张 超
(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)
预制小箱梁桥拓宽施工工艺分析
张 超
(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)
介绍了通车下交通组织及分时分段方案，以某预制小箱梁桥拓宽工程为例，通过有限元分析模型，分析计算了该桥梁的受力性能和拓宽横向分布系数，为预制小箱梁桥拓宽施工提供了依据。
预制小箱梁，交通组织，受力性能，挠度
0 引言
目前，国内外学者都已经对桥梁拓宽施工工艺进行了大量的试验，并仔细研究了其相关理论。混凝土湿接缝强度与桥梁结构都会受到交通荷载和振动的影响。在交通荷载状况下，为了保证工程质量，必须减小混凝土湿接缝两侧挠度差。交通管制、设置临时支承和剪力架、分时分段浇筑混凝土湿接缝以及施加钢骨体系辅助措施，都是减小湿接缝两侧挠度差的具体方法。
1 通车下交通组织及分时分段方案分析
1.1 通车下交通组织分析
在预制小箱梁桥拼宽施工时，为了保证接缝混凝土的浇筑质量，在通车条件下减小湿接缝两侧最大的挠度差，需要对通车下交通组织实行交通管制。在实际工作中常用的交通管制方案主要有4种，这4种交通管制方案都能够通过封闭与拼宽接缝比邻的车道来实现对重车的限制通行，达到交通管制的目的。第一种交通管制方案是在车道都开放的情况下对老桥的应急车道进行施工作业，其在老桥接缝处修建新桥。第二种方案是在确定拼宽毗邻车道承受荷载值的情况下，让其余车道承受标准车道荷载，其施工作业面仍然是老桥的应急车道。第三种方案是将其施工作业面置于封闭与拼宽接缝毗邻的车道上及老桥应急车道上，让其余车道来承受荷载。第四种方案的施工作业面与第三种方案一致，只不过其余车道承受测量荷载的最大值为3.24 t。
1.2 分时分段浇筑分析
在进行分时分段浇筑作业时，首先需要弄清楚分时分段浇筑作业的内涵。其中，分段浇筑指的是在浇筑混凝土湿接缝时，需要从梁宽处开始，然后向跨中逐段推进。分时是指在浇筑过程中每两段之间浇筑的间隔时间。在浇筑混凝土湿接缝时之所以要采用分时分段浇筑方法，主要是因为分时分段浇筑能够在一定长度内的两端支座附近，让其在承载少量交通荷载的情况下对该段的混凝土接缝进行浇筑。当混凝土接缝达到一定强度之后，为了发挥剪力架的作用需要将老桥面板上的交通荷载转移到新桥上，以减小老桥混凝土接缝的挠度差，并为后续工作的开展奠定基础。为了使整个浇筑过程的挠度差最小，在布局分段浇筑时要确定好拼宽接缝位置和浇筑长度。
2 受力性能分析
2.1 工程概况分析
假设某高架桥全长8 700 m，其预应力混凝土简支小箱梁结构为20 m，桥面连续，在设计其新旧小箱梁桥拼宽时需要同时遵循老桥新桥的标准。在设计预制小箱梁桥拼宽方案时，根据场地实际情况和老桥新桥的相关标准，可以采用上下部结构分别连接和分离的拼接方式并对其拼接处翼板采用刚性连接的拼接方式，以保证下部梁盖处于分离状态。一般情况下，长度为8 700 m的桥梁在侧旁需要用到20 m长的小箱梁3片，每片小箱梁的高度是120 cm，箱梁之间的中心距离是280 cm，箱梁会通过翼板但不会设置端横隔板。为了给新桥边梁处的翼板预留一定钢筋，需要在保留内部钢筋的情况下切除老桥护栏及边梁50 cm的翼板混凝土，并保证其拼接缝两侧的箱梁中心距、湿接缝宽度、厚度分别为273.5 cm,65 cm和20 cm。
2.2 有限元模型分析
在选取单元时，通常会根据Abaqus模型来确定沥青、混凝土以及橡胶的单元类型，然后再利用结构化网络划分技术来对具备复杂结构的预制小箱梁进行网格划分，并在其不停区域中确定其C3D4单元属性。需要注意的是在新老桥的湿接缝处的混凝土会采用C3D8R模型。在行车荷载下，桥梁的挠度和应变能力都会变得比较小，但其各结构部分是不会发生屈服的。在选择材料时需要遵循表1中的材料参数规定。
表1 材料参数参照表
拓宽前的老桥其预制小箱梁主要由沥青铺装层、预制小箱梁、橡胶支座以及混凝土铺装层4部分构成。为了在三维立体坐标体系中体现出这四者之间的关系，首先需要在Sketch模块中绘制沥青和混凝土铺装层及其支座的截面形状，并对其拉伸以得到主梁等截面区段的模型。要得到变截面区段的模型必须要先调整等截面区段的位置并合理选取其侧面封闭截面图形，然后对其进行放样操作。最后将这四部分进行绑定约束，将其主侧面连接在一起并将分析过程统一起来。这样便能够为新桥建立起约束类型一致的有限元模型。
2.3 接缝混凝土两侧挠度差分析
通过特有移动荷载追踪器能够确定老桥模型中的车辆载荷的最不利加载位置。根据我国交通管制相关规定，限重车道小车的轴载是3.2 t的SUV，满载时其后轴轴重为16.2 kN。为了得到最不利加载位置首先需要计算老桥拼宽侧跨中挠度值，然后根据其具体交通管制方案数值来开展桥梁拓宽工程。一般而言，四种交通管制方案的拼宽侧最大挠度值分别为4.983 mm,2.564 mm,1.822 mm,0.316 mm。在浇筑和养护湿接缝时，只有老桥会承载交通荷载，湿接缝混凝土强度会随着时间的延长而增加，此时，新桥也会承受一定的交通荷载。湿接缝的横向传递荷载能力会随着其强度的增大而变强，其挠度差会逐渐减小。在挠度差下降过程中，前三天数值变化会比较明显，后面则会比较缓慢。为了准确获得湿接缝两侧挠度差在跨中位置的最大值，需要在施工过程中分段浇筑接缝，以将其挠度差变为0。
3 桥梁拓宽横向分布系数分析
常规的理论计算方法随着拓宽桥梁荷载横向分布特性的变化而不能适应，在有限元模型中需要用数值分析技术来解决其主梁挠度并分析其荷载横向分布特征。其计算公式为：
其中，w为主梁挠度；M为弯矩；Q为剪力。主梁挠度和剪力都是正弦函数，弯矩是余弦函数，利用挠曲理论对其进行计算后可以发现主梁的挠度、荷载分布与内力都是一致的，并能够据此推断桥梁拓宽的横向分布。在桥梁上部模型中利用空间数值分析方法计算正弦荷载作用下的主梁跨中挠度，便能够得到其跨中横向分布影响线。跨中横向分布影响线的竖标值采用式是：
在研究不同厚度的湿接缝时，为了获得拓宽桥梁荷载的横向分布情况，需要对其连接刚度大小进行计算，并根据其规律来判断桥梁的承载性能。相关学者研究表明，各梁的横向分布系数与湿接缝厚度变化成反比关系，即湿接缝的厚度、刚度越小，各梁的横向分布系数就越大。这就要求在施工过程中必须要科学采用分时分段浇筑方案，提升混凝土接缝浇筑质量的同时合理控制两侧挠度差。以提高预制小箱梁桥的横向连接高度，减小横向系数分布值，进而从整体上提高桥梁的工作性能。在分析预制小箱梁拓宽施工工艺时，还需要注意减小挠度值，并根据混凝土强度变化速度科学浇筑跨简支桥梁，在3 d内做好其接缝处理工作。在选择交通管制方案时，一定要立足桥梁工程实际，合理确定管制方案和接缝周期，以最大限度降低挠度。
4 结语
预制小箱梁桥拓宽施工工艺，主要包括交通管制方案分析、分时分段浇筑、有限元模型分析、混凝土两侧挠度差控制以及桥梁拓宽横向分布系数分析等内容。在作业过程中，要注意总结经验和规律，以便在实践中提升预制小箱梁桥拓宽施工技术。
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[3] 沈理斌,刘俊良.预制小箱梁钢筋施工工艺控制[J].湖南交通科技,2008(4):113-114，157.
On analysis of widening construction craft of precast small box girder
Zhang Chao
(ShanxiAcademyofTransportation,Taiyuan030006,China)
The paper introduces the traffic organization in traffic and time-sharing and segmentation scheme, analyzes the stressed performance and widening horizontal distribution coefficient of the bridge by the finite element analysis model by taking some forecast small box girder’s widening project, so as to provide some reference for the widening construction of the forecast small box girder.
forecast small box girder, traffic organization, stressed performance, deflection
1009-6825(2017)13-0198-02
2017-02-21
张 超(1985- )，男，助理工程师
U445
A
