平面为曲线与直线相接时小半径匝道桥梁抗倾覆研究

2021-07-06孙林

北方交通 2021年7期

孙林

(中国核工业华兴建设有限公司南京市 210000)

随着经济的快速发展，城市之间通过高速路的连接愈发紧密，在此过程中，大型互通建设应运而生，在互通建设过程中，小半径匝道桥的地位至关重要，且多以现浇连续梁桥为主。在桥梁的施工过程中及运营使用期间，如果发生桥梁结构的整体倾覆问题，将造成严重的安全事故以及巨大的经济损失，产生恶劣的社会影响。因此，研究桥梁的抗倾覆问题意义重大。

以某实际工程为背景，当桥梁平面线形采用曲线与直线相接时，对比分析了不同影响因素下桥梁的抗倾覆稳定性问题，研究结果可为类似项目提供重要参考。

1 工程简介

以某实际工程为背景，某一联匝道现浇梁跨径采用3×25m，平面线形为圆曲线接直线段，如图1所示。箱梁结构采用单箱单室的现浇连续箱梁，箱梁高度采用1.8m，箱梁宽度9.0m，支座间距为2.3m。箱梁支座的平面布置如图2所示。

图1 箱梁平面布置图(R=60m、100m、150m、200m)(单位：m)

图2 箱梁支座横向布置(单位：cm)

2 建立有限元模型

采用有限元软件MidasCivil及Civil Designer进行建模与计算分析，共建立20个对比模型。全桥共建立单元77个，节点94个，支座位置按实际位置设置。车道按曲线外侧偏心加载，桥梁汽车荷载按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)施加。全桥结构模型如图3所示。模型计算时计入车辆离心力及横桥向扭矩影响，使抗倾覆计算结果更加可靠。支座平面布置及支座编号如图4所示。

图3 全桥有限元模型

图4 桥梁支座布置及编号

3 抗倾覆验算结果

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)，持久状况下，梁桥不应发生结构体系改变，并应同时满足下列规定：

(1)在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。

(2)按作用标准值进行组合时，整体式截面简支梁和连续梁的作用效应应符合下式的要求：

∑Sbk,i/∑Ssk,i≥kqf

式中：kqf—横桥向抗倾覆稳定性系数，取=2.5；

∑Sbk,i—使上部结构稳定的效应设计值；

∑Ssk,i—使上部结构失稳的效应设计值。

下面就影响抗倾覆稳定性的几种因素，给出模型的计算结果。

3.1 固定支座布置情况及曲线半径的大小对桥梁抗倾覆的影响

在现浇箱梁的设计中，一般在一联当中只设置一个固定支座，由于本联桥梁平面线形为曲线段接直线段，线形比较特殊，所以首先研究固定支座布置位置对桥梁抗倾覆的影响。现假设固定支座的位置为3#(曲线段)和5#(直线段)，曲线段半径分别采用60m、100m、150m、200m，通过模型研究桥梁的抗倾覆性能，分析结果云图详见图5、图6，本文涉及模型较多，只给出两个模型计算结果，不一一累述。桥梁支座反力及抗倾覆系数见表1及表2。

图5 固定支座在曲线段且曲线半径为200m时桥梁支座最小支反力

图6 固定支座在直线段且曲线半径为200m时桥梁支座最小支反力

表1 固定支座在曲线段时不同曲线半径下桥梁支座最小支反力与抗倾覆系数表

表2 固定支座在直线段时不同曲线半径下桥梁支座最小支反力与抗倾覆系数表

由表1及表2对比可知，当曲线半径在100m以下时，桥梁的固定支座放在直线段时，对桥梁支反力是有利的，但由于曲线半径较小，桥梁抗倾覆结果均为不通过，需要通过其他方法解决；桥梁的曲线半径大于100m时，固定支座位置对桥梁支反力和抗倾覆系数的影响均不明显。同时表1和表2均表明，平面曲线段的曲线半径越大，对桥梁抗倾覆越有利。