高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究

㈣洲｜Ｅ｜【｜ｌｌｌｌ｜１ｌ｜｜１１｜Ｉｌｌ…ｌＩ｜１ｌ㈣１分类号：ｕ４４，ｕ４５１０７ｌＯ．２００６０６４３Ｙ１５２７２１９滚步太海硕士学位论文高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究王宗华导师姓名职称申请学位级别工学硕士郝宪武教授学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期‘矿７年午月搿日论文答辩日期学位授予单位答辩委员会主席长安大学隍望生亟学位论文评阅人耋垒盘垦４壑墼！！塑坚堕摘要随着我国交通事业的发展，公路交通量不断增长，有些公路原有等级己不能满足使用上的要求，因此要进行加宽改造。与此同时，需要对公路上的桥涵等构造物进行重新设计，充分利用原有桥梁进行加宽，对于验算不能满足新荷载标准要求的旧桥，需要经过技术、经济比较，再按新荷载标准，对旧桥进行评价鉴定、维修、加固与改造。本文通过回顾沪宁、沈大、广佛等多条高速公路改扩建的成功经验，收集在改扩建工程中对既有桥梁的评价和加宽技术方面的相关资料、总结了目前国内主要的桥梁加宽的概念、方法、分类及特点，并用工程实例对每种加宽模式进行相应的分析，对其适用条件进行讨论，从工程经济、施工技术、社会影响各个方面阐明桥梁加宽研究的目的和意义。并且深入研究各种桥型加宽的设计方案及施工方法，分别对预制箱梁、预制空心板桥、现浇钢筋混凝土连续箱梁、现浇钢筋混凝土刚架桥、预制预应力混凝土Ｉ型组合梁几种桥型进行了分析研究，并分析了不均匀沉降对桥梁加宽的影响，同时对影响旧桥整体加宽的混凝土收缩、徐变对桥梁加宽的影响进行了描述。另外，建立加宽预制空心板和预制箱梁的计算模型，并根据程序计算的结果，对加宽的技术成果进行力学检验，以求数值模型与实际情况相吻合。最后，根据桥梁的技术状况，归纳提出合理的有针对性地加宽措施。关键词：桥梁加宽拼接技术，不均匀沉降影响，上连下不连模式，设计优化方案ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｌｏｎｇｗｉｔｈｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ’ｓｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｏａｄＶｏｌｕｍｅｏｆｔｒａｆｆｉｃｇｒｏＶＩ，ｓｕｎｃｅａｓｉｎｇｌｙ，ｓｏｍｅｒｏａｄｏｒｉｇｉｎａｌｒａｎｋｃａｎｎｏｔｓａｔｉｓｆｙｆｏｒｔｈｅｕｓｉｎｇｒｅｑｕｅｓｔ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｍｕｓｔｍａｋｅｔｈｅｂｒｏａｄｅｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｉｓｎｅｅｄｆ６ｒｒｅ—ｄｅｓｉｇｎｔｈｅｂｒｉｄｇｅｓｏｎｔｈｅｈｉｇｈｗａｙｓａｎｄｏｔｈｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｔａｋｅｆｕｌｌａｄＶａｎｔａｇｅｏｆｗｉｄｅｎｉｎｇｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ０１ｄｂｒｉｄｇｅｔｈａｔｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｎｅｗｓｔａｎｄａｒｄｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｎｅｅｄａｎｄｒｅｆ６ｒ玎【ｌ，ｔｏｅＶａｌｕａｔｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｇｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｅｗｓｔａｎｄａｒｄｓ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅＶｉｅｗｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓｏｆＳｈａｎｇｈａｉａｎｄＮａｎｊｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ－Ｄａｌｉａｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ－Ｆｏｓｈａｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｅｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｂｒｉｄｇｅａｎｄｗｉｄｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅｅＶａｌｕａｔｉｏｎｏｆｉｎｆ６ｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｗｏｒｋｓ，ｓｕｍｍｅｄｕｐｔｈｅｍａｉｎｂｒｉｄｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｂｒｏａｄｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｍｅｔｈｏｄｓ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｏａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐａｔｔｅｒｎ，ａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｅｘａｍｐｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄｅａｃｈｋｉｎｄｏｆｂｒｏａｄｅｎｇｏａｌａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｓｕｉｔａｂｌｅａｌｓｏｍａｋｅｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｂｒｏａｄｅｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｔｏｍｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｃｏｎｏｍｙ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｓｏｃｉａｌｉｍｐａｃｔａｎｄｏｔｈｅｒａｓｐｅｃｔｓ．Ａｎｄｍａｋｅｄｅｅｐｒｅｓｅａｒｃｈｆ６ｒｅａｃｈｋｉｎｄｏｆｂｒｉｄｇｅｂｒｏａｄｅｎｄｅｓｉｇｎｐｒｏｐｏｓａｌａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｏｘＬｉａｎｇ，ｔｈｅｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｏｘｊｏｂｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｏｂｒｉｄｇｅ，ｈｏｌｌｏｗｔｈｅｐｌａｎｋｃａｓｔ－ｉｎ－ｐｌａｃｅｒｅｉｎｆｂｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｎｔｉｎｕａｌＬｉａｎｇ，ｃａｓｔ—ｉｎ－ｐｌａｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｉｎｆｂｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｏｎｅｒｉｇｉｄ＿ｆｔａｍｅｂｒｉｄｇｅ，ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｏｆｂｒｉｄｇｅｓｔｏｂｕｉｌｔ—ｕｐｂｅａｍｓｅＶｅｒａｌｋｉｎｄｃｏｎｄｕｃｔｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｔｕｄｙｓｅｐａｒａｔｅｌｙ，ａｎｄａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｗｈｉｃｈｗｉｄｅｎｓｔｏｔｈｅｂｒｉｄｇｅ，ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｔｏｄｅｓｃｒｉｐｔｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｈｒｉｎｋａｇｅｗｈｉｃｈ，ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＶａｒｉａｔｉｏｎｔｈｅｏｌｄｂｒｉｄｇｅｗｈ０１ｅｗｉｄｅｎｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｗｈｉｃｈｗｉｄｅｎｅｄｔｏｔｈｅｈ０１１０ｗｂｏａｒｄｂｒｉｄｇｅ．ＭｏｒｅｏＶｅｒ，ｉｔａｎｄｔｈｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｂｒｏａｄｅｎｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｂｏｘＬｉａｎｇ’ｓｏｎｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｏａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｏｕｔｉｎｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ’ｓｒｅｓｕｌｔ，ｃａｒｒｉｅｓｔｈｅｂｒｏａｄｅｎｔｅｃｈｎｉｃａｌａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｔａｌｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｂｒｉｄｇｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏｉｎｄｕｃｔｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈａｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅｗｉｄｅｎｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｔａｒｇｅｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｂｒｉｄｇｅｕｎｅｖｅｎｗｉｄｅｎｉｎｇｔｈｅｅｖｅｎｓｐｌｉｃｉｎｇｔｅｃｈｎ０１０９ｙ；ｉｍｐａｃｔｏｆｕｎｅＶｅｎｍｏｄｅ；ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：互新胪７年乡月中日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）卅年ｓ月坪日ｗ１年莹月彤日长安大学硕士学位论文第一章弟一早１．１绪论三百下匕引言近年来随着我国经济的高速发展，我国交通事业有了长足的进步。据不完全统计，全国公路桥梁达３０余万座。但桥梁的运营情况也值得深思，据交通部公布的全国公路桥梁情况统计，需要维修养护和技术改造的桥梁日益增加，现有桥梁中约有１／３的处于Ⅲ、Ⅳ类状况。其中高等级公路的桥梁约占３０％。此外，随着人员和物资流动日益频繁，造成了交通需求的激增，作为人员与物资运输主渠道的公路，其现有的规模和等级越来越难以满足经济发展对其的要求。交通部规划司２００４年编撰的《２００３年公路水路交通行业发展统计公报》中指出【ｌ】，虽然我国公路建设发展较快，但２００３年全国国道网年平均交通拥挤度仍达到０．５０，其中东部地区年平均交通拥挤度为０．６７，中部地区为０．４８，西部地区为０．３６，２００３年全国国道主干线年平均日交通量达７７６５辆／日，比上年增长１７．６％。随着交通量的不断增加，很多早期建成通车的高速公路已不能满足现今所需的交通运营能力要求，公路服务水平明显降低，许多高速公路都面临着改建、扩建、提升道路等级的问题。构造物在公路建设中起着控制性的作用，桥梁构造物的加宽，如何保证加宽后结构的良好运营性能是改扩建工程中的难点和重点，因此，对桥梁加宽的研究对目前我国公路工程建设的具有重要的意义。现在为了满足经济发展的需要，国家每年投入大量资金新建许多公路，如２００３年全年新建公路６．３万公里，其中高速公路４５９２公里。１２】但是，仅仅依靠新建公路，并不能有效的缓解公路通行能力不足的问题。因此国家在新建公路的同时，也大力开展了对原有公路的改扩建，以提高其通行能力，满足交通运输的需要。我国早期修建的公路，都面临着大修改造期的到来。有些公路横断面宽度己经不能满足交通量迅速发展的要求。这些公路不仅需要正常的路面维修养护，同时需要扩建。如何结合路面大修改造，对旧桥进行改造是十分重要的。由于重建费用较高，而且阻断交通，因此旧桥加宽成为道路升级中的常用方法。公路扩建工程中，往往需要在原公路两边或一边进行加宽，这样就牵涉到原公路上桥梁的改扩建问题。一般来说，公路的改扩建往往使原有公路上的桥梁荷载标准提高，需要对原有桥梁进行加固和拓宽，这就带来了拓宽拼接桥梁中新旧结构的连接问题。实践证明，采用适当的加固技术和拓宽措施，恢复和提高旧桥的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，满足现代化交通运输的需要，是可行的这样一能节省大量投第一章绪论资，收到良好的社会经济效益，特别是对贫困省份来说，这一点尤为重要；二是通过维修和改造旧危桥，可以消除交通安全隐患，提高公路通行能力和服务水平。在已有的桥梁拓宽拼接改造工程中，在改造后的桥梁上经常出现各种问题，如在新老桥的连接面出现裂缝，从而影响到改造后桥梁的正常使用。因此，为了保证桥梁的拓宽改造方法的合理有效，需对桥梁加宽改造方法进行深入的研究。由于桥梁加宽的特殊性，以及旧桥所处地区的工程地质、水文地质等建设条件的影响，旧桥整体加宽必须结合原公路桥梁的设计标准、日常使用状况，认真研究各种影响因素，并借鉴国内外旧桥加宽的成功经验，做好加宽方案的比选。其中，应考虑下列因素。【３１１）主动、积极地收集国内外公路改造的成功经验，在旧桥整体加宽的过程中给予消化和升华。２）结合旧桥整体加宽项目的建设条件，合理选择技术方案，确保设计方案的可实施性。尽量避免对管线、房屋、厂房、工业园区的干扰，为工程的顺利开展创造有利条件，保证工程能按时、保质地通车。３）遵循“以人为本，安全适应、协调发展”的设计原则，安全问题要始终贯穿在旧桥整体加宽方案中，采取有效措施，保证桥梁的施工安全、车辆的运行安全、附属设施的使用安全和居民的生产、生活安全。设计方案要重点考虑与周边自然环境的协调统一，考虑交通量的发展、沿线经济的发展需要，使设计方案能在保证服务水平的基础上，满足可持续发展的要求。４）旧桥整体加宽要合理采用新技术、新材料、新工艺，加强科学研究，积极采用新结构，在充分利用现有工程，节约工程造价的基础上，达到节约用地，满足功能的目的。这样既能够延长桥梁的使用年限，保证可持续交通能力，又可以最大限度地节省投资，体现出良好的经济和社会效益，具有十分重要的科研价值和现实意义。目前，我国境内高等级公路规模越来越大，低等级公路正在逐步升级，实际通行的荷载等级正在提高，而沈大、沪宁高速公路桥梁的加宽及技术改造工作尽管己做过一些，但总体上与当前的公路交通发展趋势不相适应，【４】主要表现在：１．有关旧桥现状评定没有形成规范化、系统化的操作程序，导致评定结果存在指标不系统、同一指标量度不一的弊端，最终使决策无系统性的标准。２．由于对不同桥型、规模的桥梁承载能力评定指标缺乏操作性强、且可以对比的评价准则，直接影响桥梁养护维修和加固的安全、高效进行。３．对桥梁加宽、技术改造方法尚未形成系统的决策模式，直接影响维修加固工程２长安大学硕士学位论文经济性分析的科学性。４．这些制约因素将会直接影响针对我国桥梁特点、运营规律及现状的加固维修、技术改造的相关法规、指导性技术文件的制定，制约桥梁养护、维修加固的市场化的有效运作。【５】本文根据目前我国高速公路改扩建工程的设计成果，结合沪宁、沈大等多条高速公路改扩建的成功经验，通过收集在改扩建工程中对既有桥梁的评价和加宽技术方面的相关资料、对我国现有桥梁基本情况进行调查和分析、经过向该方面的专家进行咨询和研讨等多种分析研究手段开展研究工作。本文拟对高速公路既有桥梁加宽的理论做出总结，结合具体实例做出计算分析，根据计算分析结果对改扩建工程中的加宽桥梁建设提出建议方案。１．２国内外发展现状１．２．１国外研究现状桥梁在现代公路系统中占有重要的地位，但现今桥梁的运营使用情况却不容乐观。近年来，美国、英国、日本、德国、法国、澳大利亚、比利时、荷兰等交通发达国家已建桥梁出现了不同程度的损伤，需要加固改造的桥梁数量非常之大。以桥梁大国美国为例，需要加固改造的桥梁占全国桥梁总数的２９％。国外发达国家相当重视桥梁的改扩建研究。但国内这方面的经验还不够成熟。目前，在改扩建工程中，国内外旧桥加宽的方法主要有以下几种：１）、分离式加宽，结构不连接。其形式通常有以下两种：（１）新、旧结构间留一条纵缝，或用钢板包边，如广州北环高速公路。这种连接形式需要采用刚性桥面，可以解决啃边问题，但不能解决新旧桥挠度差问题，且高速行车中当车轮行驶与钢板上容易打滑，行车安全性降低。（２）用纵向伸缩缝连接。这种做法在欧洲及香港均较为成功，要求桥面铺装采用刚性桥面。广佛高速公路改造时，采用此方法尝试了一座桥，由于是柔性桥面，不成功，并且造价很高。目前国外通常采用的是英国ＢＲＩＴＦＬＥｘ系列伸缩缝，造价近２４００元／ｍ，价格昂贵，在国内不宣大范围推广。【６】２）、整体式加宽，结构连接。即在纵缝左右一定范围内重做桥面铺装，在纵缝上布置横向钢筋来实现新旧结构的连接，如俄罗斯、日本许多桥梁的加宽就是采用这种方式。【．７】但是这种连接方式存在的问题是要求结构跨径较小，相对挠度差较小，不然就会引起桥面开裂。俄罗斯规定使用期限不超过ｌＯ年时才容许采用此横向连接的方式。日本规３第一章绪论定：在施工时，车辆通行引起的相对挠度差在０．２胁以下时，容许通车状态下浇筑混凝土。但他们与我们不同的是，在按这种类型加宽时，对于其下部结构，他们一般均按加宽后宽度一次建成。这种加宽方式存在一个问题，即在不封闭交通的情况下，如何保证混凝土的浇筑质量。３）预应力混凝土箱梁拓宽的ＳＢｗＮＶＳＧ删法【８】【９】在欧美等公路交通运输体系较为完善的国家，有经验的设计师在公路桥桨的规划设计阶段通常会对其日后的拓宽作一定的考虑，ＳＢｗＭ（Ｓｔｒｕｔｔｅｄ法和ＳＧｗＭ（Ｓｔｒｕｔｔｅｄ种思路。ＧｉｒｄｅｒＷｉｄｅｎｉｎｇＢｏｘＷｉｄｅｎｉｎｇＭｅｔｈｏｄ）Ｍｅｔｈｏｄ）法为预应力混凝土箱梁的拓宽提供了一ＳＢｌ】ｌ『Ｍ法和ＳＧｗＭ法本质上都是利用撑杆来支撑加宽的桥面，应用到现浇桥梁加宽中叫ＳＢｗＭ法，而应用于预制梁桥加宽中则叫ＳＧｗＭ法。ＳＢｗＭ法或ＳＧｌｌ『Ｍ法要求在原有桥梁设计时考虑后期拓宽的需要，对梁高等结构基本尺寸作充分的预留，使之能满足拓宽结构受力要求，在构造上应预留预应力管道位置以及斜撑支撑点构造，为后续拓宽提供便利。阶段一两车道＋路肩阶段二三车道＋路肩４Ｋ安大学砸上学位论立阶段三四车道＋路肩４）钢一混凝土组合梁桥的加宽㈣在城市桥梁中也有一定的应用，混凝土桥面板与钢粱之间因温度和收缩徐变引起的变形差通过剪力键进行协调，作为整体的新桥主粱与原桥主粱之间也可以很好地实现刚性连接，图１．２ｌ为美国田纳西州某四跨连续组合曲线梁桥，刚在拓宽时通过在旧桥钢梁腹扳和底板上钻孔、桥面板现浇实现了新旧桥主梁的整体刚性连接。图ｌ２１美国Ｔｅ蚺ｅｓｓｅｅ州某组合粱桥拓宽工程１２２国内研究现状我国存不到２０年的时问内修建了３２万多公里高速公路，其中绝大部分为４车道。随着经济的快速发展，发达地区交通量的增长速度几乎都在２位数以上，很多高速公路建成后不久就出现了通行能力不足、服务水平下降的现象，有些公路的横断面宽度己经不能满足交通量迅速发展的要求，但是由于重建费用较高，而且阻断交通，囚此迫切急需对这些高速公路进行改扩建，而桥梁的改扩建，目前国内已经完成了沈大、沪宁等多条高速公路的改扩建＿【＝程，对于桥梁加宽的技术取得了很多成功的经验。我通过查阅沪宁、沈人等多条高速公路改扩建Ｔ程的相关期刊文献以及网络检索其第一章绪论它高速公路改扩建的资料，将国内有代表性的高速公路改扩建工程中桥梁加宽方面的重点总结如下：１）、沪宁高速公路【１０】【１１】经过对沪宁高速改扩建工程全线桥梁的分类评价和研究，现将改扩建工程中的桥梁拼接作为设计重点和施工难点。分别编制了《桥梁拼接施工指导意见》，《桥梁维修加固施工作业指导书》，《桥梁维修加固质量验收方法》等技术文件，为桥梁改扩建的拼接设计和施工提供技术指导。沪宁高速公路改扩建工程中桥梁上部结构以板式结构、组合工字梁及Ｔ梁结构、箱梁结构为主，根据桥梁拼接技术专题研究成果，主线桥梁采取上部构造相互连接、下部构造不连接的方式进行拼接，并采取了以下措施：一般情况下采取同跨径、同结构进行加宽拼接；为提高拼接处构造的可靠性，设计在连接缝处加强配筋，并广泛采用植筋技术；采取增加桩长，预压新建结构，延迟接缝浇注时间等措施控制新建桥梁的基础沉降。２）、沈大高速公路【１２】【１３】沈大高速改扩建工程中也将桥梁的拼接作为重点，并相应的为减少新老桥梁连接处的附加应力，在新老桥梁的沉降差、施工混凝土龄期以及预应力徐变影响方面采取了措施。同时也应用新材料、新技术对既有桥梁的病害进行加固处理。但桥梁上下部的拼接方法和沪宁高速改扩建工程中桥梁的拼接方法不一致。主线桥梁采用旧桥上下部与新桥的上下部均刚性连接的方式进行拼接。在这个工程中，上部梁板全部更换成新的混凝土梁板，采取提高桥面铺装混凝土标号，加强铺装钢筋的方式；下部结构中，盖梁加强通过两种措施来实现。一是旧盖梁加高部分与新盖梁顶面设置通长主筋，提高盖梁整体刚度及强度：另一种是盖梁加高部分及新旧盖梁连接处采用聚内烯纤维混凝土，提高盖梁抗拉及抗裂性能。另外，采取桩基础来满足地基沉降的要求，而且还通过粉喷桩、碎石桩处理地基、化学加固等方法提高地基承载力。在旧桥拓宽的诸多技术问题中，原有桥梁和新建桥梁结构的关系处理是其关键点之一。为了避免新旧桥基础不均匀沉降引起结构受力的互相影响，新旧桥下部结构可采用的不连接的方式。对于上部结构，由于其拓宽形式不仅影响到新旧桥主梁的结构受力，而且会对后期运营阶段的交通组织、桥面行车条件以及养护维修工作产生深远的影响，同时又受到不同时期设计施工水平的制约，从国内外发展的现状来看，由于不同结构形式、不同跨径的桥梁在拓宽时选择的拼接方式也会有所区别。６长安大学硕士学位论文对于大桥和特大桥，进行拼接在技术上难度太大，一般情况下在旧桥边上单独新建一座桥梁，线路服从于桥梁相应设计：而一般大中小桥的拓宽，则是桥梁服从于线路设计，在旧桥单侧或两侧拼建新桥。在桥梁拓宽时，为了使新旧桥梁竖向和横向刚度相匹配、变形相互协调，一般遵循新建结构与原桥同跨径布置、同结构形式的原则，新建结构应与原结构具有相同或相近的材料特性。若现有主梁是预制空心板，新建主梁也采用空心板，在考虑了新旧桥基础沉降和荷载作用带来的竖向变形差异，采取合理的构造措施后，两者之间可以很方便的实现刚性连接。１．３加宽（旧桥）桥梁采用的设计技术规范和标准１）加宽桥梁的设计技术规范【１４】交通部部标准《公路工程技术标准》ＪＴＧＢ０１；Ｄ６０—２００４；交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》ＪＴＧ交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范》ＪＴＧＤ６卜２００５；交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》ＪＴＧ交通部部标准《公路桥涵地基和基础设计规范》ＪＴＪ０２４—８５；交通部部标准《公路工程抗震设计规范》ＪＴＪ００４—８９。２）加宽后桥梁的设计技术标准设计荷载：公路一Ｉ级；设计洪水频率：Ｄ６２—２００４；特大桥１／３００；大、中、小桥１／１００；地震动峰值加速度：Ｏ．１０９、Ｏ．１５９、０．２９。加宽（旧桥）桥梁就是既有桥梁，采用的设计技术规范和标准是“既有桥梁现状调查＂。加宽桥的新、１日部分采用的规范和标准是不一致的。首先需要明确的是改扩建工程必须以现有技术规范作为设计的指导规范；其次在使用现有规范时必须考虑改扩建工程的特点和要求。改扩建工程虽然不是大修，但也不能认为是完全新建，不能因为旧桥的某些部分不满足现有规范的规定而对其进行拆除，而应根据旧桥的使用状况、加固和重建的经济对比以及旧桥在现有规范荷载的作用下承载力是否满足要求等情况进行综合考虑。１．４桥梁加宽原则１、基本原则为最大限度的利用原有结构。７第一章绪论２、加宽桥的上下部结构形式尽量和原桥保持一致，保证新、旧桥之间受力和温度变形协调。３、问题多的大桥不做横向拼接，采用分离式新建桥。４、采用扩大基础的桥梁，其基础或地基必须做特殊处理或改为桩基础。１．５本文主要研究内容本文的主要研究内容就是针对高速公路改扩建工程中的桥梁加宽技术进行研究。实施方案如下：第一步：概括介绍了目前国内主要的桥梁加宽的概念、方法、分类及特点，并用工程实例对每种加宽模式进行相应的分析，对其适用条件进行讨论，从工程经济、施工技术、社会影响各个方面阐明桥梁加宽研究的目的和意义。第二步：深入研究各种桥型加宽的设计方案及施工方法，分别对预制箱梁、预制空心板桥、现浇钢筋混凝土连续箱梁、现浇钢筋混凝土刚架桥、预制预应力混凝土Ｉ型组合梁几种桥型进行了分析研究，并分析了不均匀沉降对桥梁加宽的影响，同时对影响旧桥整体加宽的混凝土收缩、徐变对桥梁加宽的影响进行了描述。第三步：建立加宽预制空心板和预制箱梁的计算模型，并根据程序计算的结果，对加宽的技术成果进行力学检验，以求数值模型与实际情况相吻合。第四步：根据桥梁的技术状况，归纳提出合理的有针对性地加宽措施。长安人学硕士学位论文第二章高速公路桥梁加宽技术现状研究２．１桥梁加宽连接方式的类型ｎ翮ｎ刚ｎ力加宽桥梁新、１日结构之间的连接方式是桥梁加宽成败的主要因素，借鉴国内已成功的高速公路桥梁加宽连接方式，可提供三种方式以供选择。１）、上下均不连的拼宽模式新、旧桥梁上部构造之间与下部构造之间均不连接。上下部构造之间不连接，仅在新、旧桥之间留工作缝，然后桥面沥青混凝土铺装层连续摊铺。这种连接方式令新、旧桥各自受力明确、互不影响、简化了施工程序，回避了连接的技术问题。２）、上下均连接的拼宽模式新、旧桥梁上部构造之间与下部构造之间均连接。新、旧桥上部之间的对应位置通过横向植筋、浇筑湿接缝连接起来：下部对应的墩台帽、系梁等也通过植筋连接，然后浇筑混凝土形成整体。这种连接方式令新、旧桥形成整体，减小了在荷载作用下二者连接处产生的变形。３）、上部连接下部不连接的拼宽模式新、旧桥梁上部构造之间连接，下部构造之间不连接，结合上述两个连接方式的优缺点，可以综合起来采用新、旧桥上部连接、下部不连接的方式进行连接。这种方式即将新旧桥梁基础分离，上部梁板结构均连接。切割旧桥边梁挑臂混凝土，保留原钢筋或种植钢筋与新建桥进行铰接或刚接。浇注湿接缝并铺设桥面铺装钢筋连续并加密，形成上部连续的桥面结构。２．２桥梁加宽方式的特点２．２．１上下均不连的拼宽模式这种拼宽方式是在新旧结构间留一条纵缝，即新老梁和桥面铺装均不连。新旧桥梁完全独立，各自受力，可以避免由于新旧桥梁收缩徐变和地基沉降差异在拓宽后桥梁上部结构中产生的影响。但是由于新旧桥梁不连接，在桥梁荷载标准提高时，原有主梁的受力增大其自身的承载力有可能不满足要求。因此该方法多用于新建部分桥梁可为单独一幅或一个车道且新旧桥梁间用分隔带分开的桥梁。另外，对于大跨径的连续梁桥，由于其收缩徐变差，不均匀沉降差及预应力反拱的影响较大，很难对连接面进行加固处理，通常也采用这种方法。９第二章高速公路桥梁加宽技术现状研究这种加宽模式虽简化了施工程序，消除了连接的技术问题，但在汽车活载作用下两桥的主梁产生不均衡挠度以及加宽桥大于原桥的后期沉降，将会造成连接部位沥青铺装层破话形成纵向裂缝和横桥向错台，影响行车舒适性和桥面外观，增加后期的养护维修工作，大规模采用此种连接方式是不合适的。广佛高速公路早期扩建时多数桥梁采用了这种方式。【１８】不过运营后的结果表明，桥面铺装层极易损坏，在汽车活载作用下新旧桥之间产生了不均衡的挠度以及新旧桥之间的沉降差异，使得沥青混凝土连接部遭到破坏形成了纵向裂缝和横向错台，纵向裂缝随着沥青铺装层的啃边现象的发展而日益扩大，影响了行车的舒适性和路容美观，增加了后期养护工作。２００２年后，广佛高速公路开始实施桥面连续工程来解决这一问题，故大规模采用这种连接方式是不合适的。２．２．２上下均连接的拼宽模式这种拼宽方式是在新旧主梁之间通过植筋，浇筑横隔梁等方法将新旧主梁连接在一起。连接的方法有主梁仅通过翼板相连和主梁通过翼板、横隔梁相连两种。采用这种拓宽方法的桥梁，其桥面一般不设分隔带，旧边梁在人行道与栏杆拆除后，其所受的活载将增大，有可能使边梁的承载力不满足要求。为了对原有边梁进行减载，将新旧桥梁的主梁进行刚性连接，这样可以使桥梁的新旧部分受力均匀，减小了旧桥主梁受到的活载，若新建部分主梁的刚度大于原有主梁则这种效果更为明显。采用这种方法也可以较好的避免桥面由于新老梁的收缩徐变差异和新旧桥梁地基的沉降差异而产生的变形差，保持桥面的平整，行车的舒适。但是因为新建主梁的混凝土收缩徐变和地基沉降变形受到原有主梁的约束，会在新旧部分中产生约束力。若约束力过大，超过连接界面的抵抗力，会使连接界面出现裂缝，导致结构的破坏影响到桥梁的安全使用。这种加宽模式的优点是将新旧桥间形成整体，能够较好的共同受力。缺点是加宽桥基础沉降大于老桥基础沉降，产生的附加内力较大，使下部结构盖梁、系梁、桥台连接处有产生的裂缝的可能；上部构造连接处也可能出现裂缝，影响使用功能，维修困难，外观不雅。此外，下部构造采用植筋技术，工程成本高，施工技术复杂、步骤繁多，而且设计的难度、成本也高。沈大高速公路扩建时桥梁采用了这种方式，采用这种方法进行拓宽拼接的桥梁多为Ｔ梁桥和箱梁桥。【１２】ｌＯ长安大学硕士学位论文最域中心蝗图２桥梁标准横断面图２．２．３上部连接下部不连接的拼宽模式二是主梁不连而桥面铺装相连，即在纵缝左右一定范围内重铺桥面铺装，在纵缝上布置横向钢筋来实现新旧结构的连接，俄罗斯许多桥梁的加宽就是采用这种方式（９］。【２２】这种方法可以使桥面保持平整，在一定程度上避免新旧主梁的挠度差对桥面平整度的影响。但是，在主梁不连的情况下，仅靠桥面板相连，连接面较为薄弱，若新老梁的挠度差较大，就会引起连接面的破坏，产生沿连接面的纵向裂缝。因此这种连接方式要求结构跨径较小，相对挠度差较小，否则桥面易开裂。另外这种连接方式也可用于新旧桥梁结构型式不一致的拓宽拼接桥梁，如旧桥为拱桥而新桥为梁桥的情况。这种加宽模式的优点是新旧桥下部受力互不影响，上部连接对下部构造产生的内力影响很小。但是这种连接方式也有一些不足之处，对上部构造来讲，由于连接后新、旧桥的不均匀沉降和新老材料的差异而产生的附加内力会使上部构造连接处的内力增大。因此为减少不均匀沉降，加宽的桥梁应采取措施减少基础沉降。尤其对采用扩大基础的结构更应重视，必要时还须对原有基础进行加固。另外为减小加宽桥梁基础沉降量，加宽桥梁尽可能通过采用桩基础并适当增加桩长、控制上部拼接时间等措施减小基础沉降。针对上部自身产生的附加内力，可通过连接部位改善构造、增大配筋来解决。对下部构造来讲，由于彼此不连接，因此新、旧桥的下部构造相互不产生影响，上部构造对下部构造的影响也不大。这种连接方式已在沪宁高速公路、杭甬高速公路、海南东线高速公路、南京浦珠路等多个扩建工程中采用，【２４】根据通车后几年的观察，使用情况较好，未出现桥面纵向裂第二章高速公路桥梁加宽技术现状研究缝。表１类似工程情况调查项目断面总宽沪宁高速公路江苏段０８车道车道中间ｌ桩基加长，桩径１．２～１．５ｍ：沪杭甬高速公路６车道或８车道车道中间上海郊环Ａ３０北段６车道车道中间安亭扩建主线８车道基本位于路缘带Ｉｌ拼缝位置！控制沉渣厚度ｌ控制沉渣厚度，桩底骶浆ｌ桩基加长２控制桩基计算绝对沉降量３梁架设后预压３个月２控制沉渣厚度沉降控制２控制沉渣厚度３新旧桥沉降差５哪２新旧桥沉降差５唧３梁架设后预压３个月拼接方式上连下不连ｌ拼接２个车道时，为上连下不连上连下不连主体结构分离，沉降稳定后混凝土铺装连续１２长安大学硕士学位论文第三章３．１概述高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究经过以上三种加宽形式的对比，上连下不连的桥梁加宽拼接方式在工程中应用较广，此种方案比较适合新１日桥沉降影响较大的地区，本文重点对上连下不连这种加宽拼接方式进行研究。桥梁上部结构主要为预应力混凝土预制空心板、预应力混凝土先简支后连续预制箱梁等系列标准结构。首先分类介绍这两种加宽方案和施工方法，另外还分别有预制预应力混凝土Ｉ型组合梁桥、现浇钢筋混凝土连续箱梁桥以及现浇钢筋混凝土刚架桥，然后针对具体的工程案例对这几种桥型进行具体的研究。３．２空心板桥加宽拼接实施方案优化３．２．１加宽断面加宽空心板桥按原结构型式拼接。由于高速公路空心板板高、预制板宽及悬臂等尺寸存在一定差异。先张２０ｍ板、１６ｍ板近期修建比早期修建的分别高１０ｃｍ、５ｃｍ，其余跨径板高相同。原有桥梁半幅宽有１２ｍ和１２．２４ｍ两种，加宽后桥梁半幅有２０．２５ｍ和２０．４９ｍ两种宽度，加宽后桥梁横断面见图３．２一ｌ、３．２—２。【２０１【２１】图３．２一ｌ加宽后４１ｍ桥梁横断面（单位：ｃｍ）图３．２—２加宽后４１ｍ桥梁横断面（单位：ｃｍ）３．２．２拼接方案１）方案一（湿接缝连接）原桥与加宽桥间由现浇混凝土湿接缝将其连接形成整体，在空心板两端各设一道第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究５０ｃｍ厚的横梁，加强其整体性。加宽桥架设４个月后，再进行湿接缝连接，减少收缩徐变及基础沉降的影响。湿接缝宽Ｌ值为２５、３７．５、５０ｃｍ，其它构造详见图３．２—３～３．２—６。实施步骤：ａ．拆除原桥外侧护栏，凿除桥面铺装（拆除范围如图３．２—３），原桥外侧边板有悬臂时，需切除其悬臂；ｂ．原桥边板悬臂根部及顶板植入钢筋；ｃ．安装加宽桥空心板，进行加宽桥铰缝及桥面现浇层施工；ｄ．４个月后，半幅封闭、半幅通行，凿除封闭侧原桥桥面铺装；ｅ．原桥铰缝有问题时，应重做铰缝；ｆ．绑扎拼接处现浇混凝土湿接缝及端部横梁钢筋，浇注（特快硬型）钢纤维补偿收缩混凝土湿接缝；ｇ．原桥及湿接缝拼接处桥面现浇层同时施工，桥面现浇层达到设计强度后，即可开放交通；ｈ．转移交通，按照ｄ￣ｆ步骤，施工另半幅原桥及湿接缝拼接处桥面现浇层；ｉ．与路面工程同时施工桥面沥青混凝土铺装。连接部示意图见下图３．２—３～３．２—６。图３．２—３现浇混凝土湿接缝连接构造图（单位：ｃｍ）卜—』Ｌ—叶—Ｌ１——』叫切鼙犀幡女Ｉ墨臂播ｉ－￡甓壶罡图３．２—４空心板端部横梁连接构造图（单位：ｃｍ）１４长安大学硕士学位论文图３．２—５现浇混凝土湿接缝连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）图３．２—６空心板端部横梁连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）２）方案二（铰缝连接）原桥外侧边板有悬臂时，需切除悬臂，凿除原桥边板外侧腹板混凝土（凿除范围见图３．２．７）。架设加宽桥空心板时，与原桥间预留５ｃｍ缝，与加宽桥中板形成铰缝，由现浇混凝土铰缝将原桥与加宽桥连接形成整体。加宽桥架设４个月后，再进行铰缝连接，减少收缩徐变及基础沉降的影响。实施步骤：ａ．拆除原桥外侧护栏，凿除桥面铺装（拆除范围如图３．２—７），原桥外侧边板有悬臂时，需切除其悬臂；ｂ．凿除边板外侧腹板混凝土（凿除范围见图３．２—７）；ｃ．原桥边板外侧腹板底部及顶板植入钢筋；ｄ．安装加宽桥空心板，加宽桥与原桥边板外侧腹板间距５ｃｍ，进行加宽桥铰缝及桥面现浇层施工；ｅ．４个月后，半幅封闭、半幅通行，凿除封闭侧原桥桥面铺装；ｆ．原桥铰缝有问题时，应重做铰缝。ｇ．绑扎拼接处现浇混凝土铰缝钢筋，浇注（特快硬型）钢纤维补偿收缩混凝土铰缝；第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究ｈ．原桥及铰缝拼接处桥面现浇层同时施工，桥面现浇层达到设计强度后，即可开放交通；ｉ．转移交通，按照ｆ￣ｈ步骤，施工另半幅原桥及铰缝拼接处桥面现浇层；ｊ．与路面工程同时施工桥面沥青混凝土铺装。连接部示意图见下图３．２—７、３．２—８。卜—』叫５卜—』一图３．２—７现浇混凝土铰缝连接构造图（单位：ｃｍ）图３．２—８现浇混凝土铰缝连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）３）方案三（横隔板连接）原桥与加宽桥间现浇混凝土横隔板，其它部分桥面连续，两者连接形成整体。横隔板设置位置：空心板端部及距端部２米处，其余部分按４ｍ间距设置。加宽桥架设４个月后，再进行横隔板连接，减少收缩徐变及基础沉降的影响。横隔板宽Ｌ值与原桥外侧边板悬臂尺寸相同（且不大于５０ｃｍ），原桥无悬臂或其悬臂小于２５ｃｍ时，加宽桥边板预制悬臂，构造详见图３．２—９～３．２—１２。１６长安大学硕士学位论文实施步骤：ａ．拆除原桥外侧护栏，凿除桥面铺装（拆除范围如图３．２—９），原桥外侧边板悬臂无悬臂时，则加宽桥连接处边板预制悬臂；ｂ．凿除设置横隔板处原桥边板悬臂混凝土，凿除范围同横隔板尺寸；ｃ．原桥边板外侧腹板（设置横隔板处）及顶板植入钢筋；ｄ．安装加宽桥空心板，加宽桥与原桥悬臂间距２ｃｍ，进行加宽桥铰缝及桥面现浇层施工：ｅ．４个月后，半幅封闭、半幅通行，凿除封闭侧原桥桥面铺装；ｆ．原桥铰缝有问题时，应重做铰缝。ｇ．绑扎拼接处现浇混凝土横隔板钢筋，浇注（特快硬型）钢纤维补偿收缩混凝土横隔板；ｈ．原桥及横隔板拼接处桥面现浇层同时施工，桥面现浇层达到设计强度后，即可开放交通：ｉ．转移交通，按照ｆ￣ｈ步骤，施工另半幅原桥及横隔板拼接处桥面现浇层；ｊ．与路面工程同时施工桥面沥青混凝土铺装。连接部示意图见下图３．２—９～３．２—１２。图３．２—９现浇混凝土横隔板连接构造图（单位：ｃｍ）卜—』——十—Ｌ叫卜—』叫＊酣＃ｍ牲图３．２—１０现浇混凝土桥面连续连接构造图（单位：ｃｍ）１７第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究图３．２．１１现浇混凝土横隔板连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）图３．２—１２现浇混凝土桥面连续连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）４）方案四（混凝土铰连接）原桥与加宽桥间设置２５ｃｍ宽的混凝土铰连接，两者连接形成整体。加宽桥架设６个月后，再进行混凝土铰连接，减少收缩徐变及基础沉降的影响。Ｌ值（２５ｃｍ≤Ｌ≤５０ｃｍ）与原桥外侧边板悬臂尺寸相同，构造详见图３．２—１３、３．２一１４。实施步骤：ａ．拆除原桥外侧护栏，凿除桥面铺装（拆除范围如图３．２—１３），原桥外侧边板有悬臂时，需切除其２５ｃｍ悬臂，原桥外侧边板悬臂无悬臂或悬臂尺寸小于２５ｃｍ时，则加宽桥连接处边板预制悬臂（混凝土铰尺寸不小于２５ｃｍ）；ｂ．凿除原桥边板２５ｃｍ悬臂混凝土；ｃ．原桥边板悬臂及顶板植入钢筋；ｄ．安装加宽桥空心板，进行加宽桥铰缝及桥面现浇层施工；ｅ．４个月后，半幅封闭、半幅通行，凿除封闭侧原桥桥面铺装；ｆ．原桥铰缝有问题时，应重做铰缝。ｇ．绑扎拼接处现浇混凝土铰钢筋，浇注（特快硬型）钢纤维补偿收缩混凝土铰；ｈ．原桥及混凝土铰拼接处桥面现浇层同时施工，桥面现浇层达到设计强度后，即可１８长安大学硕士学位论文开放交通；ｉ．转移交通，按照ｆ￣ｈ步骤，施工另半幅原桥及横隔板拼接处桥面现浇层；ｊ．与路面工程同时施工桥面沥青混凝土铺装。连接部示意图见下图３．２—１３、３．２—１４。＊酣ｌｌ牲褫ｌ§＾“＼＼‘．－’．：一．？一■彭彭钐杉杉钐形∥∥∥形乃乡么形∥∥分钐钐∥钐刃：．：＿。·”：·”：１）草。吐声丑④攀ｑＩ槌自埋’捕ｌ§图３．２—１３现浇混凝土铰连接构造图（单位：ｃｍ）图３．２—１４现浇混凝土铰连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）５）方案五（纵向桥面连续）原桥与加宽桥空心板间纵向桥面连续连接，加宽桥与原桥悬臂设置２ｃｍ缝，在２ｃｍ缝中填塞弹性材料（沥青玛蹄脂）。加宽桥架设４个月后，再进行纵向桥面连续，减少收缩徐变及基础沉降的影响。Ｌ值（２５ｃｍ≤Ｌ≤５０ｃｍ）与原桥外侧边板悬臂尺寸相同，原桥无悬臂或其悬臂小于２５时，加宽桥边板预制悬臂，构造详见图３．２—１５、３．２—１６。实施步骤：ａ．拆除原桥外侧护栏和桥面铺装（拆除范围如图３．２—１５）；ｂ．原桥边板顶板植入钢筋；ｃ．安装加宽桥空心板，加宽桥与原桥悬臂间距２ｃｍ，进行加宽桥铰缝及桥面现浇层施工；１９第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究ｄ．４个月后，半幅封闭、半幅通行，凿除封闭侧原桥桥面铺装；ｅ．原桥铰缝有问题时，应重做铰缝。ｆ．绑扎拼接处纵向桥面连续钢筋；ｇ．原桥及纵向桥面连续拼接处桥面现浇层同时施工，桥面现浇层达到设计强度后，即可开放交通；ｈ．转移交通，按照ｆ￣ｈ步骤，施工另半幅原桥及横隔板拼接处桥面现浇层；ｉ．与路面工程同时施工桥面沥青混凝土铺装。接部示意图见下图３．２—１５、３．２—１６。卜Ｊ—弋蒜一卜｝图３．２—１５纵向桥面连续连接构造图（单位：ｃｍ）图３．２—１６纵向桥面连续连接钢筋构造图（单位：ｃｍ）３．２．３拼接方案对比以上五种拼接方案各有优缺点。为清楚地说明其各个方案的优缺点，对其列表进行比较，详见表４．卜１。长安大学硕士学位论文表４．卜１拼接方案对比表连接方式方案一湿接缝连接ｌ、整体性好，确保新旧结构整体共同受力；２、湿接缝连接处刚度较大，并在板端部设置加强横梁，确保有足够的强度去抵抗因收缩徐变和基础沉降等产优点生的附加内力及变形；３、桥面铺装现浇层参与受力，共同抵抗连接处附加内力及变形；４、避免拆除原桥下部；５、加宽后桥面美观、行车舒适；６、后期养护成本低。１、对于连接的时间以及不均匀沉降的控制范围要求较高；２、施工工艺较复杂，植筋数量较多。ｌ、对于连接的时间以及不均匀沉降的控制范围要求高；２、铰缝宽度很小，容许变形能力差，在不均匀沉降作用下易开裂；３、基础不均匀沉降对其原桥影响大；缺点４、需拆除部分原桥下部，施工难度大；５、施工工艺较复杂，植筋数量较多。杂，植筋数量较多；３、横隔板之间桥面纵向连续，局部易产生纵向裂缝，影响其美观以及使用寿命。４、后期养护成本较高。综合评价较好推荐方案一般比较方案一般比较方案一般比较方案较差比较方案观程度及行车舒适性；４、后期养护成本较高。高。１、连接后，加宽桥与原桥产生较大不均匀沉降时，对加宽桥与原桥影响大且集中；横隔板处产生的内力比较集中，横隔板易开裂：２、施工工艺较复ｌ、整体性较差；２、对混凝土铰施工要求高；３、加宽桥与原桥连接处产生较大变形时，会导致桥面铺装纵向开裂，影响加宽后桥面美ｌ、整体性差；２、原桥与加宽桥仅靠桥面现浇层连接，桥面铺装易产生纵向裂缝，影响加宽后桥面美观程度及行车舒适性；３、后期养护成本方案二铰缝连接１、整体性好，确保新旧结构整体共同受力；２、桥面铺装现浇层参与受力，共同抵抗连接处附加内力及变形；３、加宽后桥面美观、行车舒适。万菜二横隔板连接１、整体性较好，新旧结构能共同受力；２、横隔板能够抵抗因收缩徐变和基础沉降等而产生的附加内力及变形；３、避免拆除原桥下部。方案四混凝土铰连接１、加宽桥与原桥之间混凝土铰接，允许产生较小变形，通过变形消减部分附加内力；２、可减少连接处不规则裂缝；３、加宽桥基础沉降及行车对原桥影响较小：４、避免拆除原桥下部。方案五纵向桥面连续ｌ、基础不均匀沉降对其原桥影响小；２、避免拆除原桥下部；３、施工简单，周期短。２１第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究３．３预制箱梁桥加宽拼接实施方案优化３．３．１加宽断面新加宽预制箱梁原结构型式拼接。３０米预制箱梁梁高均为１．６米。箱梁原路基宽度为２４．５米，加宽后路基宽度为４１米。加宽后桥梁横断面见图３．３—１。Ｌ———鱼旦—一ｌ骂Ｉ－ｚ塑．１世ｌ！塑．．１鲤１．！翌．１一！塑．Ｉ颦｝－！塑．Ｉ塑ｌ一！堕图３．３—１３０米箱梁加宽后４ｌ米桥梁横断面３．３．２拼接方案［２１】１）方案一混凝土铰接采用混凝土铰缝横向连接，处理措施：如断面图中将原桥外侧悬臂按规定切割掉４５ｃｍ，凿毛混凝土表面，在指定位置植筋和涂刷界面胶，加宽部分预埋钢筋与植筋进行焊接，浇筑（特快硬型）钢纤维补偿收缩混凝土形成湿接缝。湿接缝内做混凝土铰。连接部示意图见图３．３—２～３．３—３。图３．３—２混凝土铰连接构造图图３．３—３混凝士铰连接钢筋构造图长安大学硕士学位论文２）方案二钢板搭接新桥架设完毕新旧桥间预留２ｃｍ的缝隙。桥面铺装时，新旧桥各留７５ｃｍ不铺筑。原桥拆除铺装清洗干净后，再涂刷环氧树脂粘结剂（或埋设锚固件），粘贴（或锚栓）搭接钢板，搭接钢板与新桥预埋锚固件焊接。钢板（宽约２５～３０ｃｍ，厚度Ｏ．８～１．０ｃｍ）间隔ｌ～２ｍ布设。新旧桥连接示意见图３．３—４。图３．３—４钢板搭接构造图３）方案三弱性刚接处理措施与方案一基本相同，不同之处为湿接缝内不设铰，钢筋构造不同。新旧桥连接示意见图３．２—２１，钢筋图见图３．３—５。图３．３—５混凝弱性刚接连接钢筋构造图３．３．３拼接方案对比以上三种拼接方案各有优缺点。经分析比较，推荐采用方案三，详见表３．２—２。第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究表３．３—１拼接方案对比表连接方式方案一混凝土铰连接１、微小沉降对原桥影响较小；２、可减少连接处不规则裂缝；优点３、可协调新、旧桥由于行车引起的不同步振动，有利于结构安全。１、施工工艺较复杂；２、可能因新旧桥连接处位移缺点过大而导致桥面铺装纵向开裂，影响使用效果。３、纵向开裂后养护费用较高。综合评价一般比较方案ｌ、在反复活载作用下钢板的锚固存在一定的问题；２、钢板翘曲脱落可能造成该处桥面沥青混凝土铺装损坏；３、钢板变形振动噪音不易控制。一般比较方案较好推荐方案１、连接后，加宽桥与原桥产生不均匀沉降时，对加宽桥与原桥影响大，对不均匀沉降要求较高；方案二钢板搭接连接ｌ、整体共同受力好，新建部分桥的不均匀沉降对原桥的影响较小；２、同一断面新老桥活载会产生不同挠度，可以通过钢板协调变形；方案三弱刚性连接ｌ、整体性好，确保新旧结构整体共同受力；２、加宽后桥面美观、行车舒适；３、后期养护成本低。３．４桥梁加宽方案案例分析渤１以我国某条高速公路的改扩建为例，该项目全线由４车道改为８车道，路基宽度由２４．５米和２６米改为４１米和４２米，分别对预制空心板、预制箱梁、现浇混凝土连续箱梁、钢筋混凝土刚架桥、预制预应力混凝土Ｉ型组合梁桥进行分析。３．４．１预制空心板加宽方案ｆ２Ｉ】新加宽桥仍应按照原结构形式对应拼接。以我省某条高速公路预制空心板加宽为例，该桥中板宽１．Ｏ米，边板底宽１．Ｏ米，顶宽由于翼缘的不同分为１．２５米和１．５米；新２０米板比旧２０米板高１０厘米，新１６米板比旧１６米板高５厘米，其余跨径新板同旧板高。由于路基宽度的不同有两种方式，分别为４１米路基宽度和４２米路基宽度：１）４１米路基宽先拆除原桥外侧护栏和桥面铺装，再切除原桥外侧边板５０厘米翼缘，在翼缘根部处植入钢筋；然后在旧板旁安装新板，但新板３７．５厘米翼缘不浇筑，等把新板翼缘钢筋和旧板植筋焊接在一起后，再在新旧板上重新设置铺装层钢筋；最后将连接部长安大学硕士学位论文和桥面现浇铺装层一起浇筑，完成连接。当原桥面铺装拆除后发现绞缝有问题时，应重做绞缝；新旧板连接处的翼缘厚度根据计算确定。４１米路基宽空心板连接示意图见图１。２）４２米路基宽先拆除原桥外侧护栏和桥面铺装，再切除原桥外侧边板２５厘米翼缘，在翼缘根部处植入钢筋；然后在旧板旁安装新板，但新板６２．５厘米翼缘不浇筑，等把新板翼缘钢筋和旧板植筋焊接在一起后，再在新旧板上重新设置铺装层钢筋：最后将连接部和桥面现浇铺装层一起浇筑，完成连接。当原桥面铺装拆除后发现绞缝有问题时，应重做绞缝；新旧板连接处的翼缘厚度根据计算确定。以上两个方式都是将边板改造为中板利用。另外，也可将边板移位至新加宽桥边直接利用，然后在原边板处安装新中板的方案。但是直接利用和改造利用相比有以下缺点：新旧板高度有差异，原桥支座垫石高度可能不够，新桥支座垫石高度要降低；移板时还对老路交通有影响。因此，推荐将边板改造为中板利用的方案。４２米路基宽空心板连接示意图见图２。３．４．２预制箱梁加宽方案新加宽桥仍应按照原结构形式对应拼接。以我省某条高速公路预制箱梁加宽为例，该桥旧箱梁底宽１．Ｏ、Ｏ．９米，顶宽３．Ｏ米；新箱梁底宽１．Ｏ米，顶宽３．Ｏ米；新２０米梁比旧２０米梁高１０厘米，新３０米梁同旧３０米梁高。由于路基宽度的不同有两种方式：１）４１米路基宽先拆除原桥外侧护栏和桥面铺装，再切除原桥外侧边梁４０厘米翼缘，在翼缘处植入钢筋；然后在旧梁旁安装新梁，但新梁翼缘不浇筑，等把新梁翼缘钢筋和旧梁植筋焊接在一起后，再在新旧梁上重新设置铺装层钢筋；最后将连接部和桥面现浇铺装层一起浇筑，完成连接。新旧梁连接处的翼缘厚度根据计算确定，旧梁外侧还应植筋增加横隔板和新梁横隔板连接。２）４２米路基宽第二章高速＊路桥梁加宽拼接设计方案目｝究先拆除原桥外侧护栏和桥面铺装，再切除原桥外侧边梁４０厘米翼缘，在翼缘处植入钢筋；然后在旧粱旁安装新粱，葙粱连接示§目但新梁翼缘不浇筑，等把新粱翼缘钢筋和旧梁植筋焊接在一起后，再在新旧粱上重新设置铺装层钢筋；最后将连接部和桥面现浇铺装层一起浇筑，完成连接。新旧粱连接处的翼缘厚度根据计算确定，旧粱外侧还应植筋增加横隔板和新梁横隔板连接。预制连续箱梁示意图见图３。酊３．４３现浇钢筋混凝土连续箱梁加宽方案删以我省某条高速公路现浇箱粱加宽为例，该桥为单箱双室现浇混凝土连续箱梁桥，主跨３１６５６米，顶板施加横向预应力。该桥曾是病害桥，此桥箱梁的底板和腹板出现大量缝宽超０２毫米的横向和竖向裂缝，且腹板上的竖向裂缝已发展到翼板根部，另外墩顶负弯矩区翼板上，也出现很多缝宽远超Ｏ２毫米的结构破坏性裂缝。目前这两座桥已加固．并通过了检测。现浇箱粱桥梁底裂缝封闭现浇箱粱高架桥粱底加同１）两侧加宽方案由于横向预应力筋的存在。切除混凝土连接的方法不能采用，采取在原桥翼缘端部和翼缘下部植筋（避开预应力筋）来加厚悬臂，然后再通过和新桥（新桥在连接处无翼长安人学硕士学位论文缘）铰接的方法连接。２）两侧分离加宽方案新建桥采用和原桥相协调的跨径和结构形式。由于该桥是曾是病害桥，目前虽然已加固，但是否能满足扩建后的使用年限要求还需进一步的检测和评价。即使满足，由于原结构安全性降低也不宜在该桥上连接加宽，加之不可预见的后期病害发展、寿命等因素将会影响拼接桥梁的使用功能和结构安全。因此，建议此处采用两侧分离加宽方案。３．４．４现浇钢筋混凝土刚架桥加宽方案该桥为某高架桥的第１７、１８、１９孔和第５３、５４、５５孔，均为２２＋３２＋２２米刚架桥。此桥曾是病害桥，该桥于２００２年和２００３年７月分左右幅先后被加固并通过检测。由于该高架桥两侧均为建筑物且离主线桥梁很近。因此，该处桥梁加宽方案受路线加宽方案影响很大。１）两侧加宽方案采用和原桥构造相类似的预应力刚架桥。先拆除原桥外侧护栏和桥面铺装，再切除原桥外侧边梁４５厘米翼缘，在翼缘处植入钢筋：然后在旧桥旁建新桥，但新桥２０厘米翼缘端部不浇筑，等把新桥翼缘钢筋和旧桥植筋焊接在一起后，再在新旧桥上重新设置铺装层钢筋；最后将连接部和桥面现浇铺装层一起浇筑，完成连接。新旧桥连接处的翼缘厚度根据计算确定。２）两侧分离加宽方案新建桥采用和原桥相协调的跨径和结构形式。由于该桥是曾是病害桥，目前虽然已加固，但是否能满足扩建后的使用年限要求还需进一步的检测和评价。即使满足，由于原结构安全性降低也不宜在该桥上连接加宽，加之不可预见的后期病害发展、寿命等因素将会影响拼接桥梁的使用功能和结构安全。３）单侧分离加宽方案在原桥左幅或右幅一侧新建单向４车道桥梁。原桥双向４车道改为单向４车道，原桥上下部结构不变。新建桥梁选择和原桥相协调的结构。３．４．５预制预应力混凝土Ｉ型组合梁桥加宽方案该桥为预制预应力混凝土Ｉ型组合梁大桥，该桥上部构造为４ｘ（６ｘ２５）米Ｉ型组合梁，全长６０６米，桥轴和水流斜交１３５度。该桥曾经２０％的纵向湿接缝都存在渗水现象，第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究养护部门于２００３年５月重做了纵向湿接缝和桥面铺装层，在检查和加固过程中未见梁体出现裂缝。１）两侧加宽方案先拆除原桥外侧护栏和外侧８５厘米范围的桥面板，暴露受力钢筋；再切除原桥外侧边梁６６厘米翼缘，在翼缘处植入钢筋；然后在旧梁旁安装新梁，并将植入钢筋、原桥面板暴露钢筋与新梁翼缘的预留钢筋、新建桥的桥面板钢筋对应焊接，最后将这几部分整体浇筑，形成连接。旧梁外侧还应植筋增加横隔板和新梁横隔板的预埋钢筋连Ｉ梁连接示意图、以氲／＼／＼，，｛＼高强螵栓∑／．ｊ＼蜩粱ｌＩ．ｆ／ｌ＼新槊。＼｛日轿台帽卅新轿台帽接。此时，新桥内边梁横隔板高度范围内增设两排预应力高强粗钢筋和旧桥外边梁连接。施工时先将此预应力钢筋的螺母拧紧，然后再立模浇筑横隔板混凝土和其余连接部位混凝土，形成连接。２）两侧分离加宽方案由于该桥为４５度斜桥，而且全线仅此１座，为加快进度减少施工程序、成本和交通组织的难度，也可将此桥做成两侧分离加宽的形式。以上两方案各有各的优缺点，建议采用两侧分离加宽方案。预制预应力混凝土Ｉ型组合梁示意图见图４。３．５不均匀沉降对桥梁加宽的影响口司由于旧桥己建成多年，基础沉降已基本完成，而新加宽部分会随着时间的推移，不断发生沉降，直接影响到新旧桥连接部分的结构受力，拼接处可能会出现裂缝给上部结构带来不利影响。分析新旧桥的不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响十分重要。１）通过预制箱梁空间应力分析的结果可知：旧桥加宽后，新加宽部分发生的沉降将直接影响新旧桥连接部分的结构受力。主要有以下几个特点：ａ、新拓宽部分不断发生沉降使各跨跨中新旧接缝处横向应力显著增大。长安大学硕士学位论文ｂ、在靠近支座处，由于新拓宽部分沉降的作用，使新旧接缝处横向应力发生变号，原来板顶面受压的部分转为受拉，而原来板底面受拉的部分转为受压。ｃ、相对来说，支座处受沉降的影响较大。ｄ、而且所受的影响还和各截面的竖向挠度有关，竖向挠度大的地方沉降对新旧接缝处横向应力影响较小；反之，影响较大。ｅ、由于建模过程的影响，在桥台位置处、各横隔板设置处有应力集中的现象，分析沉降对新旧接缝处横向应力的影响时，在这些位置需要特殊考虑。总之，沉降直接影响到新旧桥连接部分的结构受力，使受力状态发生很大的改变。所以，必须采取措施减小沉降差，降低沉降对新旧接缝处受力的影响。２）通过对预制空心板的分析，假定在两种情况，一种是两侧支座同时发生均匀沉降，一种是一侧支座发生均匀沉降时通过对两种桥梁沉降实例的计算，发现在两种情况下基础发生１ｃｍ的均匀沉降时，沉降部位所产生的横向拉应力大小基本相同。【２８】这是由于一跨的１６米空心板结构受力简单，所以当基础发生沉降时，对结构本身所带来的最不利影响都是发生在新旧桥连接的部位，这种影响效果的横向传递范围不大，仅对新旧桥连接部位以及连接板两侧的１～２块空心板本身造成不利影响。与此同时，当新桥发生基础沉降带动旧桥发生变形时，旧桥必定会发生横向的位移以及扭转，在这种情况下，旧桥以及新桥的部分绞缝也会发生开裂，所以针对以上可能会出现的情况，提出以下几点建议：ａ、新桥在加宽的设计、施工过程中，基础设计是否满足要求以及施工质量的好坏必定对日后新桥部分基础沉降量的大小有着最直接的影响，故在基础设计过程中，必须认真考证桥位所在处的地质情况，选择合适的桩径、桩长。施工过程中严格控制施工质且亘。ｂ、此类加宽后的桥梁，新桥基础沉降所带来的影响不可避免，所以对于新旧桥连接部分必须采取相应的措施，如：在支座沉降处的新旧桥连接板应植入大量的钢筋来抵抗支座沉降时产生的横向应力，在连接板的其他部位也应植入一定量的钢筋增加新旧桥的整体性，将基础沉降所造成的不理影响降到最低。ｃ、在加宽施工过程中，必须对原有空心板的绞缝进行重新更换，新桥空心板在施工过程中也应该保证绞缝的施工质量，从而使得荷载在桥梁横向的均匀传递，提高整个桥梁的整体性。第三章高速公路桥梁加宽拼接设计方案研究３．６主线桥梁的新建若路线采用了分离式路基，这时需结合路线纵坡、地形地貌并根据与旧桥协调及施工方便的原则确定新建桥的桥型。此类新建桥桥型的选择空间较大，但从方便设备、减少施工成本和场地利用的角度出发，尽量选择和主线相同的结构。【２９】若由于旧桥是不宜采用拼接加宽的桥梁，这时新建桥在旧桥旁平行修建，桥型需采用和旧桥协调或者相同的结构和跨径组合。总之，新建桥不存在技术问题，具体采用方案在初步设计阶段进行详细的比较。３．７桥下净空既有桥梁的净空基本上是符合规范要求的。在桥梁两侧加宽后由于横坡的影响（例如２％横坡时减少１６．５厘米）把原桥的净空压缩，使个别桥梁的净空值小于或接近规范最小值，因此需对个别桥梁的加宽部分进行特别处理。首选方案为降低被交线高程，其次为降低加宽桥的建筑高度来保证桥下净空。桥下净空问题会对桥梁的加宽方案产生影响，因此在下阶段要逐个进行调查研究，提出加宽方案。长安大学硕士学位论文第四章高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究４．１桥梁加宽拼接的计算由于旧桥已建成多年，基础沉降已基本完成，而新加宽部分会随着时间的推移，不断发生沉降，直接影响到新旧桥连接部分的结构受力，拼接处可能会出现裂缝给上部结构带来不利影响。本次计算的目的就是为了分析新旧桥的不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响。４．１．１２０米预制箱梁选择我省某高速公路加宽桥梁进行计算，该桥为５ｘ２０米预应力混凝土简支变连续箱梁。１）计算模型的选取及单元划分为了计算不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响，采用国际通用的有限元计算程序ＡＮＳＹＳ进行建模，由于该桥在纵向是超静定结构，故取全桥进行分析。利用ｓｈｅｌｌ６３板单元进行建模分析，用箱梁的中心线模拟板的边线，板厚即为箱梁的底板、顶板、腹板及翼缘板厚度。全桥共划分７２１００个单元，４０７２７８个节点。坐标系选取纵向为ｚ轴、横向为Ｘ轴、竖向为Ｙ轴。整体模型如图５．２）荷载处理【２６】【２７】活载纵向按《公路桥涵设计通用规范（ＪＴＧＤ６０一２００４）》进行布载，横向按新旧梁拼接处最不利受力状态影响线进行布载，计算过程中考虑自重和二期恒载的影响。二期恒载考虑桥面铺装和栏杆，桥面铺装为１１ｃｍ沥青混凝土＋８厘米现浇混凝土，护栏按Ｏ．２３１ｋＮ／ｍ计算。第四章岛述公路桥檗加宽拼接技术优化日ｆ究国１整体模型单几膻ｆ敞图图２单元局部离散图３）支座约束在桥梁的一个桥台处设固定支座，其他墩台均设置活动支座。＆安大｛坝Ｉ≠＆论ｉ４）计算分析本次计算土要考虑不均匀沉降对新旧粱拼接处的影响，即主要考虑横向受力。由于纵向预应力筋对横向的应力影响不大，暂时没有考虑纵向预应力的影响。为了分析对比小均匀沉降对新旧梁拼接处的影响，取以下几科叶青况分析：加宽后无支座沉降、加宽后有支座沉降，其中加宽后有支座沉降又分以下四种情况：加宽部分整体发生沉降、加宽部分的０＃台发生沉降、加！斑部分的ｌ＃墩发生沉降、加宽部分的２＃墩发生沉降。其他墩台的沉降影响可根据结构的对称得Ｈ｛．沉降值分别取１ｃｍ考虑。ａ、肌宽后无支座沉降——］踊幽３无支座沉降时整体横向府力云圈第口章高述。路桥＃加日ｍ接＆术优化日ｆ究幽４无支座沉降时新ＩＨ拼接处横向应力云图ｂ、加宽部分整体发生沉降图５加宽部分整体发生沉降时整体横向应力云图图６加宽部分摧体发生沉降时新旧拼接处横向应力云图由上面的应力云图可以看出，拼接处在加宽部分整体发生沉降的影响，横向应力显著增加。山上面的应力云图也可以看出对支座附近的影响人十对跨中的影响。ｃ、加宽部分的Ｏ＃台发生沉降∞叫章，日速２路桥梁加宽拼接技术优化日究图７加宽部分的Ｏ＃台发生沉降时整体横向麻力云刚由上面的应力云图可以看出，拼接处在加宽部分Ｏ＃台沉降的影响卜，在靠近ｏ＃台的位置横向应力显著增加，即局部的支座沉降仅对发生支座沉降相邻跨的横向接缝应力影响较大。ｄ、加宽部分的１＃墩发生沉降山改直力云图可以看出，拼接处在加宽部分１＃墩沉降的影响下，在靠近１＃墩的位置横向应力显著增加，即ｌ＃墩局部的支座沉降仅对第一跨、第一跨的横向接缝应力影响较大。Ｋ宜大｛顸Ｌ学位论女图８加宽部分的１＃墩发生沉降时整体横向应力云图ｅ、加宽部分的２＃墩发生沉降由上而的府力石罔可以看出，拼接处在加宽部分２＃墩沉降的影响．在靠近２＃墩的位置横向应力显著增加，即２＃墩局部的支座沉降仅对第二跨、第三跨的横向接缝应力影响较大。由以Ｉ一的应力五罔也可以看出．在发生沉降的支点部位，应力急剧增人，这是模型影响而在支座处的应力集中，不影响总的分析结果。第口章商速公路桥粱加宽拼接技术优化研咒人Ｎ图９加宽部分的２＃墩发生沉降时牲体横向应力云图５）结果分析从卜面的计算分析可以看｝｝｝，当新加宽部分所有支座同时发牛沉降时，新旧拼接处受力处于最不利状态，因此分析结果采取所有支座均下沉１ｃｍ进行对比分析。为了分析新旧拼接处加宽部分支座沉降的影响，分别取每跨的支点、ｕ８、１ｕ４、３ｕ８、ｍ、５ｕ８、３Ｍ、７Ⅳ８处作对比，比较结果如下表（此表中庶力受拉为正，受压为负）。ｋ镕蠢淤无饥降时ｍ力伯匾底ｉ表１新旧拼接处横向受力对比有＃潍目麻力值增大幅度应力壹号血力变呼应力变号应力变目一长安大学硕士学位论文无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一１．１８Ｅ＋０５—４．４３Ｅ＋０５—９．６３Ｅ＋０５—１．２５Ｅ＋０６—１．１８Ｅ＋０６—９．１７Ｅ＋０５—３．２６Ｅ＋０５５．１１Ｅ＋０５板项面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）７．５ｌＥ＋０５６．１６Ｅ＋０５—１．５６Ｅ＋０６一１．８３Ｅ＋０６—１．５３Ｅ＋０６一１．１ｌＥ＋０６１．２２Ｅ＋０５２．８６Ｅ＋０６进增大幅度板底面（Ｎ／ｍ２）应力变号应力变号６２％４７％３０％２１％应力变号４５９％２０ｍ２２．５ｍ２５ｍ２７．５ｍ３０ｍ３２．５ｍ３５ｍ３７．５ｍ无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）１．１２Ｅ＋０６４．３７Ｅ＋０５１．０２Ｅ＋０５１．６ｌＥ＋０５１．０７Ｅ＋０５２．０２Ｅ＋０５１．６４Ｅ＋０５４．６４Ｅ十０５有沉降时应力值一１．２３Ｅ＋０６—２．５５Ｅ＋０６—７．７５Ｅ＋０５２．４７Ｅ＋０５３．５７Ｅ＋０５４．１６Ｅ＋０５—４．７６Ｅ＋０５—２．０１Ｅ＋ＯＥ第二跨增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）应力变号应力变号应力变号５３％２３３％１０６％应力变号应力变号１．１０Ｅ＋０６６．６ｌＥ＋０５１．１２Ｅ＋０５—４．４３Ｅ＋０５—６．８３Ｅ＋０５—５．０７Ｅ＋０５—１．１０Ｅ＋０５４．９４Ｅ＋０５皈顶面举增大幅度板底面第三跨增大幅度（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值３．６２Ｅ＋０６（Ｎ／ｍ２）３．６７Ｅ＋０６９．１７Ｅ＋０５—５．６９Ｅ十０５—９．９８Ｅ＋０５—７．７３Ｅ＋０５５．３７Ｅ＋０５２．８０Ｅ＋０６２３０％４５５％７１６％２８％４６％５２％应力变号４６７％４０ｍ４２．５ｍ４５ｍ４７．５ｍ５０ｍ５２．５ｍ５５ｍ５７．５无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）１．０４Ｅ十０６６．１４Ｅ＋０５４．６６Ｅ＋０５６．１９Ｅ＋０５６．７７Ｅ＋０５６．３３Ｅ＋０５４．７４Ｅ＋０５６．０５Ｅ＋０５有沉降时应力值一１．３ｌＥ＋０６（Ｎ／ｍ２）—２．３６Ｅ＋０６一１．７３Ｅ＋０５７．１０Ｅ＋０５９．２８Ｅ＋０５８．４９Ｅ＋０５—１．８０Ｅ＋０５—１．８７Ｅ＋０６应力变号应力变号应力变号１５％３７％３４％应力变号应力变号无沉降时虑力值９．０５Ｅ＋０５３．５ｌＥ＋０５—４．２２Ｅ＋０５—１．００Ｅ＋０６—１．８８Ｅ＋０６一１．０２Ｅ＋０６—３．４２Ｅ＋０５３．４８Ｅ＋０５板顶面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）３．４２Ｅ＋０６３．３４Ｅ＋０６１．５８Ｅ＋０５—１．１３Ｅ＋ＯＥ一２．２０Ｅ＋０６一１．２９Ｅ＋０６２．２６Ｅ＋０５２．６６Ｅ＋０６第四跨述增大幅度板底面（Ｎ／ｍ２）（Ｎ／ｍ２）２７８％８５３％应力变号１３％１７％２６％应力变号６６２％６０ｍ６２．５ｍ６５ｍ６７．５ｍ７０ｍ７２．５ｍ７５ｍ７７．５ｍ无沉降时虑力值１．０３Ｅ＋０６４．６８Ｅ＋０５１．４４Ｅ＋０５１．９６Ｅ＋０５１．０４Ｅ＋０５１．７１Ｅ＋０５１．２８Ｅ＋０５４．３９Ｅ＋０５有沉降时应力值一１．３２Ｅ＋０６—２．５ｌＥ＋０６—４．９５Ｅ＋０５２．８６Ｅ＋０５３．５５Ｅ＋０５３．８３Ｅ＋０５—５．３３Ｅ＋０５—２．０４Ｅ＋０６３９第四章高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）应力变号应力变号应力变号４６％２４２％１２４％应力变号应力变号９．１２Ｅ＋０５４．９９Ｅ＋０５—８．１８Ｅ＋０４—４．９６Ｅ＋０５—６．７５Ｅ＋０５—４．５５Ｅ＋０５８．３８Ｅ＋０４６．６０Ｅ＋０５收坝回３．４３Ｅ＋０６３．４９Ｅ＋０６４．９９Ｅ＋０５—６．２６Ｅ＋０５—９．９ｌＥ＋０５—７．１８Ｅ＋０５６．６１Ｅ＋０５２．９８Ｅ＋０６避增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）２７６％５９９％应力变号２６％４７％５８％６８９％３５２％８０ｍ８２．５ｍ８５ｍ８７．５ｍ９０ｍ９２．５ｍ９５ｍ９７．５ｍ１．１４Ｅ十０６５．５９Ｅ＋０５３．４ｌＥ＋０５４．９９Ｅ＋０５２．３４Ｅ＋０５７．９０Ｅ＋０５８。４９Ｅ＋０５９．２７Ｅ＋０５板底面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一１．２２Ｅ＋０６—２．４５Ｅ＋０６—３．６１Ｅ＋０５５．２９Ｅ＋０５４．３５Ｅ＋０５１．３１Ｅ＋０６１．３ｌＥ十０６４．８７Ｅ＋０５第五跨增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）应力变号应力变号应力变号６％８６％６６％５５％一４７％１．１０Ｅ＋０６５．２３Ｅ＋０５—２．９０Ｅ＋０５—９．０４Ｅ＋０５—１．２３Ｅ＋０６一１．２５Ｅ＋０６—９．９２Ｅ＋０５—５．７０Ｅ＋０５扳项面３．６２Ｅ＋０６３．５６Ｅ＋０６３．６８Ｅ＋０５—９．４６Ｅ＋０５—１．４７Ｅ＋０６—１．７８Ｅ＋０６一１．５１Ｅ＋０６—３．３４Ｅ＋０５增大幅度２３１％５８１％应力变号５％２０％４２％５２％一４１％通过空间应力分析的结果及表ｌ可知：旧桥加宽后，新加宽部分发生的沉降将直接影响新旧桥连接部分的结构受力。主要有以下几个特点：ａ、新拓宽部分不断发生沉降使各跨跨中新旧接缝处横向应力显著增大。ｂ、在靠近支座处，由于新拓宽部分沉降的作用，使新旧接缝处横向应力发生变号，原来板顶面受压的部分转为受拉，而原来板底面受拉的部分转为受压。ｃ、相对来说，支座处受沉降的影响较大。ｄ、从表ｌ的分析还可以看出沉降的影响还和各截面的竖向挠度有关，竖向挠度大的地方沉降对新旧接缝处横向应力影响较小；反之，影响较大。ｅ、由于建模过程的影响，在桥台位置处、各横隔板设置处有应力集中的现象，分析沉降对新旧接缝处横向应力的影响时，在这些位置需要特殊考虑。＊安人学顺ｌ学位＊文总之，沉降直接影响到新旧桥连接部分的结构受儿，使受力状态发生很大的改变。所以，必须采取措施减小沉降差，降低沉降对新旧接缝处受力的影响。４ｌ２３０米预制箱粱选择某条高速公路加宽桥梁进行计算，该桥为３０ｘ３０米预心力混凝土简支变连续箱梁。１）计算模型的选取及单元划分为了计算不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响，采用国际通用有限元计算程序ＡＮｓＹｓ进行建模，由于在纵桥向该桥梁是超静定结构，故取全桥进行分析。利用ｓｈｅｌｌ６３板单元进行建模分析，用箱粱的中心线模拟板的边线，扳厚即为箱粱的底板、顶板、腹板及翼缘板厚度。碰标系选取纵向为ｚ轴、横向为ｘ轴、竖向为Ｙ轴。全桥共划分１７０３ｌＯ个单元，６１２２３３个节点。整体模型如图１４所示。坐标系选取纵向为ｚ轴、横向为ｘ轴、竖向为Ｙ轴。幽１０荐体模刑单兀离散图第四章高速公镕桥梁加宽拼接技术优化研究图ｌｌ单元局部离散图２）荷载处理活载纵向按《公路桥涵设计通用规范（ＪＴＧＤ６０２００４）》进行布载，横向按新旧粱拼接处最不利受力状态影响线进行布载，计算过程中考虑自重和二期恒载的影响。二期恒载考虑桥面铺装和栏杆，桥面铺装为１ｌｃｍ沥青混凝土＋８厘米现浇混凝土，护栏按０２３ｌｋＮ／ｍ计算。３）支座约束在桥梁的一个桥台处设固定支座，其他墩台均设置活动支座。４）计算分析本次计算主要考虑不均匀沉降对新旧粱拼接处的影响，即主要考虑横向受力。由于纵向预应力筋对横向的应力影响不大，暂时没有考虑纵向预应力的影响。为了分析对比不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响，取以下几种情况分析：加宽后无支座沉降、加宽后有支座沉降，其中加宽后有支座沉降又分以下四种情况：加宽部分整体发生沉降、加宽＊安大学硕士学位论文部分的。抖台发生沉降、加宽部分的１＃墩发生沉降、加宽部分的２＃墩发生沉降、加宽部分的３＃墩发生沉降。其他墩台的沉降影响根据结构的对称得出，沉降值分别取ｌｃｍ考虑。ａ、加宽后兀支座沉降图１２无支座沉降时整体横向麻力云图第四章高速。路桥颦加宽拼接技术优ｎ目院图１３无支座沉降时新ｍ拼接处横向应力云图ｂ、加宽部分整体发生沉降图１４加宽部分整体发生沉降时整体横向应力石图Ｋ生Ａ学碰Ｊ．学位论文罔１５加宽部分整体发生沉降时新旧拼接处横向应力云匍由上面的应力云图可以看出，新旧拼接处受加宽部分沉降的影响，横向应力显著增加。也可以看出，在发生沉降的支点部位，应力急剧增大，这是模型影响而在支座处的应力集中，不影响总的分析结果。ｃ、加宽部分的Ｏ＃台发生沉降幽１６加宽部分的０＃台发牛沉降时整体横向麻力云图４５第四章高速。路桥梁∞宽拼接技术忧化日｝究由上面的应力云图可以看出，拼接处受加宽部分０＃台沉降的影响，在靠近０＃台的位置横向应力显著增加，即局部的支座沉降仅对发生支座沉降相邻跨的横向接缝应力影响较大。ｄ、加宽部分的１＃墩发生沉降吲１７加宽部分的ｌ＃墩发牛沉降时整体横向麻力云图山上面的应力云图可以看出，拼接处受加宽部分１＃墩沉降的影响，在靠近１＃墩的位置横向应力显著增加，即１＃墩局部的支座沉降仅对第一跨、第二跨的横向接缝应力影响较大。ｅ、加宽部分的２＃墩发生沉降＆安人学《±学位论文幽１８加宽部分的２＃墩发生沉降时整体横向应力云图由上而的应力云图可以看出，拼接处受加宽部分２＃墩沉降的影响，在靠近２＃墩的位置横向应力显著增加，即２＃墩局部的支座沉降仅对第二跨、第三跨的横向接缝应力影响较大。ｆ、加宽部分的３＃墩发生沉降Ｉ！！墨竺兰薹翌！三王！三；墨！！。。！图１９加宽部分的３＃墩发生沉降时整体横向麻力云煳第四章高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究由上面的应力云图可以看出，新旧拼接处受加宽部分的３＃墩发生沉降的影响，在靠近３＃墩的位置横向应力显著增加，即３＃墩局部的支座沉降仅对第三跨、第四跨的横向接缝应力影响较大。也可以看出，在发生沉降的支点部位，应力急剧增大，这是模型影响而在支座处的应力集中，不影响总的分析结果。５）结果分析从上面的计算分析可以看出，当新加宽部分所有支座同时发生沉降时，新旧拼接处受力处于最不利状态，因此分析结果采取所有支座均下沉１ｃｍ进行对比分析。为了分析新旧拼接处加宽部分支座沉降的影响，分别取每跨的支点、Ｌ／８、１Ｌ／４、３Ｌ／８、Ｌ／２、５Ｌ／８、３Ｌ／４、７Ｌ／８处作对比，比较结果如下表（此表中应力受拉为正，受压为负）。淤淤（Ｎ／ｍ２）板底面第一跨增大幅度板项面（Ｎ／ｍ２）表２０ｍ３．７５ｍ新旧拼接处横向受力对比７．钿１１．２５ｍ１５ｍ１８．７５ｍ２２．５Ⅲ２６．２５ｍ无沉降时戍力值５，９３Ｅ＋０５１．１０Ｅ＋０６８．８７Ｅ＋０５７．１８Ｅ＋０５３．３７Ｅ＋０５５．１３Ｅ＋０５６．２８Ｅ＋０５１．１１Ｅ＋０６有沉降时应力值一７．２ｌＥ＋０５（Ｎ／ｍ２）１．３２Ｅ＋０６１．１２Ｅ＋０６８．８５Ｅ＋０５４．５３Ｅ十０５８．４７Ｅ＋０５１．２２Ｅ＋０６１．９６Ｅ＋０６应力变号２０％２６％２３％３４％６５％９５％７７９６无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值３．５５Ｅ＋０４—６．８６Ｅ＋０５一１．ＯｌＥ＋０６一ｌ。２６Ｅ＋０６一１．２８Ｅ＋０６一１．１６Ｅ十０６—８．１０Ｅ＋０５—２．２９Ｅ＋０５一１．９７Ｅ＋０６一１．０４Ｅ＋０６—１．１４Ｅ＋０６一１．３５Ｅ＋０６—１．４０Ｅ＋０６—１．４８Ｅ十０６—１．４０Ｅ＋０６一１．３２Ｅ＋０６第二跨避增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）应力变号５２％１３％７％ｌＯ％２７％７２％４７７％３０ｍ３３．７５ｍ３７．５ｍ４１．２５ｍ４５ｍ４８．７５ｍ５２．２５ｍ５６．２５ｍ１．６９Ｅ＋０６１．０６Ｅ＋０６５．３５Ｅ＋０５４．２８Ｅ＋０５２．４４Ｅ＋０５４．６ｌＥ＋０５５．９４Ｅ＋０５１．０３Ｅ＋０６板底面自．沉降时应力值（Ｎ／Ⅲ２）３．２６Ｅ＋０５１．８０Ｅ＋０６１．０７Ｅ＋０６７．２８Ｅ＋０５３．８１Ｅ＋０５８．０３Ｅ＋０５１．２０Ｅ＋０６１．８８Ｅ＋０６增人幅度无沉降时应力值板顶面（Ｎ／ｍ２）一８１％７０％１０１％７０％５６％７４％１０２％８３％１．６４Ｅ＋０６—１．４６Ｅ＋０５—６．２８Ｅ＋０５—９．０４Ｅ＋０５—９．９３Ｅ＋０５—９．６２Ｅ＋０５—７．３３Ｅ＋０５—３．１０Ｅ＋０５长安大学硕士学位论文有沉降时应力值４．９５Ｅ＋０５一１．１０Ｅ＋０６一１．１４Ｅ＋０６一１．１７Ｅ＋０６一１．１７Ｅ＋０６一１．２ＢＥ＋０６一１．３２Ｅ＋０６一１．４０Ｅ＋０６第三跨潜增大幅度（Ｎ／ｍ２）（Ｎ／ｍ２）一７０％６５６％８２％３０％１７％３３％８０％３５３％６０ｍ６３．７５ｍ６７．５ｍ７１．２５ｍ７５ｍ７８．７５ｍ８２．２５ｍ８６．２５ｍ无沆降时应力值１．４０Ｅ＋０６１．０３Ｅ＋０６５．８８Ｅ＋０５４．８０Ｅ＋０５２．７０Ｅ＋０５４．４２Ｅ＋０５５．５５Ｅ＋０５１．０３Ｅ＋０６板底面有沉降时应力值３．９３Ｅ＋０４（Ｎ／ｍ２）１．７６Ｅ＋０６１．１２Ｅ＋０６７．７９Ｅ＋０５４．０６Ｅ＋０５７．８３Ｅ＋０５１．１６Ｅ＋０６１．８８Ｅ＋０６增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）—９７％７挑９１％６２９６５０％７７％１０９％８３％１．２３Ｅ＋０６—２．９７Ｅ＋０５—７．０６Ｅ＋０５—９．４４Ｅ＋０５—１．００Ｅ＋０６—９．４６Ｅ＋０５—６．９３Ｅ＋０５—２．２９Ｅ＋０５板顶面８．６６Ｅ＋０４一１．２５Ｅ＋０６一１．２２Ｅ＋０６一１．２ｌＥ＋０６—１．１８Ｅ＋∞一１．２７Ｅ＋０６—１．２８Ｅ＋０６一１．３２Ｅ＋∞第四跨挲增大幅度板底面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一９３％３２２％７３％２８％１７％３４％８５％４７７％９舳９３．７５ｍ９７．５ｍ１０１．２５ｍ１０５ｍ１０８．７５ｍ１１２．２５ｍ１１６．２５ｍ无沉降时应力值１．５６Ｅ＋０６（Ｎ／ｍ２）１．１６Ｅ＋０６８．４９Ｅ＋０５８．３０Ｅ＋０５１．４３Ｅ＋０６７．９８Ｅ＋０５８．４８Ｅ＋０５１．１７Ｅ＋０６１．９７Ｅ＋０５１．９０Ｅ＋０６１．３８Ｅ＋０６１．１３Ｅ＋０６１．５７Ｅ＋０６１．１４Ｅ＋０６１．４５Ｅ＋０６２．０２Ｅ＋０６一８７％６３％６３％３６％％４３９ｌ７１％７３％１．４５Ｅ＋０６—３．５２Ｅ＋０５—９．６７Ｅ＋０５一１．３９Ｅ＋０６—２．４９Ｅ＋０６一１．４０Ｅ＋０６—９．９０Ｅ＋０５—３．６２Ｅ＋０５板项面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）３．０６Ｅ＋０５一１．３ｌＥ＋０６一１．４８Ｅ＋０６一１．６６Ｅ＋０６—２．６７Ｅ＋０６一１．７２Ｅ＋０６一１．５８Ｅ＋０６一１．４６Ｅ＋０６第五跨挲增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／Ⅲ２）一７９％２７１％５３％１９９６７％２３％５％３０２％１２０ｍ１２３．７５ｍ１２７．５ｍ１３１．２５ｍ１３５ｍ１３８．７５ｍ１４２．２５ｍ１４６．２５ｍ１．５５Ｅ＋０６１．０２Ｅ＋０６５．４１Ｅ十０５４．４７Ｅ＋０５２．６３Ｅ＋０５４．７５Ｅ＋０５６．ＯｌＥ＋０５１．０３Ｅ＋０６板底面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）１．８７Ｅ十０５１．７５Ｅ＋０６１．０８Ｅ＋０６７．４６Ｅ＋０５３．９９Ｅ＋０５８．１６Ｅ＋０５１．２１Ｅ＋０６１．８９Ｅ＋０６增大幅度一８８％７２％９９％６７％５２％７２％１００％８２％４９第四章高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）１．４６Ｅ＋０６—２．１４Ｅ＋０５—６．６２Ｅ＋０５—９．２２Ｅ＋０５—１－００Ｅ＋０６—９．６７Ｅ＋０５—７．３６Ｅ＋０５—３．１２Ｅ＋０５板项面洋增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值３．１７Ｅ＋０５一１．１７Ｅ＋０６一１．１７Ｅ＋０６—１．１９Ｅ＋０６（Ｎ／Ⅲ２）一１．１７Ｅ＋０６—１．２９Ｅ＋０６一１．３２Ｅ＋０６—１．４０Ｅ＋０６一７８％４４７％７７％２９％１７％３３％８０９６３５０％１５０ｍ１５３．７５ｍ１５７．５ｍ１６１．２５ｍ１６５ｍ１６８．７５ｍ１７２．２５ｍ１７６．２５ｍ１．４０Ｅ＋０６１．０２Ｅ＋０６５．８ｌＥ＋０５４．６７Ｅ＋０５２．５２Ｅ＋０５４．２５Ｅ＋０５５．５１Ｅ＋０５１．０７Ｅ＋０６板底面３．８１Ｅ＋０４１．７６Ｅ＋０６１．１２Ｅ＋０６７．６７Ｅ＋０５３．８８Ｅ＋０５７．６８Ｅ＋０５ｌ－１６Ｅ＋０６１．９３Ｅ＋０６第六跨增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一９７％７２％９２％６４％５４％８１％１１０％８０％１．２３Ｅ＋０６—２．９７Ｅ＋０５—７．０４Ｅ＋０５—９．３９Ｅ＋０５—９．９７Ｅ＋０５—９．２９Ｅ＋０５—６．５８Ｅ＋０５—１．５７Ｅ＋０５板顶面８．７０Ｅ＋０４一１．２５Ｅ＋０６一１．２２Ｅ＋０６—１．２１Ｅ＋０６一１．１７Ｅ十０６—１．２５Ｅ＋０６—１．２５Ｅ＋０６—１．２５Ｅ＋０６避增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一９３％３２２％７３％２９％１７％３５％８９％６９７％１８０ｍ１８３．７５ｍ１８７．５ｍ１９１．２５ｍ１９５ｍ１９８．７５ｍ２０２．２５ｍ２０６．２５ｍ１．７０Ｅ＋０６１－１０Ｅ＋０６６．１６Ｅ＋０５５．２ｌＥ＋０５２．９１Ｅ＋０５６．８０Ｅ＋０５８．７８Ｅ＋０５１．１１Ｅ＋０６第七跨板底呵有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）３．３７Ｅ＋０５１．８４Ｅ＋０６１．１３Ｅ＋０６８．０ｌＥ＋０５４．１６Ｅ＋０５７．７９Ｅ＋０５１．００Ｅ＋０６１．２７Ｅ＋０６增大幅度无沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）一８０％６６％８４％５４％４３％１４％１４％１５％１．６３Ｅ＋０６—２．０８Ｅ＋０５—７．７２Ｅ＋０５—１．１３Ｅ＋０６—１．２６Ｅ＋０６—１．２７Ｅ＋０６一１．０４Ｅ＋０６—７．２２Ｅ＋０５板项面有沉降时应力值（Ｎ／ｍ２）４．９ｌＥ＋０５一１．１６Ｅ＋０６—１．２７Ｅ＋０６一１．３８Ｅ＋０６一１．３９Ｅ＋０６一１．３０Ｅ＋０６—１．０７Ｅ＋０６一１．０９Ｅ＋０６增大幅度一７０％４５７％６５％２２％ｌｏ％２％２％５０％注：表中增大幅度值均为相对无沉降时的比值。增大幅度＝（有沉降的应力值一无沉降应力值）／无沉降应力值×１００％通过空间应力分析的结果及表２可知：旧桥加宽后，新拓宽部分不断发生沉降将直接影响到新旧桥连接部分桥面结构受力。主要有以下几个特点：长安大学硕上学位论文ａ、由于新拓宽部分不断发生沉降使各跨新旧接缝处横向应力显著增大。相对来说，支座处受沉降的影响较大。ｂ、从表２的分析还可以看出沉降的影响还和各截面的竖向挠度有关，竖向挠度大的地方沉降对新旧接缝处横向应力影响较小：反之，影响较大。ｃ、由于建模过程的影响，在桥台位置处、各横隔板设置处有应力集中的现象，分析沉降对新旧接缝处横向应力的影响时，这些位置需要做特殊考虑。ｄ、在支座位置，对于本桥来说拼按后新旧接缝处横向应力有所降低，但并不意味着安全，有应力变号的倾向。总之，沉降直接影响到新旧桥连接部分的结构受力，使受力状态发生改变。所以，必须采取措施减小沉降差，，降低沉降对新旧接缝处受力的影响。４．１．３１６米预制空心板空心板桥在全线被普遍采用，本次计算以１６米空心板桥为例，模拟出于新桥部分基础沉降对旧桥部分的影响，以及新旧桥连接部位的变形、内力、应力的分布情况。１）建模思路本桥在计算过程中，采用ＭＩＤＡＳ６．１１专业程序，用板单元模拟出每一片空心板，在进行板单元的选取时，确保简化后的板单元的截面几何特性与原空心板设计截面的截面几何特性一致，新旧桥连接部分也采用板单元模拟。共划分为２１０个单元。板单元两端为简支。在两片相邻的空心板连接问题的处理上，考虑到经过加宽改造后的桥梁绞缝重新更换，横向联系较好，故在程序中，将横向的相邻两块板近似采用固结的形式。如图２４所示：第四章高速公路桥粱加宽拼接技术优化研究厂图２０模型示意图２）计算过程在计算过程中，由于主要考虑到当新桥支座发生沉降时，桥梁横向的内力，应力的变化分布情况，故在建模分析时忽略掉了桥梁本身纵向预应力筋的影响。作用于桥梁上部的荷载为自重，在建立荷载工况时，将桥梁自重与支座沉降组合为最不利的荷载工况，并将支座沉降的情况分为以下两种情况进行讨论：ａ、两侧支座『对时发生均匀沉降当两侧支座同时发生ｌｃｍ的均匀沉降时，在自重荷载以及支座沉降的作用下，结构发生竖向位移，但由于新桥发生基础沉降，故新旧桥连接部分发生了较大的变形，由此可以初步判定，当桥梁发生此类变形后，可能将对桥梁上部结构造成一定的破坏。具体变形如图２５、图２６所示。ｋ立大学硎±学位论文目２１岍端基础同时沉降时结构变形幽２２新旧桥连接部分变形通过以上变形的分析，若小考虑桥梁自重对桥梁变形的影响，当两侧支座发生ｌｃｍ沉降时，原旧桥也将产生变形．通过分析，最大的变形发生在新旧桥相琏接的部分，嗡部位必定是由于新桥基础沉降带束影响的虽不利部位，通过计算分析，得到当基础沉降时，该空心板桥桥粱横向的应力分布云图如图２７所示、图２８所示。第日章高速公路桥粱加宽拼接技术优化研究罔２３两侧基础沉降时应力云Ｈ分拈飞警簟—Ⅸ—————８”一—喇瞬多罐儿图２４新旧桥连接板麻力分布云图通过对新旧桥连接部位的分析，可以得到当两侧基础同时发生沉降时，新旧桥连接部位最大的横向应力达到１７１Ｍｐａ，该最大应力分布在空心板两端，已经远远超过了ｃ４０混凝土的极限抗拉强度，说明此处的混凝土已经完全开裂，这种开裂随着桥梁使用时间Ｋ立＾学砸ｔ学位＊立的增长，Ｊｒ裂必会影响到整个桥梁，减少桥梁的使用寿命。与此同时，新桥基础的沉降带动原旧桥空心板发生横向的位移，必定造成旧桥空心板绞缝的破坏，出现单扳受力的不利现象，也会大大减少桥梁的使用寿命。ｈ、一侧支座发生均匀沉降时当该空心板的侧基础发生均匀的１ｃｍ沉降时，上部结构在自重荷载以及支座沉降的作用Ｆ竖向的变形如罔２９所示。图２ｊ一侧基础沉降时结构变形通过埘比分析，发现新】日桥连接部分仅支座沉降处发生了较大的变形，此处的新１日桥连接板必定产生较大的拉应力，破坏程度更严重。如图３０所示。第四章高速公路桥梁☆ｕ宽拼接技术优化研究图２６新旧桥连接板变形与曲侧支座Ｍ时发生沉降相同，当侧支座发生ｌｃｍ的沉降时，结构本身横向也将产生较大的应力，最大的应力同样出现在支座沉降部分，此处的横向最大正应力达到１７０Ｍｐａ，完全超过ｃ４０混凝土的极限抗拉强度，此处必定被破坏，是整个桥梁在这种工况下的最不利部位，同时，新旧桥连接板两侧的旧空心板和新空心板靠近沉降支座处由于受到变形的影响，在板的横向也将产牛较大的批应力，板上缘的拉应力虽人的达到２５５Ｍｐａ，也完全超过了混凝土的抗拉极限强度，空心板上缘易被破坏，具体应力的分布如图３２、图３３所示。Ｋ蜜人学Ⅻ±学位论文图２７～侧基础沉降时应力云图分布幽２８新旧桥连接板应力分拈云图３）结果分析通过以上两种沉降的对比、训算，发现在两种情况下基础发生ｌｃｍ的均匀沉降时，沉降部位所产生的横向拉应力大小基本相Ｍ。这是由于跨的１６米空心板结构受力简单，所以当基础发生沉降时．对结构本身所带来的最不利影响都足发牛在新旧桥连接的部位，这种影响效果的横向传递范围不大，仅对新ｆｎ桥连接部位以及连接板两侧的１～２第四章高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究块空心板本身造成不利影响。与此同时，当新桥发生基础沉降带动旧桥发生变形时，１日桥必定会发生横向的位移以及扭转，在这种情况下，旧桥以及新桥的部分绞缝也会发生开裂，所以针对以上可能会出现的情况，提出以下几点建议：ａ、新桥在加宽的设计、施工过程中，基础设计是否满足要求以及施工质量的好坏必定对日后新桥部分基础沉降量的大小有着最直接的影响，故在基础设计过程中，必须认真考证桥位所在处的地质情况，选择合适的桩径、桩长。施工过程中严格控制施工质量。ｂ、此类加宽后的桥梁，新桥基础沉降所带来的影响不可避免，所以对于新旧桥连接部分必须采取相应的措施，如：在支座沉降处的新旧桥连接板应植入大量的钢筋来抵抗支座沉降时产生的横向应力，在连接板的其他部位也应植入一定量的钢筋增加新旧桥的整体性，将基础沉降所造成的不理影响降到最低。ｃ、在加宽施工过程中，必须对原有空心板的绞缝进行重新更换，新桥空心板在施工过程中也应该保证绞缝的施工质量，从而使得荷载在桥梁横向的均匀传递，提高整个桥梁的整体性。４．２本章小结根据以上的计算结果可知，把基础的相对沉降量控制在某一范围内是关系拼接质量的重要技术。加宽拼接桥梁需要大量植筋，植筋数量的多少和质量的好坏直接关系到桥梁的拼接质量，因此需要特别重视这方面的研究，尽量采用新技术、新工艺和新材料。【４Ｉ】例如在新旧桥上部构造连接处的湿接缝可采用ｕＥＡ收缩补偿混凝土浇筑。这种混凝土在钢筋和邻位限制下可以在结构中建立Ｏ．２—０．７ＭＰａ的预压应力，可防止或大大减轻混凝土硬化过程中产生的收缩裂缝，达到抗裂防渗的结构自防水目的。设计和施工需注意的事项主要有：ｆ４２ｌ１）为减小新旧桥之间的相对沉降量、混凝土的收缩徐变影响以及预应力梁的上拱影响，加宽新建桥应采用预压的方法以及暂不浇筑新旧桥连接处混凝土，等３个月后再浇筑的方法实施。２）增加桩长，增大桩径，严控桩底沉淀层厚度，改扩大基础为桩基础或在扩大基础下采用小型群桩（粉喷桩、灰土桩、碎石挤密桩等）的方法也应在设计和施工中得到长安大学硕士学位论文充分考虑，以减少新旧桥之间的相对沉降量。３）需要对旧桥结构进行切割和凿除，但不能破坏原结构，不能降低原结构的承载能力。禁止采用风镐、凿岩机等大型设备，而应尽量采用切割方法及人工小锤凿除方式。５９第五章结论与建议第五章结论与建议５．１研究结论桥梁加宽拼接工程是一项比较繁琐的工程。随着我国经济建设和公路桥梁事业的发展，此类工程将越来越多地呈现在我们面前，如何在安全、美观、经济、适用的原则下，做好桥梁加宽改造工作，是摆在桥梁建设者面前的一个重要课题。本文深入分析和研究了桥梁加宽桥型加宽的设计方案及施工方法，结合国内多条高速公路改扩建的成功经验，通过收集在改扩建工程中对既有桥梁的评价和加宽技术方面的相关资料、向该方面的专家进行咨询和研讨等多种分析研究手段开展本文的研究工作。首先，概括介绍了目前国内主要的桥梁加宽的概念、方法、分类及特点，并用工程实例对每种加宽模式进行相应的分析，对其适用条件进行讨论，从工程经济、施工技术、社会影响各个方面阐明桥梁加宽研究的目的和意义。然后，分别对预制空心板桥、预制箱梁、现浇钢筋混凝土连续箱梁、现浇钢筋混凝土刚架桥、预制预应力混凝土Ｉ型组合梁几种桥型进行了分析研究，并分析了不均匀沉降对桥梁加宽的影响，再次，建立加宽预制空心板和预制箱梁的计算模型，并根据程序计算的结果，对加宽的技术成果进行力学检验，分析新１日桥的不均匀沉降对新旧梁拼接处的影响。桥梁的改扩建包括拼接、新建和加固几个方面。因此在对既有桥梁进行评价和验算后，就可采取相应的措施来改建既有桥梁。本项目对国内几种典型的拼接方案进行了归纳整理，提出了桥梁的拼接方案、实施方法以及施工注意事项并对典型的桥梁拼接作了计算，为下阶段的工作提供了参考。同时本项目对桥梁加固的概念、目标和基本要求进行了归纳总结，对全线既有桥梁存在的问题针对性的提出了加固方法。５．２进一步研究的建议由于本项目是根据目前高速公路桥梁改扩建的成果进行的，因此在研究深度上距生产实际尚有差距，因此建议既有桥梁的评价和拼接技术必须进一步进行相关的研究并得出科学的结论；对新材料、新工艺和新技术有必要进行相关的研究并落实到设计和施工中去。本文的研究过程实际上是一个不断否定自我、创造自我、完善自我的过程。经过多次尝试，翻阅了大量的文献资料，不断地演绎，才建立起本文的沉降计算模型。由于工长安大学硕士学位论文作量原因，本文主要对空心板桥和预制箱梁加宽的问题进行了论述，对于其它桥的加宽内容来不及详述，但愿本篇论文的研究对旧桥整体加宽改造起到抛砖引玉的作用。由于本人才疏学浅，加上时间紧迫，文中难免有不妥与疏漏之处，恳请各位专家、学者多提宝贵意见，以利于今后的学习和工作。６１参考文献参考文献［１】交通部规划司．交通部规划司．２００３年公路水路交通行业发展统计公报［Ｒ］．２００４．：３９～４０［２］周建廷．城市桥梁加固拓宽研究［Ｊ］．重庆交通学院学报，２０００（３）：１９［３］程翔云．旧桥加固改造与桥梁建设的经济分析［Ｊ】．１９８７年全国桥梁学术讨论会集锦．１９８７．：１３９—１６８［４］谢家全．吴赞平，钱永祥．沪宁高速公路扩建土程综述［Ｃ］．高速公路扩建土程技术研讨会论文集，２００４［５］胡安兵，凌九忠．浅析高速公路扩建方案［Ｊ］．江苏交通，２００３（０７）：ｐ１８—１９．［６］马春生、宋神友．广佛高速公路湖洲大桥主桥新旧结构连接设计［Ｊ］．公路，２００３（８）：［７］叶生．旧桥整体加宽中若干问题的研究［Ｄ］，合肥工业大学硕士学位论文，２００６［８］Ｗｅｓｔ，Ｒ．（１９７３），Ｔｈｅｂｒｉｄｇｅｄｅｃｌ（Ｓ，ｕｓｅｏｆ鲥ｌｌａｇｅ孤ａｌｏｇｙｒ印ｏｒｔ２１，ｆｏｒｍｅａＩｌａｌｙＳｉｓｏｆｓｌａｂａＩｌｄｐｓｅｕｄｏ－ｓｌａｂＲｅｓｅａｒＣｈＣｅｎｌｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｌ０ｎｄｏｎ．Ｃ．Ｒ．Ｂｏｏｋｓ，Ｌｏｎｄｏｎ［９］Ｒｏｗｅ，Ｔ．Ｅ．（１９６２），ＣｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅＤｅｓｉｇｎ，［１０］廖朝华，王家强等．沪宁高速公路扩建工程勘察设计关键技术问题及创新对策［Ｊ］．现代交通技术，２００６（５）［１１］鞠金荧．沪宁高速公路（江苏段）扩建工程桥梁拼接设计构思［Ｊ］．中外公路，２００６［１２］王新．沈大高速公路加宽改造土程大中桥设计［Ｊ］．辽宁交通科技，２００３（７）［１３］李伟．沈大高速公路改扩建土程设计［Ｃ］．高速公路扩建土程技术研讨会论文集，２００４［１４］刘来军，赵小星．桥梁加固设计与施工技术［Ｍ］，人民交通出版社，２００４［１５］杨文渊，徐稗．桥梁维修与加固［Ｍ］，人民交通出版社，１９８９［１６］朱建强，张贵婷．预应力混凝土桥梁的加宽方法［Ｊ］．世界桥梁２００６（２）［１７］孟广文．关于公路旧桥拓宽设计问题的思考［Ｊ］．公路交通技术，２００６（３）［１８］鲁昌河，宋神友．广佛高速公路新旧结构连接试验段设计［Ｃ］．２００３年全国桥梁学术会议论文集［１９］罗万录．高速公路扩建中的大桥桥梁拼接技术［Ｊ］．石家庄铁道学院学报，２００６，１９（增刊）：５４—５６［２０］陕西省公路勘察设计院．潼关’西安段高速公路改扩建工程，［Ｄ］．２００７６２长安大学硕上学位论文［２１］陕西省公路勘察设计院．西安’宝鸡段高速公路改扩建工程，［Ｄ］．２００８［２２］ＦｒａｎｄｓｅｎＪＢ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ，ｂｒｉｄｇｅｄｅｃｋ２０００，ｓｔｕｄｉｅｓ１９ｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＦＬＵＩＤＳＡＮＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，［２３］Ｌａｍｐｅｒｔ，Ｐ．（１９７３），Ｐｏｓｔｃｒａｃｋｉｎｇｂｅｎｄｉｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒＴｏｒｓｉｏｎ，ＳＰ一３５ｉｎｔｏｒｓｉｏｎＡｍｅｒｉｃａｎＣｏｎｃｒｅｔｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｄｅｔｒｏｉｔ［２４］吴云，李晓宏．沪宁高速扩建工程桥梁拼接施工［Ｊ］．现代交通技术２００５（１）［２５］王新安，张树山，李劲，刘志．旧路加宽沉降理论分析［Ｊ］．黑龙江交通科技，２００２（１１）［２６］张立明．Ａ１９０ｒ，Ａｎｓｙｓ在桥梁工程中的应用方法与实例［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３：１—３１．［２７］倪栋，段进，徐久成．通用有限元分析ＡＮＳＹＳ７．Ｏ实例精解［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００３［２８］张丽芳，郭涛等．旧桥拓宽中拼接方式对旧桥受力状态的影响分析［［Ｊ］．公路交通科技，２００６［２９］张世平，廖朝华．高速公路桥涵构造物扩建的拼接设计思路［Ｊ］．中外公路，２００６（４）［３０］莫龙绪．桥梁加固实例［Ｊ）．公路，２０００（１２）：２２４［３１］孙文智，金爱国，肖质江．沪杭雨高速公路拓宽土程施土［Ｊ］．中外公路，２００４（４）［３２］叶见曙，华斌，鞠金荧．预应力混凝土桥梁拓宽的若干问题探讨［Ｃ］．高速公路扩建土程技术研讨会论文集，２００４［３３］李满红，肖清亮．浅谈改建公路中加宽桥梁的合理设计［Ｊ］．东北公路１９９４（４）［３４］薛殿平．桥梁加宽改造施工方法［Ｊ］．交通科技与经济，２０００（３）［３５］Ｇｈａｉｌ，Ａ．，ＲｅｎａｕｄＣｈａｐｍａｎａｎｄＨａｌｌ，ＦＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｅｓｓａｎｄＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，２ｎｄｅｄｉｔｉｏｎ，Ｅ＆ＦＮＳｐｏｎ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９９４［３６］中华人民共和国交通部标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范ＪＴＧＤ６２—２００４２００４［３７］贺拴海，桥梁结构理论与计算方法，人民交通出版社，２００２．８［３８］邵旭东，桥梁设计百问，人民交通出版社，２００２．６［３９］湛润水，公路旧桥加固技术与改造，人民交通出版社，２００２．９［４０］赵学军，章丽娟等．沈大高速公路改改造工程桥涵加宽改造设计综述辽宁交通科技，２００５６３参考文献［４１］周富春．高速公路改扩建工程植筋施工技术［Ｊ］．国防交通工程与技术，２００４（３）：６４—６６［４２］吴文清，叶见曙．沪宁高速公路桥梁拓宽方案研究及土程对策分析［Ｃ］．高速公路扩建土程技术研讨会论文集，２００４长安大学硕士学位论文攻读硕士学位期间发表的论文【１】王宗华．齐承涛．浅谈旧桥加固的原则和方法［Ｊ］．陕西交通科技，２００７，１０：９３—９６【２】周磊．王宗华．微表处路用性能的主要影响因素［Ｊ］．陕西交通科技，２００８，３：７１—７３［３】王宗华．齐承涛．重载交通下桥梁寿命周期成本分析［Ｊ］．陕西交通科技，２００９，１：８５—８７６５致谢致谢本文是在尊敬的导师郝宪武教授的悉心指导下完成的。在三年的学习和研究中，郝老师给了我充分的发挥空间，使我的科研工作能力得到了锻炼和提高。郝老师严谨的治学态度、渊博的学识和丰富的实践经验给了我深刻的影响，并将使我终身受益。感谢郝老师在我的论文写作期间给予的悉心指导和无私帮助。在我读研期间，导师在生活上、学业上、思想上给予了无微不至的关怀，在此致以深深的谢意。在三年的学习生活中，得到了郝老师很多的指导，另外也受到公路学院和研究生部许多老师的帮助和指导，在此表示深深的感谢。在论文的完成期间还得到了师兄弟陈圆圆、李睿、曹峰、孙磊、栾娟等人的热心帮助和支持，在此也表示衷心的感谢！最后，向多年来一直默默关心和支持我完成学业的父母及家人致以深深的谢意！他们的鼓励和支持是我不断进步的源动力！高速公路桥梁加宽拼接技术优化研究

作者：

学位授予单位：

王宗华长安大学

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