匝道彎橋抗傾覆加固設計探討

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摘要：本文以在運營中的某城市快速路互通匝道橋一聯為分析對象，分析其按規范規定荷載作用下，匝道橋抗傾覆性能，并根據驗算結論提出多種加固措施，包括增設抗拔支座、增設蓋梁設多支座、獨柱墩變多柱墩、橫梁加長拉大支座間距等方法，概述其如何提高匝道橋梁結構橫向抗傾覆能力。

關鍵詞：匝道彎橋；抗傾覆；加固設計

隨著國家交通強國戰略不斷發展，我國橋梁產業也在飛速發展，然而近年來，出現許多橋梁倒塌事故，究其原因表明，多數事故發生是由于彎橋抗傾覆能力差，尤其是獨柱墩匝道橋，在汽車偏載和橋梁自身恒載共同作用下，產生的傾覆扭矩大于自重產生的維穩效應，因此匝道橋發生橫向側翻，即傾覆失穩破壞。圖1南京某高架橋傾覆倒塌圖2廣東河源某匝道橋傾覆倒塌本文以省內某快速路互通匝道彎橋一聯為研究對象，分析其抗傾覆穩定性，并結合分析結果，提出多種工程實踐中常用的加固設計方法，概述其如何提升彎橋抗傾覆承載力。

1匝道橋抗傾覆穩定性分析

匝道橋上部結構為預應力混凝土現澆箱梁，其中一聯跨徑布置為：3×20m，匝道橋平面曲線半徑60m，屬于小半徑彎橋，下部結構為雙支座獨柱墩，如圖3所示。圖3匝道橋設計圖采用有限元軟件橋梁博士V4建立該匝道橋結構分析模型，其中模型墩頂均為雙支座，聯端支座間距為3.5m，其他墩頂支座間距為3m。荷載工況采取《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）[1]規定的公路I級車道荷載，2021年第6期總第302期并考慮汽車橫向最不利布置，即最不利偏載布置，分析結果如表1所示，結合《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）[2]第4.1.8條及條文說明部分內容可知，該匝道橋抗傾覆驗算不滿足要求，荷載基本組合下支座反力為負值，即支座脫空，不滿足規范4.1.8條（1）條例，因此采取加固措施以提高其抗傾覆承載力。

2匝道彎橋抗傾覆加固措施

匝道彎橋的傾覆破壞是一個漸變的過程，實際表現為：受壓支座脫離正常工作狀態，對橋梁上部結構失去約束作用，因此上部結構在自重及汽車偏載的作用下，逐步產生扭轉變形、橫向失穩倒塌，伴隨出現支座及下部結構損壞，典型破壞過程如下圖4所示。根據上述典型破壞過程，規范給定了2個特征狀態來描述傾覆破壞過程：在特征狀態1時，橋梁受壓支座脫空失效，在特征狀態2時，橋梁抗扭支承全部失效，即發生傾覆破壞。因此，在進行加固設計時，可以針對以上兩個特征狀態進行加固設計。

2.1增設抗拔約束裝置

通過上述匝道橋抗傾覆驗算結果可知，匝道橋特征狀態1驗算存在支座脫空的情況，因此可在橫梁外側與墩頂間增設抗拔約束連接裝置[3]，如圖5所示。將墩頂與橫梁連接為整體，當汽車偏載作用時，彎橋內側支座產生脫空趨勢時，抗拔約束裝置可提供拉力，即抵抗傾覆力矩，削弱箱梁的傾覆扭矩，增加其抗傾覆能力，保證其安全。

2.2獨柱墩增設蓋梁

根據規范可知，傾覆破壞典型橋梁結構形式如圖6所示，分析可知，獨柱墩墩頂僅單個支座，不能提供良好的抗扭轉約束作用，因此可在墩頂采用植筋方式增設蓋梁或者采用鋼結構蓋梁[4]，如圖7所示。采用該方法的優點：墩柱增設蓋梁，使得墩頂單支座變成雙支座，并根據計算確定合適的支座間距，保證抗傾覆驗算同時滿足特征狀態2，確保箱梁不發生傾覆破壞。在施工前必須重新進行全橋結構驗算，保證改變支座布置情況下全橋驗算仍然滿足規范要求，同時，植筋鉆孔過程應避免損傷原橋墩結構受力鋼筋，獨柱墩墩頂增設蓋梁應選擇高強度、高密度鋼筋，按設計要求綁扎焊接并確保新舊支座受力的一致性。

2.3調整支座間距

對于獨柱花瓶墩，墩頂設雙支座，但是由于上部結構箱梁底板寬度較小，支座間距較小導致計算穩定效應小于失穩效應的情況，可采用調整支座間距的方法來提高其抗傾覆承載力[5]。本文所述的工程實例即為該種情況，通過第一節驗算結果可知，其抗傾覆性能較差，調整支座間距后，重新驗算抗傾覆穩定性結果如表2和3所示。由上表可知，拉大支座間距可以很好地提高匝道橋抗傾覆穩定性。對于本文介紹的實際工程，采用拉大支座間距方法，由于上部結構箱梁底板寬度較小，需要對橫梁采取植筋的方式進行加長，下部獨柱花瓶墩墩頂增設蓋梁[6]即結合多種方式進行加固設計，如下圖8所示。

3結語

本文以某工程實例，按照規范進行抗傾覆驗算，介紹傾覆失穩機理及對應特征狀態，并從特征狀態入手分析，對工程實踐中所采用的不同加固設計方法進行分析介紹，并結合實例抗傾覆驗算結論，對該匝道橋采用多種加固方法組合的方式進行加固設計，并對加固后匝道橋重新驗算，結論滿足規范要求，表明本文所述加固方法具有可靠性，對其他類似工程具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]JTGD60-2015,公路橋涵設計通用規范[S].北京:人民交通出版.2015.

[2]JTG3362-2018,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京:人民交通出版.2018.

[3]張振濤,龔鳴.獨柱墩橋梁抗傾覆加固問題探討[J].交通世界,2020(34):136-137.

[4]林孔斌.獨柱墩橋梁抗傾覆因素研究[J].福建交通科技,2020(4):135-138.

[5]張晴.某獨柱墩連續箱梁橋的抗傾覆穩定性驗算[J].交通世界,2020(8):128-130.

[6]顧克明,蘇清洪,趙嘉行.公路橋涵設計手冊[M].北京:人民交通出版社.1997．

作者：孔祥龍 王登城 單位：安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司