浅谈钢筋混凝土匝道桥的设计

【摘要】以工程实例为依据，介绍了钢筋混凝土匝道桥的结构设计分析、构造处理和支座布置，主要探讨支座布置对匝道桥受力的影响，结合匝道桥的受力特点及注意事项总结本次匝道桥设计体会。

【关键词】桥梁；匝道桥；结构设计；支座布置

1.引言

随着城市现代化建设的发展，城市交通系统的压力越来越大。为了保证城市交通顺畅，迫切需要更新原有的道路设施和开辟新的交通线。由于受周围环境的限制，在繁忙地段修建立交桥和高架桥是缓解城市交通紧张状况的一项有效措施[1-2]。由于地形、地物的限制以及城市环境美化等原因，使得高架结构和立交结构有弯、坡、斜、异形等特点[3-4]。曲线梁桥相比于直线梁桥对地形地貌的适应性较强，具有很好的适应线路走向的能力，不用因为跨越一处障碍而改变线路[5]，能适应高等级公路、城市立体交叉工程的特殊而又复杂的线型要求，更具有曲线结构线条平顺、流畅、明快、意境生动的美学价值。

本文主要通过对匝道桥的设计提出个人设计过程中的一点见解，希望与桥梁设计人员共同探讨。

2.工程概况

本工程位于江苏省昆山市，本匝道桥平面位于圆曲线内，路线中心线平面半径为80m，联长66m，跨径布置为3x22m，桥宽8.5m，为单幅桥梁，横向设有4%的超高。下部结构采用花瓶墩，钻孔灌注桩基础。桥梁结构体系为单箱单室等截面钢筋混凝土连续弯梁桥。

2.1 设计技术标准：

设计行车速度：35km/h；

设计荷载：公路I级；

设计安全等级：一级；

环境类别：I类。

2.2 主要材料：钢筋混凝土连续弯梁桥采用C50混凝土，墩身、支座垫石采用C40混凝土，承台、基桩采用C30混凝土。桥面铺装采用6cmC40现浇混凝土层+10cm沥青混凝土层。

普通钢筋：直径≥12mm，均采用热轧HRB335级钢筋；直径

3 结构设计及分析

设计的主要任务是确定合理的结构构造，即合理选定主梁的断面形式及支座布置方式。

3.1 结构设计：本桥上部结构梁高为1.4m，桥梁横坡4%由箱梁整体旋转形成。箱梁顶板宽度8.5m，底板宽度为3.646m。

3.2 结构分析。分析计算的简化条件：匝道桥大都为曲线梁桥，本质上为三维空间结构。对其进行空间分析是比较精确的，但从理论上来说可以参照直线桥的分析方法，日本规范提出曲线梁满足以下条件时可以近似地作为以曲线长为跨径的直线桥进行结构分析：当曲线梁采用具有相当抗扭强度的闭口截面时，对于曲线梁段的扭转跨径所对应的中心角小于12°时可以近似地作为曲线长为跨径的直线桥进行结构分析； 中心角大于12°小于30°时，主梁纵向弯矩及剪力可按直线桥分析，反力及扭矩需按空间分析。中心角大于30°所有截面内力均按空间分析。本桥中心角为47°，大于30°，所有截面内力均按空间分析。故本桥采用MIDAS Civil 2010进行计算。

3.2.1 模型建立。根据匝道桥的受力特点，除必须考虑直线桥所承受的外荷载外，还应该考虑以下荷载：

1）梁体扭矩。计算方法：以结构中心线为界，内外侧梁体相对于结构中心线产生的扭矩差；其中包括桥面铺装和护栏产生的扭矩差；以静力荷载的形式作用于结构上；

2）离心力。当曲线梁桥的弯曲半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力作用。离心力的计算方法为车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C计算。离心力系数按下式计算：

3）汽车荷载外偏。为考虑荷载偏载作用对弯梁桥产生的影响，计算时考虑两种汽车荷载，汽车荷载内偏和外偏两种情况，并分别进行荷载组合。

3.2.2 计算结果。

1）持久状况承载能力极限状态计算。由图1-4可知，各截面承载力满足规范要求。

2）裂缝宽度验算

主梁裂缝宽度最大处发生在边跨跨中，数值为0.17mm

3.2.3 支座布置。

鉴于弯梁桥的受力特点，为了避免弯梁桥在使用过程中出现支座脱空，该桥结构分析重点验算桥梁的支座反力和确定支座间距。

在曲线梁中存在较大的旋转扭矩，导致弯梁桥的内外侧支点反力相差较大，当活载偏置时，端部内侧支座容易出现负反力。本文分别计算几种支座间距下3#墩柱支座（端部支座）在活载外偏心荷载工况下的支座反力，并根据支座反力确定支座间距。

随着支座间距的增大，端部内侧支座的反力逐渐增大，说明增大支座间距对端部内侧支座抵抗负反力有利。

支座偏心均偏于曲线外侧，在支座间距相同的情况下，支座对称布置下的端部内侧支座反力小于支座偏心布置情况，说明支座偏心设置对于抵抗端部内侧支座负反力有利。此外，在活载外偏和梁底空间有限的情况下，支座间距为1.0+1.3m的端部内侧支座负反力为230kN左右，有较大的安全储备，故本桥支座间距采用内侧间距1.0m+外侧间距1.3m。

4 弯梁桥设计体会

1）弯梁桥的弯扭耦合作用。曲线梁在外荷载作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且相互影响，使梁截面处于弯扭耦合作用，所以其竖向挠度大于同跨径的直线梁桥，同时曲线外侧挠度大于曲线内侧，这种情况随着半径减小而愈发严重；

2）内梁和外梁受力不均与。即使在竖向荷载作用下，弯梁桥也会有扭矩产生，因而通常会使外梁超载、内梁卸载，尤其在宽桥的情况下更会产生内外梁受力的差距；

3）弯梁桥的支座设置。在曲线梁中，由于存在较大的旋转扭矩，导致弯梁桥的内外侧支点反力相差较大，当活载偏置或曲率半径、恒荷载较小时，内侧支座甚至会出现负反力，如果支座不能承受拉力，就会出现梁体与支座脱离现象，故应在构造上采取相应措施来抵抗支座负反力。

参考文献

[1]李惠生，张罗溪.曲线梁桥结构分析.北京：中国铁道出版社，1992

[2]吴西伦.弯梁桥设计.北京：人民交通出版社，1995

[3]张永辉，浅谈曲线梁桥设计要点.国防交通工程与技术，2005（2）

[4]孙波.曲线梁桥设计的常见问题.公路运输文摘，2003（8）

[5]林力成，林晓芳. 连续弯梁桥计算模型分析. 华东交通大学学报，Vol.22， No.4，2005