章 凱 （合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

隨著國家大力推廣裝配式建筑政策，城市快速路橋梁裝配式方案日益增多。鋼箱梁橋具有制造工藝成熟、架設(shè)方便快捷、有效縮短施工工期、適合裝配式施工等優(yōu)點(diǎn)，在城市高架快速路特別是互通立交小半徑匝道中應(yīng)用廣泛。但是小半徑鋼箱梁橋由于曲線半徑小，汽車荷載偏載大，結(jié)構(gòu)本身自重小，曲線內(nèi)外側(cè)支座反力差別大，支座容易脫空，極端條件下甚至傾覆，設(shè)計應(yīng)充分認(rèn)識其風(fēng)險性，加強(qiáng)抗傾覆設(shè)計，通過設(shè)計手段在工程源頭確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。

1 橋梁抗傾覆設(shè)計規(guī)定

近年來，城市橋梁傾覆時有發(fā)生，造成人民生命財產(chǎn)損失，引起廣泛的社會關(guān)注。雖然橋梁傾覆絕大部分均是由車輛超載大幅度超過橋梁設(shè)計荷載引起，但如何提高橋梁的抗傾覆性能已是迫切需要解決的問題。業(yè)界對橋梁傾覆失穩(wěn)破壞過程已充分研究，理論成熟，《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》已對抗傾覆作出明確規(guī)定：在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)；按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合時，橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不小于2.5。

2 橋梁抗傾覆措施

目前鋼箱梁橋的抗傾覆措施主要有四種方式：

①采用雙柱墩或者門式墩，增大支座間距。

②支座處設(shè)置橫向偏心，改善內(nèi)外支座的不平衡受力，減小偏載效應(yīng)。

③通過在支點(diǎn)處鋼箱梁內(nèi)部配重，增加恒載支座反力，抵抗汽車偏載引起的支座負(fù)反力。

④改變橋梁結(jié)構(gòu)形式，橋梁中墩與鋼箱梁固接，橋梁結(jié)構(gòu)形式由連續(xù)梁調(diào)整為連續(xù)剛構(gòu)體系。

在實(shí)際工程設(shè)計中，城市匝道橋由于用地條件、道路分隔帶寬度限制，雙柱墩或門式墩占地較大，且景觀效果不佳，應(yīng)用較少。比較普遍的做法即采用設(shè)置橫向偏心、鋼箱梁配重和墩梁固接，在橋梁跨徑較大、曲線半徑較小時，也常采用三者組合的方式。

3 橋梁抗傾覆設(shè)計計算

本文通過實(shí)際工程案例，建立空間有限元模型，計算分析鋼箱梁橋的抗傾覆性能。

3.1 工程概況

某互通匝道平曲線半徑90m，匝道橋需跨越現(xiàn)狀地鐵車站，采用（40+46+40）m三跨連續(xù)鋼箱梁，匝道橋?qū)?m，設(shè)雙支座，支座間距2.4m，標(biāo)準(zhǔn)梁高2.2m，單向2車道，橋墩為鋼筋混凝土矩形橋墩，墩高15m，橋面為10cm雙層SMA鋪裝，鋼筋混凝土防撞護(hù)欄。汽車設(shè)計荷載為城-A級，其他荷載按照規(guī)范執(zhí)行。

3.2 有限元模型

采用有限元計算軟件橋梁博士V4.2建立空間模型，鋼箱梁截面考慮縱向加勁肋，橫隔板自重采用線性荷載模擬。

因跨徑大、半徑小，經(jīng)試算，僅采用設(shè)置支座橫向偏心或者配重法抗傾覆計算均不滿足規(guī)范要求，本次設(shè)計考慮多種抗傾覆措施結(jié)合設(shè)計，在橋梁端橫梁處設(shè)置20 cm向外橫向偏心并采用鋼渣混凝土配重，鋼渣混凝土容重按照40 kN/m3考慮，2個中墩與鋼箱梁固接，形成剛構(gòu)體系。

圖1 全橋空間有限元模型

圖2 鋼箱梁橫斷面圖

橋梁中墩為矩形截面，中墩與鋼箱梁采用剛性連接模擬墩梁固接。端橫梁處全斷面配置鋼渣混凝土，配重段長5m，配重荷載為493 kN/m。

圖3 鋼箱梁全斷面配重

3.3 計算結(jié)果

根據(jù)有限元計算結(jié)果，該鋼箱梁端橫梁處在基本組合、標(biāo)準(zhǔn)組合下支座反力如表1所示。

表1表明，基本組合下箱梁內(nèi)外側(cè)支座最小支反力差異較大，但通過抗傾覆構(gòu)造措施后，箱梁內(nèi)側(cè)支座始終保持受壓狀態(tài)，并有一定富余，滿足規(guī)范要求。

圖4 基本組合橋梁橫橋向彎矩圖

通過墩梁固接措施，鋼箱梁不存在傾覆情況，但圖4表明，橋墩受力較常規(guī)連續(xù)梁彎矩增加較多，橫向最大彎矩為12028.5 kN·m，受力非常復(fù)雜。

端橫梁荷載組合支反力表 表1

表2表明，設(shè)置橫向偏心后，僅考慮鋼箱梁自重和二期恒載作用，箱梁內(nèi)外側(cè)支座支反力差異仍然巨大，汽車荷載偏載的內(nèi)側(cè)受拉支反力標(biāo)準(zhǔn)值已超過恒載受壓支反力標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)組合下，箱梁內(nèi)側(cè)支座已出現(xiàn)受拉，支座脫空?？紤]端部配重后，恒載受壓支反力增加較大，改善支座脫空效果顯著。

4 結(jié)語

部分單項(xiàng)荷載支反力表 表2

通過以上計算分析，小半徑連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)雖然施工快捷、結(jié)構(gòu)受力性能好，但由于自重小，本身抗傾覆能力不足，需要通過增加措施，提高其抗傾覆性能，滿足規(guī)范要求。

①鋼箱梁內(nèi)部配重是增加抗傾覆性能最直接的措施，施工方便，效果顯著，尤其在直線橋中，大部分僅靠配重即可解決。鋼渣混凝土由于其容重較大，性能穩(wěn)定，應(yīng)用逐漸廣泛。

②城市互通受用地限制，匝道采用雙柱墩條件受限，墩柱尺寸較小，建議可增設(shè)蓋梁，加大支座間距，改善支座受力狀態(tài)。

③小半徑鋼箱梁橋通過設(shè)置支座偏心，能改善箱梁內(nèi)外側(cè)支座反力不平衡。建議平曲線半徑小于150 m時，設(shè)置橫向偏心。

④當(dāng)墩柱高度較高時，可通過墩梁固接，改變橋梁的結(jié)構(gòu)形式，橋梁則不會傾覆，但橋墩受力較常規(guī)連續(xù)梁橋變化大，設(shè)計時應(yīng)充分考慮下部結(jié)構(gòu)的計算分析。

⑤小半徑鋼箱梁橋偏載嚴(yán)重，橋梁越長，偏載效應(yīng)越明顯，建議一聯(lián)橋長不宜超過150 m。