在役超长连续箱梁旧桥拼接新技术研究

0. 引言

随着中国经济的高速增长，从而带动了交通运输事业的蓬勃发展。截至2017 年，我国公路运营里程达到477.35 万公里，其中高速公路达到13.5 万公里，总量居于世界第一位，二级及以上等级公路里程 62.22 万公里，所有等级公里运营里程达到 433.86 万公里，占公路运营里程的 90% 以上 [1]。客货运输量的大幅度提高，使得交通需求急剧增加。早期建设的高速公路已经无法满足现有的交通量，极易造成拥堵，通行能力严重不足，使得高速公路的服务水平滞后。对于此，高速公路需要扩建旧线或新建复线来提高通行能力，缓解高速公路的交通拥堵状况。

在高速公路改扩建工程中，由于工程周期长、施工困难和对周围环境影响密切，因此桥梁的拓宽与拼接在整个改扩建工程中起到控制性作用。对既有桥梁进行拓宽与拼接能够有效降低对周围环境造成的破坏，能够提高既有桥梁的使用年限，使桥梁发挥最佳的使用性能。

根据设计图纸，采用有限元软件 Midas Civil2022 建立整体有限元模型进行受力分析。采用梁格法建立整体有限元模型。整体有限元模型如图3.1 所示、整体有限元模型横断面如图 3.2 所示。整体有限元模型采用梁单元模拟，划分为4358 个节点和4288 个单元，其中左右幅箱梁均包含282 个节点、281 个单元，每道横肋包括7个节点、6个单元。在本章中，i端表示靠近桥梁纵向距离0m位置，j 端表示靠近桥梁纵向距离780m 位置。

由图 1 可以得出：在不同工况下，左幅箱梁的弯矩在不同位置数值大小不一，但弯矩的数值变化有着一定规律。在工况 1 作用下，左幅箱梁在第 1、16 跨未出现正弯矩，并且在第 1 跨 i 端、第 16 跨 j 端出现最大负弯矩，均为 -34262.9KN⋅m ；左幅箱梁在第 2、15 跨跨中出现最大正弯矩，分别为19445.3KN·m、15259.8KN·m。并且由跨中向两端正弯矩逐渐降低，在第2 跨i 端、第 15 跨 j 端弯矩均为 0，在第 2 跨 j 端、第 15 跨 i 端出现负弯矩；第 3^～15 跨每跨的正弯矩最大值均出现在各跨跨中，并由跨中向两端逐渐降低，在两端支座位置出现负弯矩。

在工况2、3 作用下，左幅箱梁第1、16 跨未出现正弯矩；在第2、15 跨跨中出现最大正弯矩，分别为 33634.4KN ⋅m 、 33707.0KN⋅m 。并且由跨中向两端正弯矩逐渐降低，在第 2 跨 i 端、第 15 跨 j 端弯矩均为 0，在第 2 跨 j 端、第15 跨 i 端出现最大负弯矩，为 -42170.6KN∙m. 、-42886.2KN ⋅m ；第 3^～15 跨每跨的正弯矩最大值均出现在各跨跨中，并由跨中向两端逐渐降低，在两端支座位置出现负弯矩。

综合以上所述，工况3 为左幅箱梁弯矩的最不利工况，且最不利位置为第2、15 跨跨中。

在工 2 作用下，左幅箱梁第 1 跨的截面上缘应力最大值出现在该跨的靠近j 端位置，第 16 跨的截面上缘应力最大值出现在该跨的靠近 i 端位置；左幅箱梁第 2^～15 跨各跨截面上缘应力最大值出现在各跨跨中，并且由各跨跨中到各跨两端截面上缘应力逐渐降低；左幅箱梁截面上缘应力最大值出现在第 2、15跨跨中，分别为 -8.47MPa、 -8.51MPa 。

在工况 3 作用下，左幅箱梁第 1、16 跨各跨的截面上缘应力最大值出现在跨中，第1、16 跨各跨不同位置处截面上缘应力变化不大；左幅箱梁第 2^～15 跨各跨截面上缘应力最大值出现在各跨跨中，并且由各跨跨中到各跨两端截面上缘应力逐渐降低；左幅箱梁截面上缘应力最大值出现在第 2、15 跨跨中，分别为 -9.22MPa、 -9.25MPa. 。

由图3.14 可以得出：在不同工况下，左幅箱梁在不同位置处的截面下缘应力数值大小不一，但是应力的分布有着一定的规律。在工况 1 作用下，左幅箱梁截面下缘处于受压状态，未出现拉应力。左幅箱梁在第 1 跨 i 端、第 16 跨 j端出现截面下缘应力最大值，均为 -13.2MPa ，并且由第 1 跨 i 端到 j 端、第 2跨j 端到i 端截面下缘应力逐渐降低；第 2^～15 跨的各跨截面下缘应力最小值出现在各跨跨中，并且由跨中到两端截面下缘应力逐渐增大。

在工况 2 作用下，左幅箱梁第 1、16 跨截面下缘均处于受压状态，且各跨不同位置截面下缘应力变化幅度不大；左幅箱梁第 2、15 跨中截面下缘应力出现拉应力，但是拉应力较小，仅为 0.03MPa. 。左幅箱梁在第 2 跨 j 端、第 15 跨i 端截面下缘应力出现最大值，均为 -13.8MPa ；第 3^～14 跨的各跨截面下缘均处于受压状态，各跨压应力最小值出现在各跨跨中，并且由跨中到两端截面下缘应力逐渐增大。

在工况 3 作用下，左幅箱梁第 1、16 跨截面下缘均处于受压状态，且各跨不同位置截面下缘应力变化幅度不大；左幅箱梁在第 2、15 跨跨中，截面下缘拉应力出现最大值，均为 1.6MPa. 。在第 2 跨 j 端、第 15 跨 i 端截面下缘压应力出现最大值，分别为-15.1MPa、 -15.2MPa ；左幅箱梁第3、14 跨截面下缘均处于受压状态，各跨应力最小值出现在跨中，并且由跨中到两端截面下缘应力逐渐增大；第 2^～13 跨跨中截面下缘均出现拉应力，但拉应力较小，且从跨中向两端拉应力逐渐降低直至出现压应力，越往两端压应力越大。

综合以上所述，工况 3 为左幅箱梁截面下缘应力最不利工况，且最不利位置为第2、15 跨跨中。

结论

基于 Midas Civil2022 有限元软件建立了双幅大悬臂翼缘板超长连续箱梁桥横向拼接整体模型。研究了桥梁的左右幅箱梁、横肋在不同工况下的位移及受力状况。具体结论如下：

（1）双幅大悬臂翼缘板超长连续箱梁桥横向拼接后，在不同工况作用下桥梁左右幅箱梁的受力及位移相差较小，左右幅箱梁拼接后具有良好的整体性。

（2）通过分析桥梁在工况 1、工况 2、工况 3 作用下的受力及位移状况，表明工况3 为桥梁的最不利工况。

（3）通过研究桥梁在最不利工况即工况 3 作用下的位移及受力状况，得出最不利工况下左右幅箱梁的受力最不利位置为第 2、15 跨跨中，并且在最不利工况下第2、15 跨跨中附近横肋受力最为不利。

参考文献：

[1] 张丽芳, 麻海燕, 余红发, 王莹, 梅其泉. 拓宽箱梁连接段受力性能的对比试验研究 [J]. 中南大学学报 ( 自然科学版 ), 2020, 51(09): 2538-2545.

[2] 王力冬 . 软土地基上新老拼接桥梁典型病害分析 [J]. 城市道桥与防洪 , 2019, (05): 225-227+26-27.