匝道弯桥抗倾覆加固设计探讨

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摘要：本文以在运营中的某城市快速路互通匝道桥一联为分析对象，分析其按规范规定荷载作用下，匝道桥抗倾覆性能，并根据验算结论提出多种加固措施，包括增设抗拔支座、增设盖梁设多支座、独柱墩变多柱墩、横梁加长拉大支座间距等方法，概述其如何提高匝道桥梁结构横向抗倾覆能力。

关键词：匝道弯桥；抗倾覆；加固设计

随着国家交通强国战略不断发展，我国桥梁产业也在飞速发展，然而近年来，出现许多桥梁倒塌事故，究其原因表明，多数事故发生是由于弯桥抗倾覆能力差，尤其是独柱墩匝道桥，在汽车偏载和桥梁自身恒载共同作用下，产生的倾覆扭矩大于自重产生的维稳效应，因此匝道桥发生横向侧翻，即倾覆失稳破坏。图1南京某高架桥倾覆倒塌图2广东河源某匝道桥倾覆倒塌本文以省内某快速路互通匝道弯桥一联为研究对象，分析其抗倾覆稳定性，并结合分析结果，提出多种工程实践中常用的加固设计方法，概述其如何提升弯桥抗倾覆承载力。

1匝道桥抗倾覆稳定性分析

匝道桥上部结构为预应力混凝土现浇箱梁，其中一联跨径布置为：3×20m，匝道桥平面曲线半径60m，属于小半径弯桥，下部结构为双支座独柱墩，如图3所示。图3匝道桥设计图采用有限元软件桥梁博士V4建立该匝道桥结构分析模型，其中模型墩顶均为双支座，联端支座间距为3.5m，其他墩顶支座间距为3m。荷载工况采取《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）[1]规定的公路I级车道荷载，2021年第6期总第302期并考虑汽车横向最不利布置，即最不利偏载布置，分析结果如表1所示，结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）[2]第4.1.8条及条文说明部分内容可知，该匝道桥抗倾覆验算不满足要求，荷载基本组合下支座反力为负值，即支座脱空，不满足规范4.1.8条（1）条例，因此采取加固措施以提高其抗倾覆承载力。

2匝道弯桥抗倾覆加固措施

匝道弯桥的倾覆破坏是一个渐变的过程，实际表现为：受压支座脱离正常工作状态，对桥梁上部结构失去约束作用，因此上部结构在自重及汽车偏载的作用下，逐步产生扭转变形、横向失稳倒塌，伴随出现支座及下部结构损坏，典型破坏过程如下图4所示。根据上述典型破坏过程，规范给定了2个特征状态来描述倾覆破坏过程：在特征状态1时，桥梁受压支座脱空失效，在特征状态2时，桥梁抗扭支承全部失效，即发生倾覆破坏。因此，在进行加固设计时，可以针对以上两个特征状态进行加固设计。

2.1增设抗拔约束装置

通过上述匝道桥抗倾覆验算结果可知，匝道桥特征状态1验算存在支座脱空的情况，因此可在横梁外侧与墩顶间增设抗拔约束连接装置[3]，如图5所示。将墩顶与横梁连接为整体，当汽车偏载作用时，弯桥内侧支座产生脱空趋势时，抗拔约束装置可提供拉力，即抵抗倾覆力矩，削弱箱梁的倾覆扭矩，增加其抗倾覆能力，保证其安全。

2.2独柱墩增设盖梁

根据规范可知，倾覆破坏典型桥梁结构形式如图6所示，分析可知，独柱墩墩顶仅单个支座，不能提供良好的抗扭转约束作用，因此可在墩顶采用植筋方式增设盖梁或者采用钢结构盖梁[4]，如图7所示。采用该方法的优点：墩柱增设盖梁，使得墩顶单支座变成双支座，并根据计算确定合适的支座间距，保证抗倾覆验算同时满足特征状态2，确保箱梁不发生倾覆破坏。在施工前必须重新进行全桥结构验算，保证改变支座布置情况下全桥验算仍然满足规范要求，同时，植筋钻孔过程应避免损伤原桥墩结构受力钢筋，独柱墩墩顶增设盖梁应选择高强度、高密度钢筋，按设计要求绑扎焊接并确保新旧支座受力的一致性。

2.3调整支座间距

对于独柱花瓶墩，墩顶设双支座，但是由于上部结构箱梁底板宽度较小，支座间距较小导致计算稳定效应小于失稳效应的情况，可采用调整支座间距的方法来提高其抗倾覆承载力[5]。本文所述的工程实例即为该种情况，通过第一节验算结果可知，其抗倾覆性能较差，调整支座间距后，重新验算抗倾覆稳定性结果如表2和3所示。由上表可知，拉大支座间距可以很好地提高匝道桥抗倾覆稳定性。对于本文介绍的实际工程，采用拉大支座间距方法，由于上部结构箱梁底板宽度较小，需要对横梁采取植筋的方式进行加长，下部独柱花瓶墩墩顶增设盖梁[6]即结合多种方式进行加固设计，如下图8所示。

3结语

本文以某工程实例，按照规范进行抗倾覆验算，介绍倾覆失稳机理及对应特征状态，并从特征状态入手分析，对工程实践中所采用的不同加固设计方法进行分析介绍，并结合实例抗倾覆验算结论，对该匝道桥采用多种加固方法组合的方式进行加固设计，并对加固后匝道桥重新验算，结论满足规范要求，表明本文所述加固方法具有可靠性，对其他类似工程具有借鉴意义。

参考文献：

[1]JTGD60-2015,公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版.2015.

[2]JTG3362-2018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版.2018.

[3]张振涛,龚鸣.独柱墩桥梁抗倾覆加固问题探讨[J].交通世界,2020(34):136-137.

[4]林孔斌.独柱墩桥梁抗倾覆因素研究[J].福建交通科技,2020(4):135-138.

[5]张晴.某独柱墩连续箱梁桥的抗倾覆稳定性验算[J].交通世界,2020(8):128-130.

[6]顾克明,苏清洪,赵嘉行.公路桥涵设计手册[M].北京:人民交通出版社.1997．

作者：孔祥龙 王登城 单位：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司