孫 林

(中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司 南京市 210000)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市之間通過高速路的連接愈發(fā)緊密，在此過程中，大型互通建設(shè)應(yīng)運而生，在互通建設(shè)過程中，小半徑匝道橋的地位至關(guān)重要，且多以現(xiàn)澆連續(xù)梁橋為主。在橋梁的施工過程中及運營使用期間，如果發(fā)生橋梁結(jié)構(gòu)的整體傾覆問題，將造成嚴(yán)重的安全事故以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生惡劣的社會影響。因此，研究橋梁的抗傾覆問題意義重大。

以某實際工程為背景，當(dāng)橋梁平面線形采用曲線與直線相接時，對比分析了不同影響因素下橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性問題，研究結(jié)果可為類似項目提供重要參考。

1 工程簡介

以某實際工程為背景，某一聯(lián)匝道現(xiàn)澆梁跨徑采用3×25m，平面線形為圓曲線接直線段，如圖1所示。箱梁結(jié)構(gòu)采用單箱單室的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，箱梁高度采用1.8m，箱梁寬度9.0m，支座間距為2.3m。箱梁支座的平面布置如圖2所示。

圖1 箱梁平面布置圖(R=60m、100m、150m、200m)(單位：m)

圖2 箱梁支座橫向布置(單位：cm)

2 建立有限元模型

采用有限元軟件MidasCivil及Civil Designer進(jìn)行建模與計算分析，共建立20個對比模型。全橋共建立單元77個，節(jié)點94個，支座位置按實際位置設(shè)置。車道按曲線外側(cè)偏心加載，橋梁汽車荷載按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)施加。全橋結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。模型計算時計入車輛離心力及橫橋向扭矩影響，使抗傾覆計算結(jié)果更加可靠。支座平面布置及支座編號如圖4所示。

圖3 全橋有限元模型

圖4 橋梁支座布置及編號

3 抗傾覆驗算結(jié)果

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG 3362-2018)，持久狀況下，梁橋不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)體系改變，并應(yīng)同時滿足下列規(guī)定：

(1)在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。

(2)按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時，整體式截面簡支梁和連續(xù)梁的作用效應(yīng)應(yīng)符合下式的要求：

∑Sbk,i/∑Ssk,i≥kqf

式中：kqf—橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取=2.5；

∑Sbk,i—使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計值；

∑Ssk,i—使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計值。

下面就影響抗傾覆穩(wěn)定性的幾種因素，給出模型的計算結(jié)果。

3.1 固定支座布置情況及曲線半徑的大小對橋梁抗傾覆的影響

在現(xiàn)澆箱梁的設(shè)計中，一般在一聯(lián)當(dāng)中只設(shè)置一個固定支座，由于本聯(lián)橋梁平面線形為曲線段接直線段，線形比較特殊，所以首先研究固定支座布置位置對橋梁抗傾覆的影響。現(xiàn)假設(shè)固定支座的位置為3#(曲線段)和5#(直線段)，曲線段半徑分別采用60m、100m、150m、200m，通過模型研究橋梁的抗傾覆性能，分析結(jié)果云圖詳見圖5、圖6，本文涉及模型較多，只給出兩個模型計算結(jié)果，不一一累述。橋梁支座反力及抗傾覆系數(shù)見表1及表2。

圖5 固定支座在曲線段且曲線半徑為200m時橋梁支座最小支反力

圖6 固定支座在直線段且曲線半徑為200m時橋梁支座最小支反力

表1 固定支座在曲線段時不同曲線半徑下橋梁支座最小支反力與抗傾覆系數(shù)表

表2 固定支座在直線段時不同曲線半徑下橋梁支座最小支反力與抗傾覆系數(shù)表

由表1及表2對比可知，當(dāng)曲線半徑在100m以下時，橋梁的固定支座放在直線段時，對橋梁支反力是有利的，但由于曲線半徑較小，橋梁抗傾覆結(jié)果均為不通過，需要通過其他方法解決；橋梁的曲線半徑大于100m時，固定支座位置對橋梁支反力和抗傾覆系數(shù)的影響均不明顯。同時表1和表2均表明，平面曲線段的曲線半徑越大，對橋梁抗傾覆越有利。

3.2 支座偏移量及曲線半徑對橋梁抗傾覆的影響

現(xiàn)假定固定支座位置放在直線段，同時給予支座不同的偏移量，再查看曲線半徑不同時橋梁的抗傾覆性能，計算結(jié)果見表3及表4。

表3 偏移量20cm時不同曲率下橋梁支座最小支反力與抗傾覆系數(shù)表

表4 偏移量40cm時不同曲率下橋梁支座最小支反力與抗傾覆系數(shù)表

3.3 不同超載工況下橋梁抗傾覆的影響

為研究不同超載情況下，此類橋梁的抗傾覆性能，現(xiàn)假設(shè)平面曲線段的半徑采用150m，橋梁支座的橫向偏移量采用30cm。根據(jù)具體的運營情況，現(xiàn)假定采用4種不同大小的汽車荷載參與組合[1-2]，計算結(jié)果如表5所示。

表5 不同荷載工況下橋梁支座最小支反力與抗傾覆系數(shù)表

工況1：1倍公路-Ⅰ級車道荷載；工況2：1.5倍公路-Ⅰ級車道荷載；工況3：2倍公路-Ⅰ級車道荷載；工況4：3倍公路-Ⅰ級車道荷載。

由表5可知，車輛超載的情況越嚴(yán)重，橋梁的支反力及抗傾覆系數(shù)減小的越明顯，從而對橋梁的安全使用造成極其不利的影響。

4 結(jié)論

以某實際工程中某一匝道橋為背景，利用Civil Designer有限元軟件建模并進(jìn)行相關(guān)分析，研究了曲線半徑大小、固定支座位置、支座偏移量和車輛超載程度對橋梁平面線形采用曲線與直線相接時小半徑匝道橋梁抗傾覆性能的影響。得出的結(jié)論如下：

(1)當(dāng)橋梁線形為曲線與直線相接時，固定支座位置應(yīng)盡量放置在橋梁的直線段，尤其是當(dāng)曲線半徑較小時，可使橋梁支反力的分布更安全合理。

(2)在橋梁支座間距離相對較大的情況下，橋梁曲線段的曲線半徑越大，對橋梁的抗傾覆性能越有利。因此，在橋梁工程的設(shè)計過程中，對于互通匝道橋等平面線形為曲線的橋梁，其曲線半徑應(yīng)盡量加大。

(3)橋梁支座橫向位置相對于橋梁中心的偏移量對橋梁的抗傾覆性能影響明顯。實際工程中，在橋梁支座間距受限的情況下，可以通過調(diào)整支座橫向位置，改變支座偏移量的方法增加橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性。

(4)橋梁抗傾覆性能對車輛超載程度較為敏感。當(dāng)汽車重量達(dá)到正常車載的2倍時，本例中橋梁支座已經(jīng)出現(xiàn)負(fù)反力，安全隱患較大。所以，在橋梁的運營期，對車輛的限載也極其重要，為確保橋梁安全，應(yīng)嚴(yán)禁超載。