党利民

（山西省忻保高速公路建设管理处，山西 忻州034000）

1 引言

由于中国经济的快速发展，车流量也快速增长，当前道路基础设施已无法满足日益增长的交通需求。仅仅只依靠新建公路和桥梁来适应日益增长的交通量需求，不仅仅是浪费现有公路和土地资源，并且实现的可能性也很小。所以合理地利用正在使用的公路桥梁，通过对正在使用的公路桥梁进行扩建，以提高桥梁的通行能力和荷载等级，是一条可行的途径，也是现阶段大力推行的一种方法[1]。

对于带有横隔板的钢筋混凝土T形梁桥，旧桥的边梁与新增构件在梁肋处连接是前苏联提出的拓宽原则。在拓宽一座有多片梁的钢混简支梁桥工程中，由于拓宽后翼缘板受力改变且边梁的承载力下降较大，所以为了增大边梁的刚度，前苏联道路科学研究院提出了如图1所示的加宽方法[2]。

图1 上部结构拓宽拼接（单位：cm）

近几年，俄罗斯在进行小跨径桥梁拓宽时，由于大部分新老桥梁结构之间没有连接，只有行车道板的垫层相连接。在实际应用后发现，由于没有进行可靠的横向连接，结构出现了如防水层裂缝、板底裂缝、路面裂缝等问题。

凿除边梁的翼缘板一定长度的方法是国内T形梁桥常常采用的拓宽方案，通过现浇混凝土和横隔梁（板）连接新旧T梁，如图2所示[3]。

图2 国内T梁桥的拓宽连接方法（单位：cm）

国内在进行T形梁桥拓宽时，为了解决桥梁拓宽后由于新旧桥梁结构的不均匀沉降所引起的挠度和内力的变化，常用的做法是利用与原结构相同的T梁进行拓宽，使新旧部分变形协调一致，构成一个整体。有时为了提高设计等级或者施工方便，才会使用与旧桥不同的形式进行梁桥拓宽。

目前，针对不同的施工工艺及拼接构造，国内很多学者对新、老T形桥梁结构性能、结构设计方法、新旧桥结构的收缩徐变差异及不均匀沉降等在拓宽后对结构性能的影响等问题进行了研究。

到目前为止，在T梁桥拓宽方面的研究，大部分还是停留在就具体事例进行具体分析和经验总结的层面上，对T 形梁桥拓宽方案的研究还不全面。同时很多旧桥已难以满足不断更新的规范要求，随着车流量的增加和公路等级的提高，以及受经济、净空等条件的限制，在拓宽的同时，还需要提高旧桥的承载力。这时候，T形梁桥的拓宽就需要刚度很大的主梁，而目前为止国内外对此研究得很少。本文针对T形梁桥拓宽时可能存在的问题，提出在选择拓宽方法时，主要依据公路桥涵通用图，具有通用性，可为今后类似情况下的桥梁拓宽提供参考。本文主要研究内容如下：（1）拓宽T形梁桥的主梁不同连接方式的荷载横向分布系数的计算模式；（2）通过对梁格法和刚接梁法两种方法的对比，确定了无横隔梁和有横隔梁拓宽拼接T梁桥的有效荷载横向分布系数的计算方式，同时对比了在两种连接方式下，桥面板拓宽前后新、老桥的各梁横向荷载分布系数的变化规律。

2 T梁桥在拓宽时的荷载横向分布计算

近年来，随着工程师对桥梁拓宽的研究增加，较常采用的是桥面板、横隔梁和翼缘板均相连接的连接方式。小跨径钢筋混凝土桥梁主梁可采用前苏联提出的拼接法。

然而对于拓宽梁桥来说，最重要的改变是拓宽后横向分布系数的变化。不同的拼接拓宽方式可采用不同的计算模式，确定合理正确荷载横向分布系数的计算方式对拼接拓宽设计及以后的荷载试验都有重要的影响。

2.1 有横隔梁连接的T形梁桥荷载横向分布计算模式

目前关于有横隔梁连接的T形梁桥横向分布系数的计算，已有许多人做过研究，一般情况下采用现有的荷载横向分布系数的计算方法就能实现。对比各个横向分布系数的计算方法的适用范围，认为适用的是刚接梁法和比拟正交异性板法[4]。

荷载横向分布系数计算模型：旧桥为钢筋混凝土简支刚接T 形梁桥，跨度L=19.5m，桥面净宽为7m，有5根预制T形主梁，每根等截面T梁有2根端横梁，每根常截面T梁有3根内横梁，横隔梁间距为4.88m，采用单侧形式拓宽，采用与原截面T 梁相同截面的拓宽主梁，拓宽部分横断面及T梁截面如图3 所示。T 梁编号为：旧桥主梁变化梁从左到右分别为1、2、3、4、5，拓宽新梁编号从左到右分别为6、7、8、9。求拓宽后荷载的横向分布系数。

图3 横断面布置图（单位：cm）

2.1.1 有横隔梁连接的T形梁桥荷载横向分布系数的变化规律

对于横隔梁连接的T形梁桥，使用刚接梁法计算时，可近似地把横隔梁与实有桥面板一起转化成等刚度的虚拟桥面板来计算，具体方法见《公路桥梁荷载横向分布计算》[5]。

计算荷载横向分布系数时，通过MIDAS/CIVIL软件用梁格法建立有限元模型，如图4所示。在有横隔梁的地方用横隔梁连接，无横隔梁的地方用虚拟横梁连接，虚拟梁的厚度与翼板的厚度相同，宽度取虚拟梁中距。对跨中施加移动荷载，提取各梁的挠度值，用各片梁的挠度值确定横向影响线[6]，通过横向影响线，求得横向荷载分布系数[7]。

图4 梁格法有限元模型图

由图5可见，不同的两种荷载横向分布系数的计算结果数值相差不大，变化趋势基本一致。整体来说，梁格法计算数值比刚接梁法计算结果稍小，但误差都不大，在2%以内。由计算结果可知，刚接梁法可以用来计算有横隔梁的T梁拓宽梁桥荷载横向分布系数。

图5 两种方法荷载横向分布系数对比

2.1.2 有横隔梁连接的T形梁桥拓宽前后横向分布系数

同时，将新、旧桥的各片梁的荷载横向分布系数进行对比，如图6所示。

图6 拓宽前后旧桥荷载横向分布系数对比图

由图6可看出，采用有翼缘板、横隔梁和桥面的，主梁拓宽桥梁后，旧桥主梁只有1#梁的横向荷载分布系数略有增加，而2#～5#主梁都略有降低，并且以旧桥的加宽侧边梁减小最为明显。新桥中梁为加宽侧的旧桥边梁，该边梁对于提高荷载的效果明显，但对未拓宽侧边梁的受力有不利的影响。

2.2 无横隔梁连接的T 形梁桥荷载横向分布计算模式

中小跨径的T形梁桥常采用无横隔梁连拓宽拼接方式。对于这种连接方式，《公路桥梁荷载横向分布计算》一书中也给出了计算方法。其横向荷载分布系数的计算模型与2.1节中实例旧桥完全相同，新桥拓宽连接形式也完全相同，只是在新桥和旧桥的连接处不设横隔梁，新旧桥梁横隔梁不相连，其拓宽后横断面如图7所示。

图7 横断面布置图（单位：cm）

2.2.1 无横隔梁连接的荷载横向分布系数

用刚接梁法计算荷载横向分布系数的方法是通过桥面板和T梁翼缘相连接，采用无横梁的刚接梁法进行横向分布系数的计算。由《公路桥梁荷载横向分布计算》[8]求出各梁在汽车荷载作用下横向分布影响线坐标值。通过各片梁的横向分布影响线坐标值计算出荷载横向分布系数。

同2.1.1 节计算方法相同，建立MIDAS 模型，无横隔梁连接的部分采用虚拟横梁刚接连接，虚拟梁取法与2.1.1 节相同，进而求出荷载横向分布系数。刚接梁法和梁格法计算结果的对比如图8所示。

图8 两种方法荷载横向分布系数对比

由图8可知，用两种方法计算得到的边梁的荷载横向分布系数基本相同，误差在1%以内，但无横隔梁连接的拼接拓宽部分的4#、5#、6#梁的计算结果相差较大。各片梁的横向荷载分布系数变化规律趋势基本一致，梁格法的计算结果比刚接梁法计算结果稍小。由计算结果可知，认为无横隔梁的刚接梁法仅翼缘板刚接起连接作用属过低估计。但是作为拼接拓宽的关键位置，可能会出现各种问题，偏安全地考虑荷载横向分布系数是合理的。所以刚接梁法可以用来计算无横隔梁连接的T梁拓宽梁桥横向荷载分布系数。

2.2.2 无横隔梁连接梁桥拓宽前后荷载横向分布系数

由图9可知，采用有翼缘和桥面板的拓宽方式拓宽桥梁后，旧桥主梁只有1#梁的横向荷载分布系数有所增加，2#梁系数基本不变，其他主梁均相应减小，5#梁（拓宽拼接侧）位置荷载横向分布系数减小量变小，加宽侧边梁荷载的承载力提高效果明显。

图9 拓宽前后旧桥荷载横向分布系数对比图

2.3 不同的拓宽连接方式横向荷载分布系数比较

对刚接梁法求得的两种拓宽方式的横向分布系数对比见图10。由图10 可知，无横隔梁连接时各梁荷载横向分布系数明显大于有横隔梁连接的各梁荷载横向分布系数。荷载横向分布系数差值更加明显的是无横隔梁连接的新旧主梁加宽位置处的主梁及其相邻主梁。无横隔梁的连接方式新桥边梁部分荷载横向分布系数的反而较小。而旧桥部分荷载横向分布系数都较大。

图10 两种拓宽方式荷载横向分布系数对比

将用刚接梁法求得的两种不同的拓宽方式的新旧桥部分拓宽前后的荷载横向分布系数进行对比，见图11。可以看出，有横隔梁连接方式对于减轻旧梁的荷载作用比无横梁连接方式明显，同时未拓宽一侧边梁荷载横向分布系数提高较小。

故对于有横隔梁的旧桥，在拓宽时，若施工条件允许，建议选用选择有横隔梁的拓宽连接方式，将新、旧横梁连接组合起来成为一个整体。若不方便设置横隔梁，则应加强桥面板与翼缘的连接。

图11 拓宽前后旧桥荷载横向分布系数对比图

3 结语

本文对两种拓宽方式下的横向荷载分布系数计算模式进行了研究。根据几种常用的荷载横向分布系数计算方法的适用范围，挑选出合适的计算方法进行计算，并与梁格法计算结果作对比，得出刚接梁法能够作为拓宽T形梁桥荷载横向分布系数的有效计算方法。

无横隔梁连接梁格法与刚接梁法在新旧桥主梁拼宽处计算结果相差较大，刚接连接的作用被过低地估计，从而使得横向分布系数较大。然而有横隔梁连接梁格法与刚接梁法的计算结果基本一致。

对比拓宽前后两种方法计算的荷载横向分布系数变化规律，能够看出桥梁的拓宽对旧桥部分有明显的提高荷载的作用，但是未拓宽一侧边梁提载作用并不明显，甚至横向荷载分布系数可能会提高。

对比两种拓宽方式下各片梁横向荷载分布系数可以发现，无横隔梁的连接方式对旧桥提载作用不如有横隔梁的连接方式明显，未拓宽一侧的边梁横向荷载分布系数提高幅度很小，整体的横向分布系数也较小；没有横隔梁的连接方式只有新桥边梁处的横向分布系数较小，拼接部分的T梁荷载横向分布系数都较大，对拓展连接的旧桥边梁较为不利，由此可知有横隔梁的连接方式更为合理。

[1] 张劲泉，李万恒.我国公路旧桥存在的问题及技术评价状况[J].交通建设与管理，2006（12）：59-63.

[2] 温庆杰.预应力混凝土箱梁拓宽结构计算理论研究[D].南京：东南大学，2008.

[3] 徐志强.公路T 梁桥拓宽拼接技术研究[D].南京：东南大学，2005.

[4] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2012．

[5] 宋建永，张浩阳，张树仁.公路桥梁荷载横向分布系数简化计算[J].东北公路，2006（4）：77-79．

[6] 李松辉，李冲，闫明.在役桥梁实测荷载横向分布系数研究与应用[J].山东科技大学学报，2009（5）：27-29．

[7] 张国春.基于梁格法的独柱式曲线梁桥的设计分析研究[J].山西交通科技，2012（2）：58-60.

[8] 郭齐棣.混凝土桥梁拓宽理论与应用研究[D].武汉：华中科技大学，2006．