摘要：本文针对因客观原因而采用半幅施工的波里一桥进行受力分析，并对比半幅施工方案和整幅施工方案的成桥内力，阐述该桥半幅施工方案的可行性，为今后同类桥采用半幅施工方案提供依据。
关键词：半幅施工；受力分析；成桥内力
1 引言
随着交通事业的发展，越来越多的危桥因无加固价值而需要改建。在部分危桥改建过程中，由于工程本身的特殊性及其它各种客观因素，导致施工难度增加，甚至需采用特殊的施工方案。此时应充分考虑由于特殊的施工方案对桥梁结构受力的影响，保证桥梁在施工和运营各阶段的安全性。本文所讨论的波里一桥改建工程即为此类桥梁。
2工程概述
波里一桥位于三江至从江公路K48+900处，原旧桥已无法满足改建公路对桥梁荷等级的要求。由于旧桥下游约6m处有一株直径约2m的古榕树，且其下游侧河沟汇入都柳江入口河滩，上游侧为依山而建的民房，旧桥两侧都不宜修建施工便道。经多方案比较后，新的路线为把旧桥位处路中线往下游侧偏移约5.5m。
由于受周边地形、施工期间维持通车等因素的制约，新建波里一桥采用先施工左半幅，旧桥做施工便桥，待左半幅建成通车后再拆除旧桥施工右半幅，并通过预埋连接钢筋将两个半幅连成整体的方案。
波里一桥桥长45m，桥宽8.5m；上部构造为3×13m简支空心板；下部构造为桩柱式墩台、摩擦桩基础。桥址处上覆粉质粘土层，厚度约2m；下伏基岩为强、中风化砂岩，其中强风化砂岩仅分布于第一跨和第三跨处。桥梁桩基础均嵌入中风化砂岩层。
3内力计算
波里一桥上部结构为铰接简支空心板，下部结构为盖梁和双柱式墩台身组成的刚构体系。相对全部施工而言，半幅施工对该桥的上部结构的影响较小，而对下部结构的影响较大；主要为下部结构由半幅变为整幅的体系转换及左、右半幅的沉降差引起的附加力。
本文对下部构造构体系转换过程进受力分析，并将半幅施工的成桥内力与整幅施工的成桥内力进行比较。
本文选取1#桥墩进行受力分析。1#桥墩盖梁长8.5m，悬臂变高度段长1.1m，跨中高1.1m，端部高0.5m，宽1.6m；墩桩柱直径1.3m，柱高14m，桩长9m，柱间距4.25m；系梁高1.0m，宽0.8m。采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立桥墩模型，盖梁和墩柱采用刚接模拟；系梁和墩柱采用铰接模拟，释放系梁两端的转角约束；本桥桥墩处上覆粘土层厚度小，下伏基岩中风化砂岩强度较高，故将下部结构模型固结在中风化岩层顶面处。下部结构成桥模型见图1。
图1桥墩成桥模型
3.1半幅通车内力计算
本阶段为半幅盖梁和单根墩柱组成的T形单柱墩模型，桩底固结。荷载主要有结构自重、上部结构恒载、用于平衡结构受力的配重荷载和汽车荷载。各控制截面的内力见表1～表2。
表1半幅通车承载能力极限状态内力表
表2半幅通车正常使用极限状态内力表
3.2成桥内力计算
本阶段由左半幅的静定结构转换为成桥后的超静定结构。左半幅建成并作为施工便桥通车后，左半幅的基础已产生部分沉降。当右半幅施工并与左半幅连成整体后，两者之间存在沉降差，下部结构将产生附加内力。沉降差采用支座位移模拟，本阶段荷载主要为结构自重、上部结构恒载、汽车荷载和支座位移荷载，对于超静定结构，还应考虑温度作用效应。各控制截面处内力见表3～表4。
表3成桥承载能力极限状态内力表
表4成桥正常使用极限状态内力表
3.3整幅施工时成桥内力计算
与半幅施工相比，按常规整幅施工时无支座位移荷载，结构荷载主要为结构自重、上部结构恒载、汽车荷载，计算中还应考虑温度作用效应。各控制截面处内力计算结果见表5～表6。
表5整幅施工成桥承载能力极限状态内力表
表6整幅施工成桥正常使用极限状态内力表
4内力分析
4.1半幅施工方案内力分析
表1～表4列出了采用半幅施工方案时，半幅通车阶段和成桥后运营阶段的结构内力情况，由此可得结构体系转换前后结构内力变化情况主要为：
(1)半幅桥时，桥墩盖梁内力主要为弯矩和剪力，轴力很小，最大弯矩和剪力出现在柱顶盖梁截面处。结构体系转换后，左半幅桥墩盖梁弯矩和剪力变化较明显，其中在承载能力极限状态下，柱顶盖梁截面弯矩减小了18%,截面左侧剪力减小了29%，截面右侧剪力增加了13%；正常使用极限状态短期效应和长期效应下，柱顶盖梁截面弯矩分别减小了16%和19%，截面左侧剪力分别减小了15%和10%，截面右侧剪力分别增加了9%和6%。
(2)半幅桥时，桥墩墩柱内力主要为轴力，弯矩和剪力均较小,最大轴力出现在柱底截面处。结构体系转换后，左半幅桥墩墩柱轴力有所减小，其中柱顶截面处减小幅度最大，在承载能力极限状态下减小了8%，正常使用极限状态短期效应和长期效应下分别减小了3%和2%。
(3)成桥后桥墩系梁内力较小。
4.2半幅施工与整幅施工成桥内力比较分析
将半幅施工的成桥内力和整幅施工的成桥内力进行比较，由表3～表6可得：
(1)两种方案成桥后，盖梁内力均主要为弯矩和剪力，轴力很小，最大弯矩和剪力均出现在柱顶盖梁截面处。半幅施工与整幅施工相比：在承载能力极限状态下，左柱顶盖梁截面弯矩大29%，截面右侧剪力大9%，截面左侧剪力相等，右柱顶盖梁截面弯矩和截面右侧剪力相等，截面左侧剪力小7%；在正常使用极限状态短期效应和长期效应下，左柱顶盖梁截面弯矩大12%和3%，截面右侧剪力大7%和4%，截面左侧剪力均相等，右柱顶盖梁截面弯矩和截面右侧剪力均相等，截面左侧剪力小6%和4%。
(2)两种方案成桥后，墩柱内力均主要为轴向压力，弯矩和剪力都较小，最大轴力出现在柱底截面处。与整幅施工方案相比，采用半幅施工方案时，左墩柱轴力较大，右墩柱轴力较小，墩柱对应截面在对应作用效应组合下的轴力相差的百分比都较均匀，且相差不大。半幅施工与整幅施工相比：在承载能力极限状态下，左墩柱轴力大5%，右墩柱轴力小4%；在正常使用极限状态短期效应和长期效应下，左墩柱轴力大3%和2%，右墩柱轴力小3%和2%。
(3)两种方案系梁内力值均较小，且两者差别较小。
5 结语
通过对半幅施工方案各阶段进行受力分析，并将半幅施工方案和整幅施工方案成桥内力进行对比分析，可得出以下结论：
(1)对于半幅施工方案，在结构体系转换前后，结构对应截面处的内力有较明显的变化，但整个半幅施工阶段结构的内力都较低，能够满足各阶段结构的受力要求。因此，波里一桥半幅施工方案是可行的，能够解决施工中新建桥梁和旧桥部分重合且无法修筑便桥的难题。
(2)与常规的整幅施工方案相比，采用半幅施工方案时，左、右半幅的沉降差使墩柱和盖梁相接处内力变化较大，因此应通过合理的设计和严格的施工质量控制沉降差。
参考文献
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