既有市政桥梁拓宽改造中的新旧结构连接技术与受力协同性分析

引言：在城市化进程加速的背景下，城市交通流量持续增加，许多既有市政桥梁已无法满足日益增长的交通需求。对既有市政桥梁进行拓宽改造成为解决交通拥堵、提升桥梁承载能力的重要手段。然而，在拓宽改造过程中，新旧结构的连接技术以及它们之间的受力协同性是关键问题。若连接技术不合理或受力协同性不佳，可能导致新旧结构出现裂缝、变形等病害，影响桥梁的使用寿命和安全性。因此，深入研究既有市政桥梁拓宽改造中的新旧结构连接技术与受力协同性具有重要的现实意义。

一、既有市政桥梁拓宽改造中的新旧结构连接技术

1. 植筋连接技术

植筋连接技术是在既有桥梁结构上钻孔，然后植入钢筋，并注入结构胶，使新增结构与既有结构通过钢筋连接在一起。这种连接技术的优点是施工方便、对既有结构损伤小。在施工过程中，只需在既有结构上准确钻孔，植入钢筋并固定即可。然而，植筋连接的锚固力有限，在承受较大荷载时，可能会出现钢筋拔出的情况。它适用于对连接强度要求不是特别高的部位，如一些小型桥梁的拓宽改造。

2. 湿接缝连接技术

湿接缝连接是在新旧结构之间设置一定宽度的湿接缝，在其内布置连接钢筋并浇筑高性能混凝土，通过新旧混凝土的粘结与钢筋的锚固作用实现整体受力。该连接方式能有效传递剪力和弯矩，显著提升结构的整体性与承载能力。由于现浇混凝土与原有结构紧密结合，具有良好的耐久性和抗震性能。但施工工艺复杂，需严格控制混凝土配合比、浇筑密实度及后期养护，防止收缩开裂。对模板支设、钢筋定位和环境温湿度也有较高要求。因此，湿接缝广泛应用于对结构连续性与安全性要求较高的大型桥梁拓宽、节段拼装桥及既有结构加固工程中。

3. 预应力连接技术

预应力连接技术是通过在新旧结构中施加预应力，使两者紧密结合并共同承受荷载。预应力连接能够有效提高新旧结构的受力协同性，减少结构的变形和裂缝。它可以采用体外预应力或体内预应力的方式。体外预应力施工相对方便，但耐久性需要特别关注；体内预应力则能够更好地与结构结合，但施工难度较大。预应力连接技术适用于对结构变形控制要求较高的桥梁拓宽改造。

二、既有市政桥梁新旧结构受力协同性分析

1. 理论分析方法

理论分析是研究新旧结构受力协同性的基础方法。可以采用结构力学、弹性力学等理论，建立新旧结构的力学模型，分析在不同荷载作用下新旧结构的内力分布和变形情况。例如，对于简支梁桥的拓宽改造，可以将新旧梁视为一个整体结构，通过求解平衡方程和变形协调方程，得到各部分的内力和变形。理论分析能够为后续的数值模拟和试验研究提供理论依据。

2. 数值模拟方法

数值模拟是利用计算机软件对新旧结构的受力情况进行模拟分析，广泛应用于既有建筑加固与改扩建工程。常用软件包括ANSYS、Midas 等有限元分析工具。通过建立精确的三维有限元模型，综合考虑混凝土与钢材的材料非线性、界面接触、滑移效应及几何非线性等因素，能够真实反映新旧结构在静力、动力及复杂环境荷载下的协同工作性能。数值模拟可对比植筋、后锚固、湿式连接等不同构造措施的传力机制，评估应力分布、变形协调与薄弱部位，为连接节点优化、施工顺序制定及安全性验算提供科学依据，显著提升改造工程的设计精度与可靠性。

3. 影响受力协同性的因素

影响新旧结构受力协同性的因素众多。连接技术的选择直接影响到新旧结构之间的传力性能。合理的连接技术能够使荷载在新旧结构之间均匀传递，提高受力协同性。结构的刚度差异也是重要因素之一。若新旧结构的刚度相差较大，在荷载作用下容易出现变形不协调的情况，导致结构受力不均。施工质量、材料性能等也会对受力协同性产生影响。

三、提高既有市政桥梁新旧结构受力协同性的措施

1. 优化连接设计

在进行连接设计时，应根据桥梁的结构形式、使用环境和施工条件选择合适的连接技术。对于不同类型的桥梁和不同的荷载工况，应进行详细的力学分析和方案比选，必要时采用有限元模拟验证连接性能。合理布置连接钢筋的数量、直径和间距，确保连接部位具有足够的强度、刚度和延性。在设计过程中，还应考虑连接部位的构造细节，如倒角处理、加强肋设置等，避免出现应力集中现象，并兼顾耐久性与可施工性，提升整体结构的安全性与使用寿命。

2. 控制施工质量

施工质量是保证新旧结构受力协同性的关键。在施工过程中，应严格按照施工规范和设计要求进行操作，强化全过程质量控制与技术交底。对于植筋连接，要保证钻孔深度、孔径和钢筋植入深度符合要求，结构胶应选用耐久性良好的改性环氧类材料，确保注胶饱满、无空鼓。对于湿接缝连接，要严格控制混凝土的配合比、坍落度及和易性，合理安排浇筑顺序，充分振捣避免漏振或过振，并加强早期养护，防止收缩开裂。对于预应力连接，需采用标定合格的张拉设备，按照设计张拉顺序和控制应力分级施加预应力，确保预应力值准确并及时锁定锚具。同时，各工序应加强隐蔽工程验收和现场检测，确保连接节点的可靠性与整体结构的安全耐久。

3. 加强监测与维护

在桥梁拓宽改造完成后，应加强对桥梁的监测与维护。应在新旧结构交界处及关键受力部位科学布设传感器，实时监测应力、应变、位移和温度等参数，建立动态监测系统，实现数据自动采集与预警分析。一旦发现异常变形或应力突变，立即启动应急预案，组织专家评估并采取加固措施。同时，制定周期性养护计划，定期开展结构全面检查，尤其加强对拼接缝、支座、墩台等连接部位的巡视与检测，及时修复裂缝、混凝土剥落等病害，防止疲劳损伤累积，确保桥梁整体性能稳定和长期安全运营。

结语

既有市政桥梁的拓宽改造是解决城市交通问题的重要举措，而新旧结构连接技术与受力协同性是其中的关键环节。通过对常见连接技术如植筋连接、湿接缝连接和预应力连接技术的分析，我们了解到不同技术各有优缺点及适用场景。在受力协同性分析方面，理论分析和数值模拟为我们深入了解新旧结构的受力情况提供了有效手段，同时明确了影响受力协同性的多种因素。为了提高新旧结构的受力协同性，我们需要从优化连接设计、控制施工质量和加强监测与维护等方面入手。在未来的既有市政桥梁拓宽改造工程中，应进一步加强对连接技术的研究和创新，不断提高受力协同性分析的准确性和可靠性。要注重施工过程中的质量控制和后期的监测维护工作，确保拓宽后的桥梁能够安全、可靠地运行，为城市交通的发展提供有力保障。

参考文献：

[1]李雪峰.城市既有桥梁结构拓宽改造的技术研究[J].中国市政工程,2019,(04):94-97+101,121.

[2]吴钟权.市政道路桥梁拓宽改造工程中的关键技术问题研究[J].城市地理,2020,(20):40-42.