周牡丹
北京建达道桥咨询有限公司，北京 100000
摘要：近年来，随着我国经济建设的迅猛提升，人们生活条件得到了很大的改善，使得汽车的持有量呈现逐年上升的趋势。而现有的路桥已经不能满足人们的出行需求，需要对其进行改造，使得桥梁拼宽改造成为当前建设的重点项目，对原有公路桥梁进行拼宽设计，不仅技术要求高，而且对交通的影响比较大。基于此，本文以某桥梁项目为研究对象，分别从拼宽与加固原则、拼宽方案论证及加固方案比选等方面进行阐述，希望可以为类似工程提供参考。
关键词：公路桥梁；拼宽设计；加固；
1桥梁拼宽的重要性与加固原则
1.1 桥梁拼宽的重要性
现阶段，随着我国综合国力的不断提升，国内一些发达地区最早建设的公路经过长年高负荷运转，已经损坏严重，急需改造。同时，由于早期经济水平不高，车流量不是很多，早期设计的公路桥梁不能满足日益增长的交通流量，必需对其进行加宽设计，高速公路拓宽改造已迫在眉睫。高速公路扩建的一个重要的方面是对既有桥梁进行扩建、改造。其中涉及对既有桥梁现状的认识，以及扩建后新、老桥梁共同工作的性能等。因此，在桥梁扩建前对既有桥梁的使用状况、承载能力进行评定是十分有必要的。
1.2 桥梁加固原则
（1）认真查看老桥竣工图，以老桥图纸为基础，严格外业勘测，对老桥的坐标、高程值等进行核查；（2）对老桥进行评定，根据等级不同，制定相应的加固利用措施；（3）根据桥梁现行规范对老桥荷截进行验算，不能满足新规范的，需要进行加固；（4）对于拼宽桥梁来说，所运用的结构及跨径必需与原有桥梁一致，必需满足规范标准要求；（5）在公路桥梁的拼宽设计时，还应该重视新桥与旧桥之间的沉降、结构等变形差。
2 桥梁拼宽改造技术研究分析
目前来看，对原有桥梁进行拼宽改造有３种方法，第一种上部结构和下部结构互不连接，拼宽部分的完全独立建设，该种方法的优点是对于车流量较大的桥梁是比较实用的，可以在不影响既有桥梁运行的情况下正常施工，既有桥梁和拼宽部分相互不影响，不仅施工较为便捷，而且受力非常简单。其缺点是在既有桥梁与拼宽桥梁相接的沥铺装层桥面易产生纵向裂缝，后期需经常对其养护。第二种方法是上部结构与下部结构均相连，其优点是既有桥梁与拼宽部分形成一个整体，一定程度上减小了外部荷载对其产生的过大变形。其缺点是既有桥梁与拼宽部分由于混凝土等新旧材料存在着差异，在相接的位置易产生较大的附加应力，并且在施工过程会对既有桥梁的交通运行产生较大影响。第三种方法是上部结构相连，下部结构不相连，这种方法结合了前２种方法，桥面沥青铺装不易产生裂缝，同时对整个结构也不会产生过大的附加应力，在拼宽施工过程中也可以保持车辆的正常运行。故在既有桥梁的改扩建拼宽项目中广泛应用。
3 工程实例分析
3.1 桥梁概况
某公路既有桥梁为桥宽12.5ｍ、跨径20ｍ的空心板简支梁桥，共10片主梁，其边、中板横断面及结构形式见图１和图２。改扩建后新桥为桥宽20.5ｍ、跨径20ｍ的空心板简支梁桥，在既有桥梁的结构基础上拼接了６片主梁，一共16片主梁。
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3.3 计算结果分析
3.3.1 正截面抗弯强度验算
在JTG 3362 - 2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（下文简称《18规范》）体系下，既有桥梁的正截面抗弯强度计算结果见表１。
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由表１可见，既有桥梁在最不利荷载组合作用下，边、中板设计弯矩均小于结构抗力，正截面抗弯承载力能力均满足《18规范》要求。
在JTG3362－2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（下文简称《18规范》）体系下，改扩建后新桥的正截面抗弯强度计算结果见表２。
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由表２可见，改扩建后新桥在最不利荷载组合作用下，边、中板设计弯矩均小于结构抗力，正截面抗弯承载力能力均满足《18规范》要求。
3.3.2 斜截面抗剪强度验算
在《18规范》体系下，既有桥梁在支点附近斜截面抗剪强度计算结果见表３。
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由表3可见，既有桥梁在最不利荷载组合作用下，边、中板支点附近斜截面设计剪力均小于结构抗力，抗剪截面均满足《18规范》要求。
改扩建后新桥在支点附近斜截面抗剪强度计算结果见表４。
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由表４可见，改扩建后新桥在最不利荷载组合作用下，边、中板支点附近斜截面设计剪力均小于结构抗力，抗剪截面均满足《18规范》要求，斜截面抗剪承载力均满足《18规范》要求。
3.3.3 应力、抗裂验算
在《18规范》体系下，既有桥梁正截面压应力、正截面抗裂计算结果见表５、表6。
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由表５、表6可见，既有桥梁在最不利荷载组合作用下，边、中板正截面拉应力、正截面压应力均小于规范限值，满足《18规范》要求。
在《18规范》体系下，既有桥梁的主应力计算结果见表7。
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由表7可见，在最不利荷载组合作用下，边、中板主应力小于规范限值，满足《18规范》要求。
经计算，在《18规范》体系下，改扩建后新桥在最不利荷载组合作用下，边、中板上、下缘拉应力和主拉应力均小于规范限值，抗裂性能满足《18规范》要求。
3.3.4 挠度验算
在《18规范》体系下，以汽车荷载（不计冲击力）计算的上部构造最大挠度不应超过计算跨径的1／600，计算结果见表5、表6。
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由表5、表6可见，改扩建前既有桥梁边、中板的长期挠度以及改扩建后新桥边、中板的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后，主梁的最大挠度均小于限值，满足《18规范》要求。
4 老桥加固方案比选
（1） 增大截面法。此方法是通过增大构件截面高度，根据这部分增加的结构与原有构件变形协调、让新旧结构可能共同受力，确保原构件的刚度与强度能够增强。此方式的主要缺点为：在原有的基础上增加其高度，导致施工较为繁杂，不仅增加了高度，而且增长了施工周期，对环境保护不利。
（2） 粘贴钢板法。钢板在胶黏剂的作用下，对构件受拉、受剪薄弱部位加固，使结构的抗剪承载力可以提升。此方法不仅施工比较简单，而且施工周期比较短，对老旧桥梁的结构外形影响较小；此方法的主要缺点为：钢材经过长时间的暴露，就会产生铁锈，影响加固效果，需要维护人员定期养护。
（3） 粘贴碳纤维复合材料法。相比于传统加固法，粘贴碳纤维复合材料法属于主动对结构施加预应力，不仅可以在一定程度上改变结构的受力性能，而且更环保。但是，此方法最大的缺点就是造价太高，但是，从桥梁全寿命周期的角度进行考虑，碳纤维复合材料的运用优势也比较明显，此技术在很多改扩建项目中被广泛的应用。
结束语
综上所述，本文以某公路路段改扩建项目为依托，对该项目中的既有桥梁和改扩建后新桥进行有限元建模计算，较为系统地对桥梁承载能力进行了分析，并且研究分析了现有阶段的３种拼宽改造技术，得出以下结论。1）对原有桥梁拼宽改建后，桥梁的正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度、抗裂，以及挠度验算都可以达到规范标准要求。2）在原有桥梁的基础上，对老桥进行拼宽改造，不仅可以满足承载能力，而且也符合规范标准，同时，也能增加桥梁的宽度，多出几条车道，确保公路的通行效果。3）建议采用上部结构相连，下部结构不相连的拼宽方式，这种方法对结构的受力影响较小，同时施工过程也可以保证既有桥梁的正常运行。
参考文献：
[1] 交通运输部公路科学研究院.JTG/TH21-2011，公路桥梁技术状况评定标准[S].北京：人民交通出版社，2019.
[2] 中交公路规划设计院有限公司.JTGD60-2015，公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2019.
[3] 中交公路规划设计院有限公司.JTG3362-2018，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2018.