彭梦泽
（中铁大桥局集团公司设计分公司 武汉 430050）
摘要 南昌大桥于2013年进行了互通立交改造工程设计。原检修道经拓宽改造为行车道后，需对该处悬臂板进行加固局部设计。结合该实际工程，在悬臂板加固中提出钢托架加固法，并采用有限元分析的方法进行了理论分析以验证其可行性，该实际应用取得了良好的结构补强效果，也保障了互通立交改造工程的顺利实施。
关键词 南昌大桥 互通立交改造工程 长悬臂板预加固 钢托架 提高抗弯能力
1工程概况
南昌大桥是我国首座采用双层桥面的预应力混凝土桥，大桥于1 994年1月建成通车，至今已经运营19年有余。2013年，南昌大桥主桥拟新建匝道引桥以满足大桥通行量日益增大的要求，原检修道将被拆除，成为行车道的一部分，新建匝道桥改造布置见图1，横断面布置见图2。
经计算，主桥原结构在互通工程改造后，原箱梁结构在预应力损失、桥面行车道拓宽等因素影响下，主桥箱梁翼缘板不能满足现行设计规范要求，需对结构进行加固改造。以确保互通工程改造后，主桥互通运营的安全性。
2桥梁加固方案理论分析
2.1 加固方案初拟
南昌大桥为南昌市内连接朝阳洲和红谷滩之间的重要通道，日通行量大，交通负荷重，因此，在对互通立交长悬臂板局部加固时，首先需要考虑的就是制定的方案应尽量减少对通行的影响，或尽量降低加固方案对道路封锁的需求。
考虑到本桥对于悬臂板下部通行净空及桥梁造型美观性的需求，放弃增大截面加固的方法。应业主要求，为避免因封闭交通造成的交通组织压力过大，摒弃悬臂板上缘增设钢筋并重构桥面铺装的加固方案。初步拟定2种加固方案：①悬臂板下缘粘结钢板；②悬臂板下缘增设钢托架。
2.2加固方案理论分析
按梁理论分别对方案①及方案②进行理论分析，验证其可行性。
按照现有状态桥梁的实际检测报告，箱梁空箱顶板跨中部位产生0. 05～0.1 mm裂缝。对比实测裂缝产生的位置及结果，经计算，考虑预应力由设计值损失至585 MPa，为原设计值的42%，与检测报告结果相符。
采用MIDAS／CIVIL7. 90建立有限元横向计算模型，取纵桥向3m为一个计算单元。自重由程序自动计入，二期恒载（桥面铺装）为6 cm混凝土垫层和6 cm沥青混凝土面层，二期恒载按8.3 kN／m计算，预应力按实际位置布置，考虑预应力钢束张拉力按585 MPa计算，活载（车辆荷载）考虑分布宽度按图3计算，冲击系数取值0.3。温度荷载所有设计尺寸按22℃计算；顶板日照温度按高于或低于其余部分10 0C考虑。荷载组合按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)进行组合。横向计算模型见图4。
计算可知，现有状态短期效应组合下，截面上缘最大拉应力为1. 68 MPa;长期效应组合下，截面上缘有拉应力1. 02 MPa;箱梁空箱顶板跨中部位计算最大裂缝宽度为0. 085 mm，与检测报告一致；悬臂段上缘有最大裂缝宽度0. 25 mm，不满足A类及B类构件要求。
对方案①计算可知，若需满足B类构件要求，粘结钢板需达到6 cm厚度。若采用6 cm厚度进行粘贴，很难保证钢混结合面的贴合度，容易导致后期钢板剥离达不到理想的加固效果。因此，方案①不可行。
方案②悬臂板底部增设钢托架方案见图5。
依据上述结构布置，悬臂板根部及空箱顶板跨中为受力控制截面，提取该断面内力，依据梁理论及叠合梁理论计算可知，钢托架最大应力值为73.6 MPa;短期效应组合下，顶板最大应力值为1. 19 MPa，满足A类构件要求；长期效应下，顶板跨中有拉应力0. 08 MPa，不满足A类构件要求；加固后结构经计算不产生裂缝，满足B类构件要求。因此，方案②切实可行。为验证梁理论分析的精确性，建立ansys仿真模型，按实际最不利荷载位置布置活载，活载分布见图6。有限元模型及部分仿真计算成果见图7～图10。
2.3计算结果对比
计算成果对比见表1。
根据上述理论分析及对2种加固方式的计算结果的对比，最终选取悬臂板下部增设钢托架的方案以实现提高悬臂板刚度，增强截面的抗弯能力的目的。
3结语
随着城市交通负荷的日益增大，旧桥改造已成为保障城市桥梁适应交通需求的重要手段。但在旧桥的实际改造工程中，针对不同的结构形式，需对旧桥细部构件进行详细分析，杜绝任何改造对原结构留下安全隐患，避免出现安全事故。
2013年，南昌大桥互通立交改造工程（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实际验证。经历几年的运营，也证明该钢托架加固方案在实际工程应用中切实可行，此方案对交通影响较小，实际施工方便快捷，是一种切实可行的互通立交改造加固方法。
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