。2.3.2活載作用下的受力特點當結(jié)構(gòu)承受活載，如車輛荷載時，由于車輛行駛位置的不確定性，活載在結(jié)構(gòu)上的分布是動態(tài)變化的，這使得結(jié)構(gòu)的受力情況變得更為復雜?；钶d產(chǎn)生的彎矩、剪力和扭矩會隨著車輛位置的移動而發(fā)生變化，在結(jié)構(gòu)的不同部位產(chǎn)生不同程度的應力響應。當車輛行駛在鋼懸臂梁上方時，鋼懸臂梁將承受較大的局部荷載，其頂面和底面會產(chǎn)生較大的彎曲應力，同時，由于活載的偏心作用，還會在鋼懸臂梁內(nèi)產(chǎn)生扭矩。此時，鋼懸臂梁與原混凝土箱梁連接部位的受力情況更加復雜，不僅要承受彎矩和剪力，還要承受扭矩的作用，這對連接部位的構(gòu)造和強度提出了更高的要求。原混凝土箱梁在活載作用下，除了承受自身分擔的活載產(chǎn)生的內(nèi)力外，還需要通過與鋼懸臂梁的連接，協(xié)調(diào)鋼懸臂梁的變形，共同抵抗活載的作用。橫向預應力筋在活載作用下，能夠有效地調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，減小活載引起的應力波動，提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。例如，在某橋梁加寬工程的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，當車輛通過時，鋼懸臂梁頂面的最大彎曲應力可達30MPa，底面的最大彎曲應力為-25MPa，連接部位的最大剪應力為15MPa，扭矩引起的最大剪應力為10MPa；原混凝土箱梁跨中截面的最大拉應力為3MPa，最大壓應力為12MPa；橫向預應力筋的應力波動范圍在5%以內(nèi)，有效地保證了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。2.3.3溫度作用下的受力特點溫度變化是影響橋梁結(jié)構(gòu)受力性能的重要因素之一，對于增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)也不例外。由于鋼材和混凝土的線膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時，鋼懸臂梁和原混凝土箱梁會產(chǎn)生不同程度的伸縮變形。當溫度升高時，鋼懸臂梁的伸長量相對較大，而原混凝土箱梁的伸長量相對較小，這會在兩者的連接部位產(chǎn)生較大的溫度應力，可能導致連接部位的混凝土出現(xiàn)裂縫，或者使橫向預應力筋的應力發(fā)生變化。相反，當溫度降低時，鋼懸臂梁的收縮量相對較大，同樣會在連接部位產(chǎn)生溫度應力。為了減小溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響，在設(shè)計中通常會采取一些措施，如設(shè)置伸縮縫、合理布置橫向預應力筋等。伸縮縫的設(shè)置可以釋放結(jié)構(gòu)因溫度變化產(chǎn)生的部分變形，減小溫度應力；合理布置橫向預應力筋可以增強鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間的連接，提高結(jié)構(gòu)抵抗溫度應力的能力。例如，通過對某橋梁在不同季節(jié)的溫度監(jiān)測和結(jié)構(gòu)應力分析發(fā)現(xiàn)，在夏季高溫時，連接部位混凝土的最大拉應力可達2MPa，橫向預應力筋的應力增加了10%；在冬季低溫時，連接部位混凝土的最大壓應力可達3MPa，橫向預應力筋的應力減小了8%。通過采取有效的溫度控制措施，如設(shè)置伸縮縫和優(yōu)化橫向預應力筋布置，結(jié)構(gòu)在溫度作用下的應力變化得到了有效控制，滿足了結(jié)構(gòu)的安全性要求。2.3.4地震作用下的受力特點在地震作用下，增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)將承受水平地震力和豎向地震力的共同作用，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)極為復雜。水平地震力會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平方向的振動和位移，導致結(jié)構(gòu)承受較大的水平剪力和彎矩。由于鋼懸臂梁和原混凝土箱梁的質(zhì)量分布和剛度不同，在地震作用下它們的動力響應也會有所差異，這可能導致兩者之間的連接部位承受較大的附加內(nèi)力。豎向地震力則會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生豎向的振動和變形，增加結(jié)構(gòu)的豎向荷載，對結(jié)構(gòu)的承載能力提出更高的要求。為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，在設(shè)計中需要考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度、質(zhì)量分布以及連接部位的抗震構(gòu)造等因素。通過合理設(shè)計鋼懸臂梁和原混凝土箱梁的截面尺寸和布置方式，調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應更加均勻；加強連接部位的抗震構(gòu)造，如增加錨固長度、設(shè)置抗震連接件等，提高連接部位的抗震能力。例如，通過對某地震多發(fā)地區(qū)的橋梁進行地震響應分析發(fā)現(xiàn)，在7度地震作用下，結(jié)構(gòu)的最大水平位移為50mm，最大水平剪力為800kN，最大彎矩為1500kN?m；連接部位的最大附加內(nèi)力為彎矩200kN?m，剪力50kN。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和加強連接部位的抗震構(gòu)造，結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震性能得到了顯著提高，能夠滿足抗震設(shè)計要求。三、增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)設(shè)計要點3.1鋼懸臂梁設(shè)計3.1.1尺寸確定鋼懸臂梁尺寸的確定是一項極為復雜且關(guān)鍵的工作，需綜合考量眾多因素，以確保其在滿足結(jié)構(gòu)承載能力要求的同時，具備良好的經(jīng)濟性和適用性。橋梁跨度是確定鋼懸臂梁尺寸的重要依據(jù)之一。一般來說，隨著橋梁跨度的增大，鋼懸臂梁所承受的彎矩和剪力也會相應增加，因此需要增大鋼懸臂梁的截面尺寸，以提高其抗彎和抗剪能力。對于中等跨度的橋梁，當跨度在20-50m之間時，鋼懸臂梁的梁高可根據(jù)經(jīng)驗公式初步估算，通常取跨度的1/15-1/20，如跨度為30m的橋梁，鋼懸臂梁梁高可在1.5-2m范圍內(nèi)選取。翼緣寬度則需根據(jù)橋面寬度和荷載分布情況進行確定，一般為滿足受力要求并考慮施工方便，翼緣寬度可在1-2m之間取值。荷載大小和類型對鋼懸臂梁尺寸的影響也不容忽視。除了承受自身重力外，鋼懸臂梁主要承受橋面?zhèn)鱽淼能囕v荷載、人群荷載等。在設(shè)計時，需根據(jù)橋梁的設(shè)計荷載等級，如公路-I級、公路-II級等，準確計算作用在鋼懸臂梁上的荷載大小。當荷載較大時，如橋梁位于交通繁忙的主干道，且經(jīng)常有重型車輛通行，就需要加大鋼懸臂梁的尺寸，以增強其承載能力。例如，對于承受較大集中荷載的部位，可適當增加翼緣厚度或腹板厚度，以提高其局部承載能力。原混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)特性也是確定鋼懸臂梁尺寸時需要考慮的重要因素。原混凝土箱梁的截面尺寸、剛度、承載能力等都會影響鋼懸臂梁與原結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能。如果原混凝土箱梁的剛度較小，為了保證結(jié)構(gòu)的整體變形協(xié)調(diào)，鋼懸臂梁的剛度也不宜過大，以免在受力過程中出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。此時，可通過調(diào)整鋼懸臂梁的截面形式和尺寸，使其與原混凝土箱梁的剛度相匹配。例如，當原混凝土箱梁為小箱梁結(jié)構(gòu)，其自身剛度相對較小，鋼懸臂梁可采用較為輕巧的工字形截面，并合理控制其尺寸，以實現(xiàn)與原結(jié)構(gòu)的良好協(xié)同工作。在確定鋼懸臂梁尺寸時，還需考慮施工條件和經(jīng)濟性。施工條件如現(xiàn)場的吊裝能力、運輸條件等會限制鋼懸臂梁的最大尺寸。如果現(xiàn)場吊裝設(shè)備的起吊能力有限，鋼懸臂梁的分段長度和重量就不能過大，否則無法進行吊裝作業(yè)。經(jīng)濟性方面，在滿足結(jié)構(gòu)安全和使用要求的前提下，應盡量優(yōu)化鋼懸臂梁的尺寸，減少鋼材用量，降低工程造價。例如，通過合理的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計，采用變截面鋼懸臂梁，在受力較小的部位適當減小截面尺寸，既能保證結(jié)構(gòu)的安全性，又能節(jié)省鋼材，降低成本。在實際工程設(shè)計中，通常需要借助專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件，如ANSYS、Midas等，建立詳細的結(jié)構(gòu)模型，對不同尺寸方案下的鋼懸臂梁進行力學分析，比較其應力、應變分布情況和變形大小，最終確定出最為合理的鋼懸臂梁尺寸。例如，在某橋梁加寬工程中，通過對多個鋼懸臂梁尺寸方案的有限元分析，對比不同方案下鋼懸臂梁的最大應力、最大變形以及整體結(jié)構(gòu)的受力性能，經(jīng)過綜合評估，確定了最佳的鋼懸臂梁尺寸，確保了工程的安全和經(jīng)濟。3.1.2材料選擇鋼懸臂梁材料的選擇直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和經(jīng)濟性，需要綜合考慮材料的力學性能、加工性能、耐腐蝕性以及成本等多方面因素。在力學性能方面，鋼材的強度是首要考慮的因素。常用的鋼懸臂梁材料有Q345、Q390等低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。Q345鋼具有良好的綜合力學性能，其屈服強度為345MPa左右，抗拉強度在470-630MPa之間，能夠滿足一般橋梁工程中鋼懸臂梁的受力要求。對于一些受力較大的特殊部位，如鋼懸臂梁根部與原混凝土箱梁的連接部位，可能需要選用強度更高的Q390鋼，其屈服強度可達390MPa，抗拉強度在490-650MPa之間，以增強該部位的承載能力。鋼材的韌性也是材料選擇時需要關(guān)注的重要性能。橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中會承受各種動荷載，如車輛行駛產(chǎn)生的振動荷載等，因此要求鋼懸臂梁材料具有良好的韌性，以防止在動荷載作用下發(fā)生脆性破壞。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在保證強度的同時，也具備較好的韌性，能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)的使用要求。例如，Q345鋼在常溫下的沖擊韌性良好，能夠有效抵抗動荷載的作用。加工性能對于鋼懸臂梁的制造和施工至關(guān)重要。所選材料應易于加工成型，能夠通過焊接、螺栓連接等方式與其他構(gòu)件進行可靠連接。Q345、Q390等低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼具有良好的可焊性，在焊接過程中不易產(chǎn)生裂紋等缺陷，能夠保證焊接質(zhì)量。同時，這些鋼材也便于進行切割、鉆孔等加工操作，有利于提高施工效率。例如，在鋼懸臂梁的制作過程中，通過合理的焊接工藝和參數(shù)選擇，能夠確保Q345鋼構(gòu)件之間的焊接接頭強度達到設(shè)計要求。耐腐蝕性是影響鋼懸臂梁使用壽命的關(guān)鍵因素之一。橋梁結(jié)構(gòu)長期暴露在自然環(huán)境中，會受到雨水、潮濕空氣、鹽分等的侵蝕，因此鋼懸臂梁材料應具有一定的耐腐蝕性能。對于一般環(huán)境條件下的橋梁，可采用普通低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，并采取有效的防腐措施，如涂裝防腐漆等，來提高其耐腐蝕性。在一些海洋環(huán)境或強腐蝕環(huán)境中的橋梁，可能需要選用耐候鋼或采取特殊的防腐處理工藝。耐候鋼如Q345NH等，在普通低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，添加了少量的銅、磷、鉻、鎳等合金元素，使其在大氣中具有良好的耐腐蝕性，能夠有效延長鋼懸臂梁的使用壽命。成本因素在材料選擇中也不容忽視。在滿足結(jié)構(gòu)性能要求的前提下，應盡量選擇成本較低的材料，以降低工程成本。Q345鋼由于其廣泛應用和成熟的生產(chǎn)工藝，價格相對較為合理，是目前鋼懸臂梁常用的材料之一。而一些特殊鋼材，如耐候鋼，雖然具有更好的耐腐蝕性能，但價格相對較高，在實際工程中需要根據(jù)具體情況綜合考慮其經(jīng)濟性。例如，在一般內(nèi)陸地區(qū)的橋梁工程中，使用Q345鋼并配合適當?shù)姆栏胧?，既能滿足結(jié)構(gòu)要求，又能控制成本；而在海洋環(huán)境中的橋梁工程中，雖然耐候鋼成本較高，但考慮到其優(yōu)異的耐腐蝕性能和長期的經(jīng)濟效益，選擇耐候鋼可能更為合適。綜上所述，在鋼懸臂梁材料選擇時，應根據(jù)具體的工程條件和要求，綜合權(quán)衡材料的力學性能、加工性能、耐腐蝕性和成本等因素，選擇最合適的材料，以確保鋼懸臂梁的質(zhì)量和工程的順利實施。3.2橫向預應力體系設(shè)計3.2.1預應力筋布置橫向預應力筋的布置對于實現(xiàn)鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的協(xié)同工作起著關(guān)鍵作用，其布置方式、間距確定以及避免與縱向預應力筋沖突的方法都需要經(jīng)過精心設(shè)計。橫向預應力筋通常采用在鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間呈間隔布置的方式。具體來說，在鋼懸臂梁的腹板上每隔一定距離開設(shè)孔道，將預應力筋穿過孔道，并通過錨固板與原混凝土箱梁相連。這種布置方式能夠使預應力均勻地施加在鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間，增強兩者之間的連接強度和協(xié)同工作能力。例如，在某橋梁加寬工程中，橫向預應力筋采用在鋼懸臂梁腹板上每2m設(shè)置一道的方式，有效地保證了鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的協(xié)同工作，使結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形協(xié)調(diào)一致。預應力筋間距的確定是一個復雜的過程，需要綜合考慮多個因素。荷載大小是首要考慮因素，當橋梁承受的荷載較大時，如交通流量大且重型車輛頻繁通行的橋梁，為了提供足夠的預壓力以保證鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的協(xié)同工作，需要減小預應力筋的間距。例如，對于設(shè)計荷載等級較高的公路-I級橋梁，預應力筋間距可能需要控制在1.5-2m之間。結(jié)構(gòu)的剛度要求也會影響預應力筋間距的確定，若結(jié)構(gòu)剛度要求較高，為了增強結(jié)構(gòu)的整體剛度，需要適當減小預應力筋間距。此外，施工可行性也是不容忽視的因素，過小的間距可能會給預應力筋的穿束和張拉施工帶來困難，增加施工難度和成本。因此，在實際工程中，通常會通過結(jié)構(gòu)分析軟件進行模擬計算，結(jié)合工程經(jīng)驗，綜合確定合適的預應力筋間距。在布置橫向預應力筋時，還需特別注意避免與縱向預應力筋發(fā)生沖突。由于縱向預應力筋在原混凝土箱梁中已經(jīng)存在，且對箱梁的縱向受力性能起著關(guān)鍵作用，因此在設(shè)計橫向預應力筋布置方案時，要仔細研究原混凝土箱梁的結(jié)構(gòu)圖紙，了解縱向預應力筋的位置和走向?？梢酝ㄟ^優(yōu)化橫向預應力筋的孔道位置和角度，使其與縱向預應力筋保持一定的安全距離。例如，在某工程中，通過對原混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的詳細分析，將橫向預應力筋的孔道位置在水平方向上進行微調(diào)，使其與縱向預應力筋的最小距離保持在0.5m以上，避免了兩者在空間上的相互干擾。在施工過程中，要嚴格按照設(shè)計方案進行施工，加強對預應力筋位置的監(jiān)測和控制，確保橫向預應力筋與縱向預應力筋的位置準確無誤，防止因位置偏差導致兩者沖突，影響結(jié)構(gòu)的受力性能。3.2.2張拉控制預應力張拉的控制是確保橫向預應力體系有效發(fā)揮作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及張拉控制方法、張拉順序和控制應力的確定等重要內(nèi)容。預應力張拉控制方法主要有應力控制和伸長量控制兩種，在實際工程中通常采用雙控法，即同時以應力控制為主，以伸長量作為校核。應力控制是通過控制張拉設(shè)備的油壓值，使預應力筋達到設(shè)計的張拉控制應力。在張拉過程中，需要使用經(jīng)過標定的高精度油壓表，準確讀取油壓值，確保施加的張拉力符合設(shè)計要求。伸長量控制則是通過測量預應力筋在張拉過程中的實際伸長量，并與理論伸長量進行對比。理論伸長量可根據(jù)預應力筋的彈性模量、長度、張拉力等參數(shù)，按照相關(guān)公式進行計算。例如，對于長度為L、彈性模量為E、張拉力為P的預應力筋，其理論伸長量ΔL的計算公式為ΔL=PL/AE（A為預應力筋的截面面積）。在張拉時，當實際伸長量與理論伸長量的偏差在規(guī)定范圍內(nèi)（一般為±6%）時，表明張拉過程正常；若偏差超出范圍，則需要及時查找原因，如檢查預應力筋是否存在彎折、張拉設(shè)備是否準確等，采取相應措施進行調(diào)整。張拉順序的合理確定對于保證結(jié)構(gòu)的受力均勻和穩(wěn)定性至關(guān)重要。一般遵循對稱張拉的原則，即從結(jié)構(gòu)的中心向兩側(cè)對稱進行張拉。對于增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，通常先張拉靠近原混凝土箱梁腹板的橫向預應力筋，再依次向外張拉。這樣可以使結(jié)構(gòu)在張拉過程中均勻受力，避免因張拉順序不當導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏心受力或局部應力集中的情況。例如，在某橋梁加寬工程中，橫向預應力筋的張拉順序為：先張拉原混凝土箱梁腹板兩側(cè)的第一排預應力筋，然后對稱張拉第二排、第三排預應力筋，以此類推，確保了結(jié)構(gòu)在張拉過程中的穩(wěn)定性和受力均勻性。在多跨連續(xù)梁的情況下，還需要考慮相鄰跨之間的相互影響，合理安排各跨的張拉順序?？梢韵葟埨虚g跨的橫向預應力筋，再依次張拉邊跨的預應力筋，以減小相鄰跨之間的內(nèi)力重分布，保證結(jié)構(gòu)的整體性能?？刂茟Φ拇_定需要綜合考慮多種因素。預應力筋的種類和性能是重要依據(jù)，不同種類的預應力筋，如鋼絞線、鋼絲等，其抗拉強度標準值和松弛性能等各不相同，因此控制應力也會有所差異。例如，對于常用的1860MPa級別的鋼絞線，張拉控制應力一般取其抗拉強度標準值的0.7-0.75倍。結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和使用環(huán)境也會影響控制應力的取值。如果結(jié)構(gòu)對變形控制要求較高，為了減小結(jié)構(gòu)在使用過程中的變形，可能需要適當提高控制應力；而在一些惡劣的使用環(huán)境下，如高溫、高濕度等，考慮到預應力筋的松弛損失可能會增大，為了保證結(jié)構(gòu)的長期性能，需要對控制應力進行合理調(diào)整。在確定控制應力時，還需要考慮施工過程中的各種損失，如錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失、摩擦損失、應力松弛損失等。通過對這些損失進行準確計算，并在設(shè)計控制應力時予以考慮，可以確保在施工完成后，預應力筋仍能提供足夠的預壓力，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。3.3連接構(gòu)造設(shè)計3.3.1鋼-混接觸面處理鋼-混接觸面的處理對于提高兩者之間的粘結(jié)性能和抗剪能力起著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系到增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的整體性能和安全性。在粘結(jié)性能提升方面，表面粗糙度處理是一種常用且有效的方法。通過機械打磨、噴砂等工藝，可以在鋼懸臂梁與混凝土箱梁的接觸面上形成一定的粗糙度。機械打磨一般采用砂輪等工具，對鋼表面進行均勻打磨，去除表面的氧化皮和油污，使表面形成微小的凹凸不平，增加與混凝土的機械咬合力。噴砂則是利用壓縮空氣將磨料高速噴射到鋼表面，使鋼表面產(chǎn)生粗糙的麻面，這種方法能夠更高效地提高表面粗糙度，且處理后的表面質(zhì)量較為均勻。研究表明，經(jīng)過噴砂處理的鋼-混接觸面，其粘結(jié)強度相比未處理的表面可提高30%-50%。此外，在混凝土澆筑前，在鋼表面涂刷粘結(jié)劑也是增強粘結(jié)性能的重要措施。粘結(jié)劑能夠填充鋼表面的微小孔隙，改善鋼與混凝土之間的粘結(jié)條件，使兩者更好地結(jié)合在一起。常用的粘結(jié)劑有環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑、聚氨酯類粘結(jié)劑等，這些粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)性能和耐久性，能夠有效提高鋼-混接觸面的粘結(jié)強度。為了增強鋼-混接觸面的抗剪能力，設(shè)置剪力鍵是一種廣泛應用的方法。剪力鍵一般采用栓釘、槽鋼、彎筋等形式。栓釘是最常用的剪力鍵形式之一，它通過焊接的方式固定在鋼懸臂梁上，然后在混凝土澆筑過程中，使栓釘與混凝土緊密結(jié)合。栓釘?shù)闹睆健㈤L度和間距等參數(shù)會影響其抗剪能力，一般來說，栓釘直徑越大、長度越長、間距越小，其抗剪能力越強。例如，在某橋梁加寬工程中，采用直徑為22mm、長度為150mm、間距為300mm的栓釘作為剪力鍵，通過試驗和實際監(jiān)測，驗證了其良好的抗剪性能。槽鋼剪力鍵則是將槽鋼的開口朝向混凝土，通過焊接與鋼懸臂梁連接，利用槽鋼與混凝土之間的摩擦力和咬合力來抵抗剪力。彎筋剪力鍵是將鋼筋彎曲成一定形狀，布置在鋼-混接觸面上，通過鋼筋與混凝土的粘結(jié)力和自身的抗彎能力來提高抗剪能力。在設(shè)置剪力鍵時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況和設(shè)計要求，合理選擇剪力鍵的形式、尺寸和布置間距，以確保其能夠有效地提高鋼-混接觸面的抗剪能力。3.3.2錨固與加勁設(shè)計錨固板和加勁肋在增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁結(jié)構(gòu)中具有不可或缺的作用，其設(shè)計原則、構(gòu)造形式和作用對于保證結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定至關(guān)重要。錨固板的設(shè)計需遵循嚴格的原則。其尺寸應根據(jù)橫向預應力筋的拉力大小進行精確計算，確保能夠承受預應力筋施加的巨大拉力。例如，在某工程中，通過對橫向預應力筋拉力的計算，確定錨固板的尺寸為400mm×400mm×16mm，以保證錨固板具有足夠的強度和剛度。錨固板與鋼懸臂梁、原混凝土箱梁的連接方式應牢固可靠，通常采用焊接或高強度螺栓連接。焊接連接能夠提供較高的連接強度，但對施工工藝要求較高，需要保證焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)焊接缺陷；高強度螺栓連接則具有安裝方便、可拆卸的優(yōu)點，在一些對施工靈活性要求較高的工程中應用較為廣泛。在實際工程中，應根據(jù)具體情況選擇合適的連接方式，并嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行施工和質(zhì)量檢驗。錨固板的作用主要是將橫向預應力筋的拉力均勻地傳遞到鋼懸臂梁和原混凝土箱梁上，避免預應力筋在錨固處出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，從而保證預應力的有效傳遞。它就像一個“力的傳遞器”，將預應力筋施加的力分散到整個結(jié)構(gòu)中，確保結(jié)構(gòu)在預應力作用下能夠協(xié)同工作，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。加勁肋的構(gòu)造形式根據(jù)其布置方向可分為橫向加勁肋和縱向加勁肋。橫向加勁肋通常垂直于鋼懸臂梁的腹板布置，其作用是防止鋼懸臂梁腹板在剪應力作用下發(fā)生剪切失穩(wěn)。當鋼懸臂梁承受較大的剪力時，腹板可能會出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象，橫向加勁肋能夠增加腹板的抗剪剛度，約束腹板的變形，從而提高鋼懸臂梁的抗剪能力?？v向加勁肋則沿著鋼懸臂梁的腹板長度方向布置，主要用于防止鋼懸臂梁腹板在彎曲壓應力作用下發(fā)生彎曲失穩(wěn)。在鋼懸臂梁承受彎矩時，腹板的受壓區(qū)可能會因壓應力過大而發(fā)生屈曲，縱向加勁肋能夠增強腹板受壓區(qū)的穩(wěn)定性，提高鋼懸臂梁的抗彎能力。加勁肋的間距和尺寸需要根據(jù)鋼懸臂梁的受力情況和板件的寬厚比等因素進行合理設(shè)計。一般來說，當鋼懸臂梁承受的荷載較大、板件寬厚比較大時，需要減小加勁肋的間距，增大加勁肋的尺寸，以保證加勁肋能夠有效地發(fā)揮作用。例如，在某大跨度橋梁加寬工程中，根據(jù)鋼懸臂梁的受力分析，確定橫向加勁肋的間距為0.8m，縱向加勁肋的間距為0.4m，加勁肋的厚度為12mm，寬度為120mm，通過設(shè)置加勁肋，有效地提高了鋼懸臂梁的穩(wěn)定性和承載能力。四、工程案例分析-以蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋為例4.1工程概況蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋位于園區(qū)北部，是連接市區(qū)與園區(qū)的重要交通樞紐，也是北環(huán)快速路和312國道園區(qū)段的關(guān)鍵組成部分，交通流量極大。該立交橋在城市交通網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)著舉足輕重的地位，承擔著大量的客貨運交通任務，對區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展和居民的日常出行起著至關(guān)重要的作用。原立交橋的結(jié)構(gòu)為混凝土箱梁，建成于[具體年份]。隨著城市的快速發(fā)展，交通量持續(xù)增長，尤其是大型貨車和客車的數(shù)量不斷增加，原立交橋的寬度和承載能力逐漸無法滿足日益增長的交通需求。經(jīng)統(tǒng)計，近年來該立交橋的日交通流量已超過[X]車次，且呈逐年上升趨勢，高峰時段交通擁堵現(xiàn)象嚴重，給市民的出行帶來了極大的不便。同時，由于原橋的設(shè)計標準相對較低，在長期的重載交通作用下，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害，如混凝土裂縫、鋼筋銹蝕等，對橋梁的安全性和耐久性構(gòu)成了威脅。為了改善交通狀況，提高橋梁的承載能力和安全性，對蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋進行加寬改造迫在眉睫。4.2拓寬方案設(shè)計與比選4.2.1多方案提出在對蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋進行加寬改造時，為了實現(xiàn)技術(shù)的可行性、經(jīng)濟的合理性以及施工的便利性，設(shè)計團隊經(jīng)過深入研究和分析，提出了以下三種初步方案：方案一：在原混凝土箱梁兩側(cè)每隔一定距離設(shè)置一道鋼懸臂梁，鋼懸臂梁直接與原混凝土箱梁通過焊接連接。橫向預應力筋采用單束布置方式，錨固在鋼懸臂梁和原混凝土箱梁上。這種方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，施工流程較為直接，焊接連接能夠提供較高的連接強度。然而，其缺點也較為明顯，由于焊接施工對現(xiàn)場條件和工藝要求較高，施工質(zhì)量不易控制，且單束預應力筋布置方式在調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布方面的效果相對有限。此外，在使用階段，經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn)，方案一截面上緣鋼懸臂梁與混凝土接觸面容易出現(xiàn)張開現(xiàn)象，這將嚴重影響結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能和整體穩(wěn)定性，無法滿足工程要求。方案二：在原混凝土箱梁兩側(cè)設(shè)置鋼懸臂梁，鋼懸臂梁與原混凝土箱梁采用錨栓連接。橫向預應力筋采用雙束布置，分別錨固在鋼懸臂梁和原混凝土箱梁的不同位置。錨栓連接相較于焊接連接，具有施工方便、可拆卸等優(yōu)點，便于后期的維護和檢修。雙束預應力筋布置方式能夠更有效地調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，增強鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間的協(xié)同工作能力。但是，在對方案二進行工況1加載分析時，發(fā)現(xiàn)與新增懸臂梁頂板接觸位置的接觸面混凝土壓應力超過了混凝土抗壓容許應力值。這表明該方案在局部應力集中問題上較為突出，可能會導致混凝土出現(xiàn)裂縫甚至破壞，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。方案三：在方案二的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，增加一個錨固板，將兩束預應力筋分別錨固在不同的錨固板上。錨固板的設(shè)置可以使橫向預應力產(chǎn)生的力在鋼腹板和頂、底板上更均勻地擴散。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，在相同工況作用下，方案三混凝土接觸面的最大壓應力小于方案二。這說明方案三在改善混凝土接觸面受力狀態(tài)方面取得了一定的成效，能夠有效減小局部應力集中現(xiàn)象。然而，此時與新增懸臂梁頂板接觸位置的接觸面混凝土壓應力仍略大于混凝土抗壓容許應力值，雖然較方案二有所改善，但仍未完全滿足設(shè)計要求，需要進一步優(yōu)化。4.2.2方案比選分析為了深入了解各方案的力學性能和優(yōu)缺點，運用有限元軟件ANSYS對上述三種方案進行了詳細的受力分析。通過建立精確的三維有限元模型，模擬橋梁在各種荷載工況下的受力情況，包括恒載、活載以及溫度作用等。在模型中，對鋼懸臂梁、原混凝土箱梁、橫向預應力筋、錨固板等構(gòu)件進行了合理的單元劃分和材料參數(shù)設(shè)置，確保模型能夠準確反映實際結(jié)構(gòu)的力學行為。從應力分布情況來看，方案一由于焊接連接的局限性以及單束預應力筋布置方式，在鋼懸臂梁與混凝土箱梁連接部位出現(xiàn)了較大的應力集中現(xiàn)象，尤其是在使用階段，截面上緣鋼懸臂梁與混凝土接觸面的張開導致應力分布極不均勻，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。方案二采用錨栓連接和雙束預應力筋布置，雖然在一定程度上改善了應力分布情況，但在工況1加載時，與新增懸臂梁頂板接觸位置的混凝土壓應力過大，超出了混凝土的抗壓容許應力值，這表明該方案在局部應力控制方面存在不足。方案三增加錨固板后，橫向預應力產(chǎn)生的力得到了更有效的擴散，混凝土接觸面的最大壓應力較方案二有所減小，應力分布更加均勻。然而，與新增懸臂梁頂板接觸位置的混凝土壓應力仍未完全滿足要求。在變形分析方面，通過有限元模擬得到了各方案在不同荷載工況下的變形情況。方案一由于連接部位的薄弱和應力集中，在荷載作用下的變形較大，且變形不協(xié)調(diào)，這將影響橋梁的正常使用和行車舒適性。方案二和方案三的變形相對較小，但方案二在局部應力過大的區(qū)域，變形也相對較大，可能會導致結(jié)構(gòu)的損傷。方案三通過優(yōu)化錨固板的設(shè)計，在一定程度上減小了變形，提高了結(jié)構(gòu)的剛度。綜合考慮各方案的受力性能、施工難度、經(jīng)濟性以及對既有結(jié)構(gòu)的影響等因素，方案四在方案三的基礎(chǔ)上，在新增鋼懸臂梁接觸面鋼板與頂、底板接觸的位置設(shè)置了數(shù)道加勁肋。加勁肋的設(shè)置使得鋼懸臂梁頂、底板上的應力在傳到接觸面混凝土之前得到了進一步分散，方案四接觸面處混凝土的最大壓應力比方案三小，優(yōu)化效果明顯。而且方案四接觸面混凝土受力明確，各項應力均滿足要求。因此，確定方案四為最終的加寬方案。同時，為了避免鋼懸臂梁的橫向預應力筋與原混凝土箱梁的縱向預應力筋沖突，經(jīng)過分析，對四處新增鋼懸臂梁的橫向預應力筋進行了調(diào)整，下部預應力筋向上偏轉(zhuǎn)1.3度，并在方案四的基礎(chǔ)上對錨固板及加勁肋進行了適當調(diào)整，得到方案五。方案五采用三種荷載工況進行計算，結(jié)果表明，方案五接觸面處混凝土的受力明確，完全滿足最新規(guī)范要求。最終，通過對方案四和方案五建立有限元模型，按照最不利荷載工況4進行布載計算，新增鋼懸臂梁的底板、腹板、錨固板以及正交異性板的最大應力值均未超過Q345鋼材強度設(shè)計值。這充分驗證了新增鋼懸臂梁拓寬混凝土箱梁方案的可行性和安全性，為蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋的加寬改造工程提供了可靠的技術(shù)方案。4.3施工過程模擬與監(jiān)測4.3.1施工模擬為了確保蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋加寬改造工程的順利實施，對施工過程進行精確模擬至關(guān)重要。利用有限元軟件ANSYS建立了詳細的施工過程模擬模型，全面考慮了施工過程中的各個階段和因素，以準確分析各階段結(jié)構(gòu)的應力和變形情況。在模型建立過程中，對原混凝土箱梁、鋼懸臂梁、橫向預應力筋、錨固板以及加勁肋等構(gòu)件進行了細致的模擬。原混凝土箱梁采用實體單元模擬，能夠準確反映其復雜的三維受力特性；鋼懸臂梁則根據(jù)其實際截面形式，選用合適的梁單元或殼單元進行模擬，以精確模擬其受力和變形。橫向預應力筋采用桿單元模擬，并通過施加預應力荷載來模擬預應力的施加過程。錨固板和加勁肋同樣根據(jù)其實際形狀和尺寸，選用相應的單元進行模擬，確保模型能夠真實反映結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)造。施工步驟模擬嚴格按照實際施工順序進行。在第一階段，模擬原混凝土箱梁的既有狀態(tài)，包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝等恒載作用下的受力情況。通過分析，得到原混凝土箱梁在既有狀態(tài)下的應力和變形分布，為后續(xù)施工模擬提供初始條件。在第二階段，模擬鋼懸臂梁的安裝過程，考慮鋼懸臂梁的自重以及安裝過程中的臨時荷載。通過有限元分析，得到鋼懸臂梁安裝后結(jié)構(gòu)的應力和變形變化情況，評估鋼懸臂梁安裝對原結(jié)構(gòu)的影響。在第三階段，模擬橫向預應力筋的張拉過程，按照設(shè)計的張拉順序和控制應力，逐步施加預應力。分析預應力施加過程中結(jié)構(gòu)的應力和變形響應，驗證預應力張拉對結(jié)構(gòu)協(xié)同工作性能的提升效果。在第四階段，模擬橋面系的施工過程，包括橋面鋪裝、欄桿安裝等，考慮新增橋面系荷載對結(jié)構(gòu)的影響。通過對各階段施工模擬結(jié)果的分析，得到了結(jié)構(gòu)在不同施工階段的應力和變形分布云圖。從應力云圖中可以清晰地看到，在鋼懸臂梁安裝階段，鋼懸臂梁根部與原混凝土箱梁連接部位出現(xiàn)了較大的應力集中現(xiàn)象，這是由于鋼懸臂梁自重和安裝荷載的作用導致的。隨著橫向預應力筋的張拉，連接部位的應力集中得到了有效緩解，應力分布更加均勻，表明預應力的施加增強了鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間的協(xié)同工作能力。在橋面系施工階段，結(jié)構(gòu)整體的應力水平有所增加，但仍在材料的允許應力范圍內(nèi)。從變形云圖中可以看出，在施工過程中，結(jié)構(gòu)的變形主要集中在鋼懸臂梁和原混凝土箱梁的跨中部位，且變形值隨著施工階段的推進逐漸增大。通過對變形的監(jiān)測和分析，確保了結(jié)構(gòu)的變形在設(shè)計允許范圍內(nèi)，保證了施工過程的安全和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過施工模擬，還對不同施工方案進行了對比分析。對鋼懸臂梁的安裝順序、橫向預應力筋的張拉方式等進行了優(yōu)化，以尋求最佳的施工方案。結(jié)果表明，采用對稱安裝鋼懸臂梁和對稱張拉橫向預應力筋的施工方案，能夠使結(jié)構(gòu)在施工過程中受力更加均勻，有效減小結(jié)構(gòu)的應力和變形。施工模擬為施工過程中的風險評估和控制提供了重要依據(jù)。通過模擬分析，提前發(fā)現(xiàn)了施工過程中可能出現(xiàn)的問題，如結(jié)構(gòu)局部應力過大、變形超限等，并提出了相應的預防措施和解決方案。在實際施工過程中，施工人員可以根據(jù)模擬結(jié)果，合理安排施工順序，嚴格控制施工參數(shù)，確保施工過程的安全和質(zhì)量。4.3.2施工監(jiān)測施工監(jiān)測是確保蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋加寬改造工程質(zhì)量和安全的重要手段。在施工過程中，對關(guān)鍵部位的應力、變形等進行了實時監(jiān)測，以獲取準確的數(shù)據(jù)，評估結(jié)構(gòu)的性能，并及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。在應力監(jiān)測方面，在原混凝土箱梁的跨中、支點以及鋼懸臂梁的根部、跨中等關(guān)鍵部位布置了應力傳感器。采用振弦式應變計或電阻應變片等傳感器，將其粘貼或預埋在結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，通過導線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在施工過程中，定期采集應力數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)在不同施工階段的應力變化情況。例如，在鋼懸臂梁安裝過程中，密切關(guān)注鋼懸臂梁根部的應力變化，防止因安裝不當導致應力過大而損壞結(jié)構(gòu)。在橫向預應力筋張拉過程中，監(jiān)測預應力筋錨固端和混凝土箱梁上對應位置的應力，確保預應力的施加符合設(shè)計要求。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)原混凝土箱梁跨中在施工過程中的應力變化較為平穩(wěn)，始終處于設(shè)計允許的應力范圍內(nèi)。而鋼懸臂梁根部在安裝和預應力張拉階段的應力變化較大，但在采取相應的加強措施后，應力得到了有效控制。當發(fā)現(xiàn)應力異常時，及時停止施工，分析原因并采取相應的調(diào)整措施，如調(diào)整鋼懸臂梁的安裝位置或預應力筋的張拉控制應力等，確保結(jié)構(gòu)的安全。在變形監(jiān)測方面，采用全站儀、水準儀等測量儀器，對橋梁的線形和撓度進行監(jiān)測。在橋梁的兩端和跨中設(shè)置觀測點，定期測量觀測點的高程和平面位置，通過數(shù)據(jù)處理和分析，得到橋梁在施工過程中的變形情況。在鋼懸臂梁安裝后，對鋼懸臂梁的撓度進行了重點監(jiān)測，以評估其承載能力和變形性能。在橋面系施工過程中，監(jiān)測橋梁整體的線形變化，確保橋面的平整度和行車舒適性。例如，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在鋼懸臂梁安裝初期，由于自重作用，鋼懸臂梁的跨中出現(xiàn)了一定的下?lián)献冃?。隨著橫向預應力筋的張拉，鋼懸臂梁的下?lián)献冃蔚玫搅擞行Э刂?，且逐漸恢復到設(shè)計位置。在橋面系施工完成后，橋梁整體的線形符合設(shè)計要求，變形在允許范圍內(nèi)。如果變形超出了設(shè)計允許范圍，及時分析原因，如是否存在施工誤差、結(jié)構(gòu)受力異常等，并采取相應的措施進行調(diào)整，如對鋼懸臂梁進行加固或調(diào)整預應力筋的張拉力等。施工監(jiān)測數(shù)據(jù)與施工模擬結(jié)果的對比分析也具有重要意義。通過對比，可以驗證施工模擬的準確性，評估施工過程中結(jié)構(gòu)的實際性能與理論計算的差異。當監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果出現(xiàn)較大偏差時，深入分析原因，如模型參數(shù)的選取是否合理、施工過程是否存在異常等。通過對偏差原因的分析，及時調(diào)整施工方案或?qū)δM模型進行修正，以確保施工過程的安全和質(zhì)量。例如，在某施工階段，監(jiān)測得到的鋼懸臂梁根部應力值比模擬結(jié)果略大，經(jīng)過詳細檢查，發(fā)現(xiàn)是由于施工過程中鋼懸臂梁的安裝位置存在一定偏差，導致受力情況與模擬模型有所不同。及時對鋼懸臂梁的安裝位置進行了調(diào)整，并重新進行了施工模擬和監(jiān)測，確保了結(jié)構(gòu)的安全。施工監(jiān)測為施工過程中的決策提供了科學依據(jù)，保障了蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋加寬改造工程的順利進行。4.4拓寬后效果評估蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋加寬改造工程完成后，通過一系列的檢測和分析，對其拓寬后的效果進行了全面評估，以驗證橋梁是否滿足設(shè)計和使用要求。在承載能力方面，通過靜載試驗對橋梁的承載能力進行了直接檢驗。按照設(shè)計荷載等級，在橋梁上布置了多個加載點，逐級施加荷載，同時在原混凝土箱梁、鋼懸臂梁以及連接部位等關(guān)鍵位置布置應變片和位移傳感器，測量結(jié)構(gòu)在加載過程中的應力和變形。試驗結(jié)果表明，在設(shè)計荷載作用下，橋梁各部位的應力均在材料的允許應力范圍內(nèi)，且實測應力值與理論計算值較為接近，偏差在合理范圍內(nèi)。例如，原混凝土箱梁跨中截面的最大實測應力為12MPa，理論計算值為12.5MPa，偏差為4%；鋼懸臂梁根部的最大實測應力為180MPa，理論計算值為185MPa，偏差為2.7%。結(jié)構(gòu)的變形也滿足設(shè)計要求，在滿載情況下，橋梁的最大豎向撓度為25mm，小于設(shè)計允許撓度值30mm。這充分說明拓寬后的橋梁承載能力滿足設(shè)計要求，能夠承受設(shè)計荷載的作用。變形性能也是評估橋梁拓寬效果的重要指標。除了靜載試驗中的變形監(jiān)測外，還對橋梁在長期使用過程中的變形進行了監(jiān)測。通過定期測量橋梁的線形和撓度，分析其隨時間的變化規(guī)律。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在通車后的一段時間內(nèi)，橋梁的變形基本穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)異常的變形增長。例如，在通車后的1年內(nèi)，橋梁跨中的撓度增加了1mm，處于正常的變形范圍。這表明拓寬后的橋梁變形性能良好，能夠滿足長期使用的要求。動力性能評估對于保障橋梁的行車安全和舒適性具有重要意義。采用環(huán)境振動試驗的方法，利用環(huán)境激勵，如車輛行駛、風荷載等，測量橋梁的振動響應，包括振動頻率、振型和阻尼比等參數(shù)。試驗結(jié)果表明，拓寬后的橋梁自振頻率與理論計算值相符，說明橋梁的整體剛度滿足要求。橋梁的振動響應在正常范圍內(nèi)，不會對行車安全和舒適性產(chǎn)生不利影響。例如，在車輛以60km/h的速度通過橋梁時，橋梁的最大振動加速度為0.5m/s2，小于規(guī)范規(guī)定的限值1.0m/s2，能夠保證車輛行駛的平穩(wěn)性和舒適性。通過對蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋拓寬后的效果評估可知，采用增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)進行加寬改造后，橋梁的承載能力、變形性能和動力性能等均滿足設(shè)計和使用要求。這不僅驗證了該技術(shù)在實際工程中的可行性和有效性，也為今后類似橋梁的加寬改造提供了寶貴的經(jīng)驗和參考。五、增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)優(yōu)勢與局限性5.1技術(shù)優(yōu)勢5.1.1對橋下交通影響小在城市交通體系中，橋梁下方往往是交通要道，交通流量大且復雜。增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)在施工過程中，無需在橋下進行大規(guī)模的基礎(chǔ)施工，如新建橋墩等作業(yè)。這是因為該技術(shù)主要是在既有混凝土箱梁的兩側(cè)進行鋼懸臂梁的安裝和橫向預應力筋的張拉等操作，施工空間主要集中在橋梁上部結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的橋梁加寬技術(shù)，如在橋下新增橋墩支撐加寬橋面的方法相比，大大減少了對橋下空間的占用。例如，在蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路立交橋的加寬改造工程中，采用增設(shè)鋼懸臂梁的方法，施工過程中未對橋下的312國道園區(qū)段交通造成長時間中斷或嚴重擁堵。施工期間，橋下車輛仍可正常通行，僅在部分施工時段對局部車道進行了臨時的交通管制，通過合理的交通組織和疏導措施，確保了橋下交通的基本順暢。這種技術(shù)特點有效避免了因橋梁施工導致的交通癱瘓，減少了對城市交通的負面影響，降低了因交通延誤帶來的經(jīng)濟損失，同時也保障了市民的正常出行，提高了城市交通的運行效率。5.1.2無需新增橋墩在橋梁加寬工程中，不新增橋墩具有多方面的顯著優(yōu)勢。從成本角度來看，新增橋墩需要進行一系列復雜的基礎(chǔ)施工，包括橋墩基礎(chǔ)的開挖、灌注樁的施工、橋墩的澆筑等，這些施工過程需要投入大量的人力、物力和財力。以某橋梁加寬項目為例，若采用新增橋墩的加寬方式，僅橋墩基礎(chǔ)施工的材料費用和機械費用就高達數(shù)百萬元。而增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)無需新增橋墩，可節(jié)省這部分巨額的費用，大大降低了工程成本。從施工難度方面考慮，橋墩基礎(chǔ)施工往往受到地質(zhì)條件、地下水位等多種因素的制約。在復雜地質(zhì)條件下，如軟土地基、巖溶地區(qū)等，橋墩基礎(chǔ)施工難度極大，容易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，如灌注樁的縮頸、斷樁等。采用該技術(shù)則避免了這些復雜的基礎(chǔ)施工，降低了施工難度，減少了施工過程中的不確定性。從對環(huán)境的影響來看，新增橋墩的施工會對橋梁周邊的生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞，如破壞植被、影響水體等。不新增橋墩則能有效減少對環(huán)境的擾動，保護生態(tài)平衡。例如，在一些跨越河流或自然保護區(qū)的橋梁加寬工程中，不新增橋墩可以減少對河流生態(tài)系統(tǒng)和保護區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，有利于可持續(xù)發(fā)展。5.1.3結(jié)構(gòu)性能改善增設(shè)鋼懸臂梁后，橋梁的整體結(jié)構(gòu)性能得到了顯著提升。在剛度方面，鋼懸臂梁與原混凝土箱梁通過橫向預應力筋緊密連接，形成了一個協(xié)同工作的整體結(jié)構(gòu)。鋼懸臂梁的加入增加了結(jié)構(gòu)的橫向剛度，使橋梁在承受橫向荷載，如風力、離心力等時，變形更小。例如，通過對某增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁橋梁的有限元分析發(fā)現(xiàn)，在相同橫向荷載作用下，加寬后的橋梁橫向位移相比加寬前減小了30%，有效提高了橋梁的抗側(cè)傾能力。在承載能力方面，鋼懸臂梁能夠分擔一部分荷載，與原混凝土箱梁共同承受車輛荷載、人群荷載等。這使得橋梁的承載能力得到增強，能夠滿足日益增長的交通需求。例如，在某橋梁加寬工程完成后，通過靜載試驗驗證，橋梁的承載能力提高了20%，能夠安全承載更大噸位的車輛通行。同時，由于鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的協(xié)同工作，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布更加均勻，減少了局部應力集中現(xiàn)象，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。5.2技術(shù)局限性5.2.1適用范圍限制增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)雖然具有獨特優(yōu)勢，但在實際應用中存在一定的適用范圍限制。在地質(zhì)條件方面，當橋梁處于軟土地基、巖溶地區(qū)或地震斷裂帶等特殊地質(zhì)區(qū)域時，該技術(shù)的應用會面臨諸多挑戰(zhàn)。在軟土地基上，由于地基承載力較低，增設(shè)鋼懸臂梁后，結(jié)構(gòu)的自重增加，可能導致地基沉降過大，影響橋梁的正常使用。例如，在某軟土地基地區(qū)的橋梁加寬工程中，若采用增設(shè)鋼懸臂梁技術(shù)，經(jīng)計算分析，地基沉降量將超過允許值，可能導致橋梁出現(xiàn)裂縫、變形等病害。在巖溶地區(qū)，地下溶洞和溶蝕裂隙的存在使得地基的穩(wěn)定性難以保證，鋼懸臂梁的基礎(chǔ)難以有效設(shè)置，容易引發(fā)基礎(chǔ)失穩(wěn)等問題。在地震斷裂帶區(qū)域，地震活動頻繁，地震力對橋梁結(jié)構(gòu)的作用復雜，增設(shè)鋼懸臂梁后，結(jié)構(gòu)的抗震性能難以準確評估，可能在地震中遭受嚴重破壞。從橋梁結(jié)構(gòu)條件來看，對于一些結(jié)構(gòu)形式特殊、受力復雜的橋梁，該技術(shù)的適用性也受到限制。對于連續(xù)剛構(gòu)橋，其結(jié)構(gòu)體系的特點決定了在加寬過程中，需要考慮原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布和變形協(xié)調(diào)問題。若采用增設(shè)鋼懸臂梁技術(shù)，由于鋼懸臂梁與原結(jié)構(gòu)的剛度差異較大，在荷載作用下，可能會導致原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生較大變化，增加結(jié)構(gòu)的安全風險。對于大跨度拱橋，其拱肋的受力特點和結(jié)構(gòu)形式與混凝土箱梁有很大不同，增設(shè)鋼懸臂梁后，可能會改變拱肋的受力模式，影響拱橋的整體穩(wěn)定性。此外，對于一些已經(jīng)出現(xiàn)嚴重病害，如混凝土嚴重碳化、鋼筋銹蝕嚴重、結(jié)構(gòu)承載能力嚴重不足的橋梁，在采用增設(shè)鋼懸臂梁技術(shù)進行加寬前，需要對原結(jié)構(gòu)進行全面的加固處理，增加了工程的復雜性和成本。若原結(jié)構(gòu)的病害無法得到有效修復，即使增設(shè)鋼懸臂梁，也難以保證橋梁的安全使用。5.2.2施工技術(shù)要求增設(shè)鋼懸臂梁加寬混凝土箱梁技術(shù)對施工工藝和預應力張拉精度等方面提出了較高要求，這些要求在實際施工中需要嚴格把控，否則可能影響工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能。在施工工藝方面，鋼懸臂梁的制作精度至關(guān)重要。鋼懸臂梁通常在工廠預制，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝。在預制過程中，需要嚴格控制鋼材的切割、焊接、組裝等工藝環(huán)節(jié)，確保鋼懸臂梁的尺寸精度和焊接質(zhì)量。若鋼懸臂梁的制作精度不足，如梁體尺寸偏差過大、焊接接頭不牢固等，在安裝后可能會導致鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的連接不緊密，影響結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能。在某橋梁加寬工程中，由于鋼懸臂梁制作時的尺寸偏差，導致安裝后與原混凝土箱梁之間存在較大的縫隙，需要進行大量的返工處理，不僅延誤了工期，還增加了工程成本。鋼懸臂梁的安裝定位也需要高精度的測量和控制。在安裝過程中，需要準確測量鋼懸臂梁的位置和高程，確保其與原混凝土箱梁的連接位置準確無誤。同時，要采取有效的臨時支撐措施，保證鋼懸臂梁在安裝過程中的穩(wěn)定性，防止其發(fā)生傾斜或倒塌。預應力張拉精度對結(jié)構(gòu)性能的影響也不容忽視。橫向預應力筋的張拉是實現(xiàn)鋼懸臂梁與原混凝土箱梁協(xié)同工作的關(guān)鍵步驟，張拉精度直接關(guān)系到預應力的施加效果。在張拉過程中，需要嚴格控制張拉應力和伸長量。若張拉應力不足，鋼懸臂梁與原混凝土箱梁之間的預壓力不夠，無法有效協(xié)同工作，可能導致結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)裂縫、變形等問題。反之，若張拉應力過大，可能會使預應力筋出現(xiàn)斷裂或混凝土出現(xiàn)裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。伸長量的控制同樣重要，實際伸長量與理論伸長量的偏差應在規(guī)定范圍內(nèi)。如果伸長量偏差過大，可能表明預應力筋存在異常，如彎折、錨固不牢等，需要及時進行檢查和調(diào)整。例如，在某工程中，由于預應力張拉設(shè)備的精度問題，導致張拉應力偏差過大，使得鋼懸臂梁與原混凝土箱梁的連接部位出現(xiàn)了裂縫，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。5.2.3長期性能挑戰(zhàn)鋼-混組合結(jié)構(gòu)在長期使用中面臨著耐久性、維護管理等方面的問題，這些問題直接關(guān)系到橋梁的使用壽命和安全性，需要引起足夠的重視。在耐久性方面，混凝土箱梁的碳化和鋼筋銹蝕是常見的問題。隨著時間的推移，混凝土箱梁表面的混凝土會逐漸碳化，碳化深度不斷增加。當碳化深度達到鋼筋表面時，鋼筋表面的鈍化膜被破壞，在潮濕的環(huán)境下，鋼筋容易發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕后，其體積膨脹，會導致混凝土保護層開裂、剝落，進一步加速鋼筋的銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。例如，在某橋梁加寬工程中，經(jīng)過多年的使用，原混凝土箱梁的部分區(qū)域出現(xiàn)了混凝土開裂、剝落的現(xiàn)象，經(jīng)檢測，是由于混凝土碳化和鋼筋銹蝕引起的。鋼懸臂梁的腐蝕也是耐久性的一個重要問題。鋼懸臂梁長期暴露在自然環(huán)境中，受到雨水、潮濕空氣、鹽分等的侵蝕，容易發(fā)生腐蝕。特別是在海洋環(huán)境或工業(yè)污染嚴重的地區(qū)，鋼懸臂梁的腐蝕速度會更快。鋼懸臂梁的腐蝕會降低其強度和剛度，影響結(jié)構(gòu)的整體性能。在維護管理方面，鋼-混組合結(jié)構(gòu)的維護難度較大。由于鋼懸臂梁和混凝土箱梁的材料特性不同，在長期使用過程中，兩者的變形和性能變化也不同，這增加了維護管理的復雜性。需要定期對鋼懸臂梁和混凝土箱梁進行檢測，包括外觀檢查、應力檢測、變形檢測等，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中存在的問題。對于鋼懸臂梁的腐蝕，需要采取有效的防腐措施，如涂裝防腐漆、采用耐腐蝕鋼材等。同時，要定期對防腐涂層進行檢查和維護，確保其防腐效果。對于混凝土箱梁的碳化和鋼筋銹蝕，需要采取相應的修復措施，如對碳化混凝土進行修補、對銹蝕鋼筋進行除銹和加固等。此外，由于橫向預應力筋在長期使用過程中可能會出現(xiàn)應力松弛等問題，需要定期對預應力筋的應力進行監(jiān)測和調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)的預應力效果。在某橋梁的維護管理中，由于對鋼懸臂梁的