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摘要：以某公路立交匝道桥3×25m连续组合箱梁分宽桥为例，对分宽桥既有桥进行承载力计算及加固设计。通过对既有桥梁（以下简称老桥）的加固设计计算，可以清楚地了解各构件的承载能力，仅对承载能力不符合规范要求的构件进行加固，从而可以最大限度地提高经济效益，为类似项目提供参考。
关键词：分叉宽桥；现有桥梁；承载能力验证；加固设计；
1 项目概况
某老桥上部结构为预应力小箱梁，先简支后连续结构，跨度3×25m，斜角45°；下部结构为肋式平台和柱墩，基础采用钻孔桩。宽度两侧分割，顶部相连，底部不相连。老桥单宽桥面宽13.5m，断面布置四根梁。现状上部结构采用小箱梁，组合宽度为6.78m。合宽后单宽桥面宽20.28m。老桥上部结构宽度拼接方案为：将老桥小箱梁翼缘部分切除后，通过湿接缝与新小箱梁翼缘刚性连接；隔板处对原桥植筋，同时新老桥之间采用现浇隔板进行刚性连接。下部结构宽度采用桩式桥墩和肋板平台，与原下部结构分离。加宽后的结构桥墩横截面见图1。
图1 宽度组合后结构标准剖面（单位：cm） 下载原图
2 设计标准
根据《高速公路改扩建详细设计规范》[1]的相关规定，新建分体桥涵部分与既有桥涵结构连接时，应进行整体计算评估。执行。现有桥涵的极限承载力应当符合现行标准的要求或者采取加固措施后符合现行标准的要求；正常使用极限状态应满足原设计标准的要求。因此，拼接使用的老桥：极限承载能力满足公路I级，正常使用极限状态满足汽车级20+、挂车120级。
3 老桥上下结构承载力计算 3.1 结构分析计算
(1)计算模型基于单梁计算。
(2)跨中横向分配系数采用刚性板梁法，并考虑连续梁抗弯刚度修正；支点位置的横向分布系数根据杠杆法计算[2]。
（3）充分考虑简支转连续施工法对结构受力的影响，根据实际情况划分施工阶段。
（4）第二期恒载时，护栏按影响线受载，现浇层和路面荷载按面积分配。
(5)活荷载按公路Ⅰ级荷载施加，并按规范考虑冲击系数。
3.2 老桥小箱梁宽度前后横向分布系数分析
桥梁加宽后，新结构和原结构将共同承受应力，对原结构产生卸载作用。老桥的应力在汽车荷载的作用下会不同程度地减小。这可以通过计算桥梁加宽前后的横向分配系数[2]的变化来反映。老桥小箱梁拼接宽度前后跨中横向分布系数见表1。
表1 老桥小箱梁跨中横向分布系数 下载原图
从计算结果可以看出，加宽后的桥梁对老桥有明显的减载作用。桥梁加宽后，老桥小箱梁横向分布系数均有不同程度降低。越接近加宽连接，横向分布系数下降越明显。
3.3 考虑桥梁现状对承载力评估的影响
由于原来的小箱梁已经运行多年，可能会出现一定的病害和老化，因此在计算其承载能力时需要考虑这些因素的影响。
根据现行《公路桥梁承载力检测与评估规定》（JTG/T J21-2011），老桥承载力评估可采用比例法进行。计算钢筋混凝土桥梁在极限承载力条件下的阻力效应时，应根据桥梁试验结果，采用引入计算系数Z1、承载力劣化系数εe的方法进行修正计算，以及截面折减系数 Ψc 和 Ψs。具体公式如下：
式中：γ0为结构重要性系数； S为负载效应函数； R(·)为电阻效应函数； fd为材料强度设计值； αdc为构件具体几何参数值； αds为构件钢材几何参数值； Z1为承载力验算系数； xic 为钢筋混凝土结构截面折减系数； xis——钢筋截面折减系数； εe 为承载力劣化系数。
公式中各数值的计算方法详见《公路桥梁承载力检测与评定规程》（JTG/T J21-2011）。
根据桥梁检测报告，结合表观检测结果和无损检测结果，对小箱梁进行计算评估，得到小箱梁结构抗力效应修正系数。结果如表2所示。
表2 既有桥梁小箱梁承载力修正系数 下载原图
从计算结果可以看出，原小箱梁承载力综合修正系数为1.01，计算时安全考虑均取1.0。
3.4 老桥小箱梁计算结果
老桥小箱梁和新建小箱梁的截面与普通钢筋基本一致。老桥小箱梁的抗剪承载力能够得到保证，但老桥小箱梁的预应力配置相对较弱。梁总钢束配置为：中跨22束、边跨28束、负弯矩区23束。每束为直径15.2mm的钢绞线。老桥小箱梁承载力计算结果汇总于表3。计算时，根据原桥情况，设计中考虑了5cm找平层。
从计算结果可以看出，老桥小箱梁跨中弯曲承载力不足，而支点弯曲承载力和剪切承载力满足规范要求。因此，有必要加强老桥小箱梁的跨中抗弯能力。
表3 老桥小箱梁承载力计算结果汇总 下载原图
3.5 老桥下部结构计算结果
老桥下部结构包括墩台梁、桥台承台梁、墩柱和桩基础。其中1#、2#桥墩采用双柱结构，柱距10m，受力相对不利钢结构梁计算公式中的γ是，故对其进行结构验证。经计算，下部结构及桩基承载力均满足规范要求。计算结果如表4、表5、表6所示。
表4 老桥墩及盖梁计算结果 下载原图
表5 老桥墩柱计算结果 下载原图
表6 老桥桩基计算结果 下载原图
4 加固改造设计方案
加固改造设计主要针对老桥小箱梁跨中截面抗弯承载力不足的补强。常规加固方法有桥面加现浇层、梁底粘贴钢板、梁底粘贴碳纤维布、设置体外预应力等。考虑到原桥实际情况、加固方案对提高承载力的效果、对原桥的损伤和扰动以及耐久性，采用底板贴钢板加固方案[3]最终被采纳。
根据计算结果，老桥小箱梁边梁和中梁的不同位置，以及边跨和中跨不同位置的跨中弯曲承载力钢结构梁计算公式中的γ是，都存在不同程度的不足。度。因此，采取了不同的加固措施：承载能力已经满足现行规范。如果需要，则不进行加固；承载力轻微不足（≤10%）时，可在底板上横向粘贴两块钢板进行加固；对于承载能力不足（>10%）的情况，可在底板上横向粘贴三块钢板进行加固。加强。加强钢板型号全部统一，采用Q345C钢板。钢板厚度为5mm，每块宽度为25cm。跨中长度粘贴钢筋范围为16m。 Q345C钢板的化学成分和力学性能应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2018）的规定，钢材必须有国家技术质量监督局确认的产品质量证明书和工厂资质证书部门。老桥小箱梁加固设计后的计算结果如表7所示，均满足承载力要求。
5 桥梁拓宽对桥梁拓宽的积极影响
(1)利用旧桥加宽可以节省拆除费用，只增加加固费用。加固费用明显低于拆除重建桥梁的建设费用。
（2）旧桥拆除将对环境产生较大影响。拆除过程中会产生较多的粉尘，影响空气质量，同时也会产生较大的噪声，造成噪声污染。利用旧桥拓宽可以避免对环境的影响。
(3)需要拓宽的桥梁交通量通常较大。桥梁宽度基本不会影响交通，但桥梁拆除重建会中断交通或严重影响交通。
表7 老桥小箱梁加固后计算结果 下载原图
6 结论
为了节省建设成本、保护环境、不影响交通，桥梁加宽成为公路桥梁加宽的首选方案。老桥的承载力计算和加固设计成为最关键的环节。只有做好这个关键环节，才能确保现有结构安全可靠。
参考
[1]中华人民共和国交通运输部。公路改扩建设计细则：JTG/T L11-2014[S].北京：人民交通出版社，2014。
[2] 姚令森.桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2008。
[3]中华人民共和国交通运输部。公路桥梁加固设计规范：JTG/T J22-2008[S].北京：人民交通出版社，2008。
