钢箱梁匝道弯桥计算的初探

胡立新

（上海市政工程设计研究总院斯美南方分院，广东佛山528200）

0 引言

在各种立交桥匝道中，为满足道路功能和线形的需要，常常需采用小半径即半径小于100 m匝道。匝道桥梁结构一般采取跨径不大于20 m的钢筋混凝土连续梁桥，但在跨越现状路口处，跨径又需采用30 m以上跨径的桥梁结构，在这种情况下，一般采用钢箱梁结构，为准确分析此种结构的受力，需采用空间程序分析。本文针对某工程立交桥钢箱梁匝道桥进行分析计算，以便对此类结构提供一种空间分析方法。

1 工程概述

某工程立交WN匝道WN1～WN4墩采用35m+43 m+34.881 m连续钢箱梁结构。简单介绍如下：

该联桥梁结构位于半径为60 m圆曲线上，桥梁净宽8.5 m，两侧为0.5 m防撞栏杆。设计荷载：公路Ⅰ级。

钢箱梁采用单箱单室直腹板断面，梁高为1.8 m。正交异性桥面板，顶板厚度14～16 mm，腹板厚度14～20 mm，底板厚度12～20 mm。横隔板间距1.25～1.556 m（见图 1～图 3）。

2 计算方法

鉴于弯桥的受力特点，采用平面杆系直桥的程序计算分析，很难准确分析弯桥的受力情况，必须采取其他有效分析手段进行计算。

目前对弯桥的计算程序较多，例如有曲线桥程序，MIDAS空间程序等。采用的分析单元有空间梁单元、空间板壳单元等。对于钢箱梁桥，由于采用材料较单一，而且板厚较薄，特别适用板壳单元进行分析计算。因此该桥采用MIDAS空间程序，空间板壳单元分析。

3 计算分析结果

3.1 空间板壳模型

有限元模型采用空间板壳单元，共有2 033个节点，2 164个单元。（见图4、图5）板厚按照结构尺寸输入，变厚度时按照平均值输入。

其中顶板U形加劲和底板球扁钢加劲采用程序中的加劲板单元模拟。

3.2 计算工况

工况一：恒载+整体温差+局部温差+沉降+活载（最大）

工况二：恒载+整体温差+局部温差+沉降+活载（最小）

3.3 计算结果（见表1）

表1 各工况下支座反力汇总表（单位：kN）

从以上计算得出：在工况二情况下，该桥WN4墩内支座存在11 kN的负反力，WN1墩内支座的反力为8 kN。虽然该桥已对WN2墩、WN3墩调整了支座偏心，但仍需在WN1墩、WN4墩端横梁处采用素混凝土进行压重处理，以防止支座脱空。

由于该桥位于圆曲线半径为60 m的匝道上，并且桥梁跨径也较大，很容易在活载偏载等荷载作用下，出现支座脱空现象，这也是该类桥梁设计应该注意的一个重点。

在各种荷载作用下，应力情况如图6～图11所示和表2所列。

从表2可知，顶板最大拉应力为96 MPa，底板最大拉应力为147 MPa，腹板剪应力最大为48 MPa，均满足钢材容许应力要求。

4 结语

（1）对于钢箱梁弯桥，由于一般跨径组合较大，而位于半径较小的匝道上，受力情况复杂，必须采用空间有限元程序才能准确地对此类结构作计算分析，同时采用板壳单元能较好地反映结构每个部位的受力情况。

（2）由于采用钢箱梁结构，自重较轻，对于此类结构的设计，除满足结构强度、位移要求外，必须重视对支座反力的计算，同时应采取各种措施，以避免支座脱空。

表2 主要构件应力汇总表（单位：MPa）