1.概述
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國公路運(yùn)輸事業(yè)迅猛發(fā)展，對道路的等級要求也越來越高。但許多舊橋的設(shè)計荷載較低，大多數(shù)橋面寬度過小，無法滿足目前的交通需求，而重建橋梁費(fèi)用高，且會引起交通中斷，因此迫切需要對其進(jìn)行改造，橋梁加寬則成為舊橋改造的常用方法。
通過對某簡支梁空心板橋在不同加寬方式下結(jié)構(gòu)受力性能影響的計算分析，可以得到兩點(diǎn)結(jié)論：一是通過有限元分析可以看出，經(jīng)過加寬后，舊橋的受力性能會得到一定的改善，結(jié)構(gòu)整體承載力得到提高；二是對于空心板橋，橫向聯(lián)系剛度能影響結(jié)構(gòu)的受力性能。
2.數(shù)值分析
2．1 工程背景
某簡支梁空心板橋?yàn)?3m，橋面凈寬為8.0m，由于道路拓寬，現(xiàn)要求該橋橋面凈寬加寬到凈12m，設(shè)計荷載在加寬前后均為公路I級。擬采用以下方式進(jìn)行橋梁加寬：單邊加寬，新舊板之間鉸接連接；雙邊加寬，新舊板之間鉸接。加寬前后的橫斷面布置見下圖1～圖3。
2．2 建模與計算
橋梁是個空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)汽車荷載作用在橋梁某個部位時．其荷載的影響將向周圍傳遞，由空間結(jié)構(gòu)的計算模型求出各截面的內(nèi)力影響面，按最不利位置加載求出最大設(shè)計內(nèi)力，這是十分復(fù)雜的。目前大多應(yīng)用“荷載橫向分布”的概念，把空間問題合理地簡化為平面問題來解決。該方法先求出橫向分布影響線，通過橫向最不利位置布載求出各片梁的橫向分布系數(shù)，橫向分布系數(shù)在形式上反映的是活載分配到各片梁的比例關(guān)系，由該系數(shù)就可求出各片梁的最不利內(nèi)力。因此要計算橋梁的承載力，分析各梁的受力情況，可以通過分析橫向分布系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式及分析目的來選擇合適的分析方法。對于本橋，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)先采用空間模型計算各梁的橫向分布系數(shù)，再由此計算各梁的受力。計算其橫向分布系數(shù)時，空心板可采用梁單元；原橋的各梁之間是依靠鉸縫進(jìn)行聯(lián)系的，鉸縫用剛性鏈桿（截斷橫粱）來模擬，將剛性鏈桿一個端點(diǎn)的轉(zhuǎn)動約束全部放松；當(dāng)梁板之間采用剛性連接時（即橫向采用較強(qiáng)大的連接方式），剛接的兩板之間不能轉(zhuǎn)動，其剛性鏈桿兩端的轉(zhuǎn)動自由度需全部約束。
為求得橫向分布系數(shù)，對原橋、單邊(雙邊)加寬橋梁結(jié)構(gòu)在不同連接方式下分別進(jìn)行建模分析，根據(jù)互等定理將單位荷載分別作用于各片梁的跨中，可以得到原橋1～5號板的荷載橫向分布影響線。圖4為原橋1號梁在不同加寬方式下的荷載橫向分布影響線。
在得到各梁橫向分布影響線后，根據(jù)橫向最不利位置布載，可以得到原橋的1～5號板在加寬前后的橫向分布系數(shù)，具體數(shù)值見表1。
由表1可見，除了橫向無聯(lián)系的加寬方式外，其余的都使原橋各板的橫向分布系數(shù)減小，即分配到原橋各板的荷載減少了，這說明新橋分擔(dān)了部分荷載，使原橋的結(jié)構(gòu)性能得到了改善，提高了其整體承載能力。舊橋的橫向分布系數(shù)在橫向采用剛接時，比采用鉸接時下降得多，即剛接時提高的承載能力相應(yīng)地大一些。
2．3 方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)數(shù)值分析
單邊加寬與雙邊加寬相比，施工方便、工作量小，可以在不阻斷交通的情況下施工，且橋梁結(jié)構(gòu)整體性也好。由于該橋的加寬量較小，單側(cè)加寬不會影響道路與橋梁連接線形的平順性，且加寬前后橋梁的設(shè)計荷載不變，原橋的承載力也已滿足要求，故決定采用單側(cè)加寬、新舊橋之間鉸接的加寬方式。由于是加寬橋梁，故橋梁的長度、跨徑及橋面標(biāo)高等必須與原橋相協(xié)調(diào)。新加主梁采用13m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，寬1m，共四片。下部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。為比較該橋加寬前后的工作性能，采用實(shí)體單元建模，計算加寬前后橋梁在恒載、汽（掛）車縱向最不利布載下的最大變形、拉應(yīng)力及壓應(yīng)力，結(jié)果如表2所示結(jié)構(gòu)在加寬前后的最大變形及應(yīng)力的變化量很小，說明加寬后結(jié)構(gòu)的工作性能是正常的，能保證加大交通量情況下的行車安全。
3.結(jié)論
3．1 通過有限元分析可以看出，經(jīng)過加寬后，舊橋的受力性能會得到一定的改善，結(jié)構(gòu)整體承載力得到提高。
3．2 對于空心板橋，新舊結(jié)構(gòu)之間采用剛接連接時比采用鉸接連接時承載能力的提高程度相對大一些，說明橫向聯(lián)系剛度能影響結(jié)構(gòu)的受力性能。
參考文獻(xiàn)
【1] 中華人民共和國交通部，公路橋涵設(shè)計規(guī)范(合訂本) 【M】，北京：人民交通出版社，1989。
【2】范立礎(chǔ)：橋粱工程【M】，北京：人民交通出版社，2001。
【3】李國豪，石洞：公路橋梁橫向分布系數(shù)計算【M】，北京：人民交通出版社，1987。
