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 彭夢(mèng)澤

 （中鐵大橋局集團(tuán)公司設(shè)計(jì)分公司  武漢  430050）

摘要  南昌大橋于2013年進(jìn)行了互通立交改造工程設(shè)計(jì)。原檢修道經(jīng)拓寬改造為行車道后，需對(duì)該處懸臂板進(jìn)行加固局部設(shè)計(jì)。結(jié)合該實(shí)際工程，在懸臂板加固中提出鋼托架加固法，并采用有限元分析的方法進(jìn)行了理論分析以驗(yàn)證其可行性，該實(shí)際應(yīng)用取得了良好的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)效果，也保障了互通立交改造工程的順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞  南昌大橋  互通立交改造工程  長(zhǎng)懸臂板預(yù)加固  鋼托架  提高抗彎能力

1工程概況

南昌大橋是我國(guó)首座采用雙層橋面的預(yù)應(yīng)力混凝土橋，大橋于1 994年1月建成通車，至今已經(jīng)運(yùn)營(yíng)19年有余。2013年，南昌大橋主橋擬新建匝道引橋以滿足大橋通行量日益增大的要求，原檢修道將被拆除，成為行車道的一部分，新建匝道橋改造布置見圖1，橫斷面布置見圖2。

經(jīng)計(jì)算，主橋原結(jié)構(gòu)在互通工程改造后，原箱梁結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力損失、橋面行車道拓寬等因素影響下，主橋箱梁翼緣板不能滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。以確�；ネüこ谈脑旌�，主橋互通運(yùn)營(yíng)的安全性。

2橋梁加固方案理論分析

2.1  加固方案初擬

南昌大橋?yàn)槟喜�市�?nèi)連接朝陽(yáng)洲和紅谷灘之間的重要通道，日通行量大，交通負(fù)荷重，因此，在對(duì)互通立交長(zhǎng)懸臂板局部加固時(shí)，首先需要考慮的就是制定的方案應(yīng)盡量減少對(duì)通行的影響，或盡量降低加固方案對(duì)道路封鎖的需求。

 考慮到本橋?qū)τ趹冶郯逑虏客ㄐ袃艨占皹蛄涸煨兔烙^性的需求，放棄增大截面加固的方法。應(yīng)業(yè)主要求，為避免因封閉交通造成的交通組織壓力過大，摒棄懸臂板上緣增設(shè)鋼筋并重構(gòu)橋面鋪裝的加固方案。初步擬定2種加固方案：①懸臂板下緣粘結(jié)鋼板；②懸臂板下緣增設(shè)鋼托架。

2.2加固方案理論分析

 按梁理論分別對(duì)方案①及方案②進(jìn)行理論分析，驗(yàn)證其可行性。

 按照現(xiàn)有狀態(tài)橋梁的實(shí)際檢測(cè)報(bào)告，箱梁空箱頂板跨中部位產(chǎn)生0. 05～0.1 mm裂縫。對(duì)比實(shí)測(cè)裂縫產(chǎn)生的位置及結(jié)果，經(jīng)計(jì)算，考慮預(yù)應(yīng)力由設(shè)計(jì)值損失至585 MPa，為原設(shè)計(jì)值的42%，與檢測(cè)報(bào)告結(jié)果相符。

采用MIDAS／CIVIL7. 90建立有限元橫向計(jì)算模型，取縱橋向3m為一個(gè)計(jì)算單元。自重由程序自動(dòng)計(jì)入，二期恒載（橋面鋪裝）為6 cm混凝土墊層和6 cm瀝青混凝土面層，二期恒載按8.3 kN／m計(jì)算，預(yù)應(yīng)力按實(shí)際位置布置，考慮預(yù)應(yīng)力鋼束張拉力按585 MPa計(jì)算，活載（車輛荷載）考慮分布寬度按圖3計(jì)算，沖擊系數(shù)取值0.3。溫度荷載所有設(shè)計(jì)尺寸按22℃計(jì)算；頂板日照溫度按高于或低于其余部分10 0C考慮。荷載組合按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)進(jìn)行組合。橫向計(jì)算模型見圖4。

 計(jì)算可知，現(xiàn)有狀態(tài)短期效應(yīng)組合下，截面上緣最大拉應(yīng)力為1. 68 MPa;長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，截面上緣有拉應(yīng)力1. 02 MPa;箱梁空箱頂板跨中部位計(jì)算最大裂縫寬度為0. 085 mm，與檢測(cè)報(bào)告一致；懸臂段上緣有最大裂縫寬度0. 25 mm，不滿足A類及B類構(gòu)件要求。

 對(duì)方案①計(jì)算可知，若需滿足B類構(gòu)件要求，粘結(jié)鋼板需達(dá)到6 cm厚度。若采用6 cm厚度進(jìn)行粘貼，很難保證鋼混結(jié)合面的貼合度，容易導(dǎo)致后期鋼板剝離達(dá)不到理想的加固效果。因此，方案①不可行。

方案②懸臂板底部增設(shè)鋼托架方案見圖5。

依據(jù)上述結(jié)構(gòu)布置，懸臂板根部及空箱頂板跨中為受力控制截面，提取該斷面內(nèi)力，依據(jù)梁理論及疊合梁理論計(jì)算可知，鋼托架最大應(yīng)力值為73.6 MPa;短期效應(yīng)組合下，頂板最大應(yīng)力值為1. 19 MPa，滿足A類構(gòu)件要求；長(zhǎng)期效應(yīng)下，頂板跨中有拉應(yīng)力0. 08 MPa，不滿足A類構(gòu)件要求；加固后結(jié)構(gòu)經(jīng)計(jì)算不產(chǎn)生裂縫，滿足B類構(gòu)件要求。因此，方案②切實(shí)可行。為驗(yàn)證梁理論分析的精確性，建立ansys仿真模型，按實(shí)際最不利荷載位置布置活載，活載分布見圖6。有限元模型及部分仿真計(jì)算成果見圖7～圖10。

2.3計(jì)算結(jié)果對(duì)比

計(jì)算成果對(duì)比見表1。

 根據(jù)上述理論分析及對(duì)2種加固方式的計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，最終選取懸臂板下部增設(shè)鋼托架的方案以實(shí)現(xiàn)提高懸臂板剛度，增強(qiáng)截面的抗彎能力的目的。

3結(jié)語(yǔ)

 隨著城市交通負(fù)荷的日益增大，舊橋改造已成為保障城市橋梁適應(yīng)交通需求的重要手段。但在舊橋的實(shí)際改造工程中，針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式，需對(duì)舊橋細(xì)部構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)分析，杜絕任何改造對(duì)原結(jié)構(gòu)留下安全隱患，避免出現(xiàn)安全事故。

 2013年，南昌大橋互通立交改造工程（含加固工程）全部完工。改造工程完工至今，互通立交通行安全性得到實(shí)際驗(yàn)證。經(jīng)歷幾年的運(yùn)營(yíng)，也證明該鋼托架加固方案在實(shí)際工程應(yīng)用中切實(shí)可行，此方案對(duì)交通影響較小，實(shí)際施工方便快捷，是一種切實(shí)可行的互通立交改造加固方法。