拓宽改造桥梁桥面铺装层受力分析

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摘要：使用有限元分析软件模拟分析桥梁拓宽改造后桥面铺装层结构特点，分析加宽施工后混凝土收缩徐变及基础的不均匀沉降对桥面铺装层的受力影响，为旧桥拓宽的施工、运营养护和成桥检测起到指导作用。

关键词：桥梁拓宽，桥面铺装层，收缩徐变，基础不均匀沉降，受力分析

中图分类号：TU997 文献标识码： A

随着现代经济的发展，交通量迅速增大，部分桥梁桥面宽度已不符合实际公路等级和交通流量的要求。为了适应路线拓宽改建后的公路等级要求，提高桥梁的通行能力，将宽度较窄的旧桥加以拓宽扩建是主要途径。桥梁加宽工程是新旧结构的重新组合，受混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降等引起的附加应力作用，拓宽后桥梁结构的受力情况较原结构有较大变化，如处理不当，会造成构件的损坏，影响结构安全。本文主要介绍桥梁拓宽对桥面铺装层的受力影响，找出其受到影响较大的不利位置，为旧桥拓宽的施工、运营养护和成桥检测起到指导作用。

1、分析模型建立

以采用“上部结构连接，下部结构不连接”形式拓宽改造的某混凝土简支板梁桥为例，使用桥梁有限元分析软件对其拓宽施工后桥面铺装层的受力情况进行分析，容包括新建上部结构混凝土收缩作用对结构受力的影响、新建上部结构混凝土徐变作用对结构受力的影响、新建基础沉降对结构受力的影响。桥梁拓宽后上部结构状况如图1.1所示。

图1.1 新、旧桥连接后板梁编号示意

建立桥梁实体模型进行施工及成桥阶段主要截面受力情况计算分析，计算时考虑桥面铺装的共同参与受力作用。空心板梁结构建立以0.15m为单位的结构有限元模型；下部结构墩柱及盖梁建立3D梁单元模型。桥梁结构有限元模型如图1.2～1.3。

图5.2、3 结构有限元分析模型

2 混凝土收缩徐变作用下铺装层受力分析

桥梁拓宽的新旧结构，因建造年代不同其混凝土收缩徐变作用也存在差异。本文主要介绍成桥运营过程，即假设新旧桥连接10年后收缩徐变差异作用下桥面铺装层应力情况。计算分析结果如图2.1、2.2。

图2.1 铺装层纵向应力分布图 图2.2 铺装层横向应力分布图

混凝土铺装层纵向正应力处在-2.05MPa～3.49MPa；横向正应力处在-2.19MPa～4.39MPa。其中旧桥LB1板梁支点附近铺装层的横向拉应力达到5.7MPa，超过了混凝土的抗拉设计强度1.83MPa的限值，易造成此处开裂。板梁的收缩徐变对新、旧桥连接处局部铺装层应力的影响较大。

3 基础沉降差作用下铺装层受力分析

桥梁拓宽的新旧结构，其基础沉降存在差异。本文假设新旧结构桩基沉降差达到10L时，计算新、旧桥基础沉降差对混凝土铺装层应力的影响。计算分析结果如图3.1、3.2。

图3.1 铺装层纵向应力分布图 图3.2 铺装层横向应力分布图

当新、旧桥基础沉降差达到10L时，由沉降作用引起的桥面混凝土铺装层纵向正应力主要范围为-1.758MPa～1.803MPa，横向正应力主要范围为-8.624MPa～9.90MPa。在横桥向距外沿2.1m和4.5m处，即与新、旧桥湿接缝相邻两侧板梁铰缝处（为XB2、XB3和XB4、LB1板梁间铰缝位置），桥面混凝土铺装层产生较大的纵向、横向拉、压应力带，前者位置铺装层上缘为压应力，下缘为拉应力；后者位置上缘为拉应力，下缘为压应力。其中梁端支点附近铺装层最大横向拉应力为12.75MPa，最大压应力为-10.05MPa，大于混凝土抗拉设计强度1.83MPa的限值，易产生开裂。

4 小结

⑴ 拓宽改造桥梁，新、旧桥混凝土板梁的收缩徐变和基础的沉降差，对其连接带混凝土铺装层会产生较大拉应力，对应桥面易出现开裂，具置旧桥结构边梁和次边梁位置。

⑵ 针对上述计算分析结论，桥梁拓宽改造设计时应对上述部分进行局部加强，且在运营过程中加强跟踪观测，及时发现开裂情况，采取相应的维修措施。

参考文献：

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