一种不同跨径桥梁异型拼接及错孔布置的方法与流程

本发明涉及桥梁工程建设领域，尤其是涉及一种不同跨径桥梁异型拼接及错孔布置的方法。

背景技术：

1、随着交通量的持续增长，早期建设的公路桥梁普遍面临通行能力不足的问题，对既有桥梁进行拼宽改造是经济高效的选择。拼宽改造通常是在旧桥一侧新建桥梁，再将新旧桥梁上部结构进行横向连接，使新旧桥协同受力，共同承担荷载。

2、然而，在实际拼宽工程中，新旧桥梁往往面临以下困难：其一，旧桥建成年代较早，其跨径布置、结构形式、材料性能与新桥可能存在差异，直接拼接会导致新旧桥梁的受力状态与结构刚度差异过大，造成新旧桥梁在相同受力作用下挠度差过大，从而在连接处产生裂缝；其二，受限于桥下道路通行、河道通航、地下管线等外部条件，新桥桥墩无法与旧桥桥墩对齐布置，形成错孔布置，导致新旧桥在纵桥向存在墩位偏差；其三，错孔布置后，活荷载作用下新旧桥竖向变形在横向不协调，常规的普通混凝土拼接湿接缝方案难以满足车辆荷载产生的横向拉应力。

3、cn202511582470.8公开了一种存在差异竖向变形的多梁式桥错位拼接设计方法，包括以下步骤：s1：根据多梁式桥中旧桥a、旧桥b、新桥c、新桥d的错位关系，求得此时的竖向变形差最大值；s2：设计刚性拼接构造a、刚性拼接构造b的结构形式；s3：按照s2的设置，求得此时柔性拼接构造所在区段内的竖向变形差最大值；s4：若90%×dmax-(i) ≤ dmax-(i+1) ≤ 110%×dmax-(i)，则完成初步设计进入步骤s5；否则退回步骤s3；若l1无法满足大于min(la,lc)的1/2，或l3无法满足大于min(lb,ld)的1/2，则退回步骤s2；s5：进一步验算多梁式桥的横向应力是否满足设计要求。但是拼接构造形式单一，适用场景受限。

4、现有技术中，针对桥梁拼宽改造的方案设计多以经验判断为主，缺乏一套系统化、标准化的拼接前方案设计方法，尤其缺少能够同时处理主梁异形选型与错孔设置两个核心问题的集成设计流程。因此，亟需开发一种包含主梁选型与错孔设置的不同跨径桥梁拼接前方案设计方法，为不同跨径桥梁的拼宽改造提供科学、系统、可操作的设计方案。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不同跨径桥梁异型拼接及错孔布置的方法，系统集成性高，跨径适应性广，错孔分类精细化，力学分析严谨性高，施工可行性强，耐久性与结构过渡保障。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种不同跨径桥梁异型拼接及错孔布置的方法，包括以下步骤：

4、s1：旧桥基础数据采集阶段，采集旧桥的设计参数、现状检测数据、桥位环境条件数据以及改扩建工程的设计目标；

5、s2：新桥主梁结构选型阶段，根据旧桥跨径区间、旧桥主梁现状及改扩建目标，通过跨径匹配度分析、刚度协调性评估和主梁类型决策确定新桥主梁结构类型；

6、s3：错孔布置条件识别阶段，识别新桥墩位布置的障碍条件，进行错孔必要性判定，并根据新旧桥墩位偏差量δl与旧桥跨径l_span的比值将错孔布置类型划分为微错孔型、中度错孔型和大错孔型；根据障碍条件的具体位置和约束要求，确定新桥墩位相对于旧桥墩位的纵桥向偏移方向和偏移量；

7、s4：拼接可行性评估阶段，建立新旧桥梁的有限元分析模型，计算拼接位置的竖向挠度差δδ和横向相对位移δd，与预设限值比较以判定拼接可行性，若为错孔布置则额外进行错孔拼接专项分析；

8、s5：拼接方案设计阶段，根据拼接可行性评估结果选择拼接模式并设计拼接缝构造；

9、s6：方案输出阶段，将步骤s1至步骤s5的设计结果整合输出为拼接前方案设计文件。

10、进一步的，s2步骤具体包括：

11、s21：跨径匹配度分析：将旧桥跨径与预设跨径区间进行比对，根据比对结果将新旧桥梁跨径匹配关系划分为：ⅰ型-跨径完全匹配、ⅱ型-跨径相近（跨径偏差≤5%）、ⅲ型-跨径偏差显著（跨径偏差>5%）；

12、s22：刚度协调性评估：计算旧桥主梁的抗弯刚度ei_old与新桥候选主梁的抗弯刚度ei_new，计算新旧桥刚度比k = ei_new / ei_old，判断k值是否处于预设的协调区间k∈[0.8，1.2]；

13、s23：主梁类型决策：

14、若新旧桥梁跨径属于ⅰ型且k∈[0.8，1.2]，则新桥主梁采用与旧桥同类型的主梁结构；

15、若新旧桥梁跨径属于ⅱ型且k∈[0.8，1.2]，则新桥主梁采用与旧桥同类型的主梁结构，但需在拼接缝处设置刚度过渡构造；

16、若新旧桥梁跨径属于ⅲ型，或k∉[0.8，1.2]，则新桥主梁选用与旧桥不同的结构类型（如将空心板替换为小箱梁或t梁），通过调整截面形式与配束量使k调整至预设协调区间；

17、s24：耐久性匹配验证：验证新桥主梁的材料耐久性指标（抗冻等级、抗渗等级、氯离子扩散系数）是否满足与旧桥匹配的耐久性要求，若否，则在主梁表面增设防护涂层或调整混凝土配合比。

18、进一步的，s3中，错孔类型划分具体为：根据新旧桥墩位偏差量δl与旧桥跨径l_span的比值，将错孔布置类型划分为：

19、微错孔型：δl / l_span ≤ 0.1；

20、中度错孔型：0.1 < δl / l_span ≤ 0.3；

21、大错孔型：δl / l_span > 0.3。

22、进一步的，s4中，拼接可行性判定具体为：

23、若max(δδ) ≤ δ_limit且max(δd) ≤ d_limit，则判定为拼接可行，进入步骤s5；

24、若max(δδ) > δ_limit或max(δd) > d_limit，则判定为拼接不可行，返回步骤s2调整主梁选型方案，或返回步骤s3调整错孔布置方案，直至满足变形协调要求；

25、其中，δ_limit为预设的竖向挠度差限值，d_limit为预设的横向相对位移限值。

26、进一步的，s4中，错孔拼接专项分析具体为：若为错孔布置，则额外分析错孔条件下新旧桥拼接位置的受力特征，包括：错孔导致的新旧桥横向刚度不匹配效应、车辆荷载作用下错孔区域的应力集中效应、新旧桥翼缘板在支座沉降及车辆荷载作用下的受力性能。

27、进一步的，s5中，拼接模式选择具体为：根据步骤s4的评估结果，选择以下三种拼接模式之一：

28、上部连接、下部不连接模式，适用于错孔布置、地质条件差异大的情况；

29、上部连接、下部连接模式，适用于对孔布置或微错孔型、地质条件相近的情况；

30、纵向伸缩缝拼接模式，适用于大错孔型或新旧桥结构差异极大的情况。

31、进一步的，s5中，拼接缝构造设计具体为：

32、对于对孔布置或微错孔型：采用常规钢筋混凝土湿接缝或uhpc湿接缝进行刚性连接；

33、对于中度错孔型：采用uhpc湿接缝结合剪力键构造，利用uhpc高抗拉强度（≥130mpa）和优异粘结性能抵抗错孔引起的横向拉应力；

34、对于大错孔型：采用纵向伸缩缝拼接，新旧桥结构分离。

35、进一步的，s5中，所述拼接前方案设计文件包括：主梁选型方案、错孔布置图、拼接模式选择说明、拼接缝构造详图、下部结构避让方案、施工时序安排；

36、所述施工时序安排为：在新桥完成安装后90天至180天后再展开新老桥梁连接施工；

37、所述下部结构避让方案为：当新桥墩位与旧桥基础存在空间冲突时，采取调整新桥墩位坐标（使其与旧桥墩位错开布置）、改变新桥基础形式（如将钻孔灌注桩改为钢管桩或扩大基础）或对旧桥基础进行清除或加固处理中的一种或组合。

38、进一步的，s1具体包括：

39、采集旧桥的设计参数，包括：旧桥跨径、结构形式、主梁类型、混凝土强度等级、预应力配束情况、设计荷载等级；

40、采集旧桥现状检测数据，包括：桥梁完好状况、主梁裂缝情况、混凝土碳化深度、钢筋锈蚀程度；

41、采集桥位环境条件数据，包括：桥下净空、交通通行要求、地下管线分布、河道通航条件、地质水文条件；

42、采集改扩建工程的设计目标，包括：扩宽宽度、设计荷载等级、设计使用年限等。

43、进一步的，s3中，障碍条件识别具体为：识别新桥墩位布置的障碍条件类型，包括但不限于：桥下道路交通通行要求、河道通航净空要求、地下管线避让要求、既有建筑物基础避让要求、地质条件限制；

44、错孔必要性判定具体为：若障碍条件导致新桥墩位无法与旧桥墩位横向对齐，则判定为必须采取错孔布置；若障碍条件可通过局部调整（如墩位微调、基础形式变更）解决，则判定为可选择错孔布置或对孔布置。

45、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

46、（1）系统集成性高。首次将异型拼接主梁结构选型与错孔设置两个原本分离的核心问题，整合进同一套设计流程中。克服了现有技术中两者分离决策导致的设计冲突，实现了从旧桥数据采集到方案输出的全链条系统化设计。

47、（2）跨径适应性广。通过跨径匹配度分级和刚度协调性评估，能够应对不同跨径偏差程度的新旧桥梁拼接场景，解决了不同跨径桥梁拼宽中主梁结构匹配性的技术问题。

48、（3）错孔分类精细化。根据新旧桥墩位偏差量δl与旧桥跨径l_span的比值，对错孔类型进行量化分类（微错孔型≤0.1、中度错孔型0.1~0.3、大错孔型>0.3），并针对不同类型匹配差异化的拼接构造方案（如常规湿接缝、uhpc湿接缝结合剪力键、纵向伸缩缝）。这大大提高了错孔布置条件下拼接设计的科学性和针对性。

49、（4）力学分析严谨性高。以变形协调性分析（计算竖向挠度差δδ和横向相对位移δd）和有限元仿真为核心判断依据，并在错孔时额外进行专项分析（横向刚度不匹配效应、应力集中效应、翼缘板受力性能）。避免了仅凭经验决策导致的结构安全隐患，使拼接可行性判定更为可靠。

50、（5）施工可行性强。输出中包含了下部结构避让设计（调整墩位坐标、改变基础形式、清除或加固旧桥基础等）以及具体的施工时序安排（优选在新桥完成安装后90天至180天再进行连接施工）。考虑了现场空间冲突、新老混凝土收缩徐变差异等实际施工问题，确保了设计方案的可实施性。

51、（6）耐久性与结构过渡保障。通过耐久性匹配验证（抗冻、抗渗、氯离子扩散系数）和异型拼接过渡构造（如厚度渐变段、刚度过渡构造），保证了新旧桥梁在长期使用下的协同工作性能和耐久性。