第３８卷第８期 ２ ０ １ ２年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３８ Ｎｏ．８ Ｍａｒ． ２０１２ ・２０１・ 文章编号：１００９－６８２５（２０１２）０８－０２０１－０２ 匝道桥抗倾覆稳定性计算与研究 李德锋 郭威 王迪。 （１．中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安７１００７５：２．长安大学公路学院，陕西西安７１００７５） ７１００６４； ３．上海中交海德交通科技股份有限公司西安分公司，陕西西安摘要：以某独柱匝道桥为工程背景，对结构在加固前后的抗倾覆稳定性进行了分析，从计算依据与建模方法方面进行了论述，以 期为今后同类工程的计算提供一定的指导。 关键词：匝道桥，抗倾覆稳定性，计算模型 中图分类号：Ｕ４４２．５ 文献标识码：Ａ 计规范５．１条及条文解释，主梁倾覆稳定性的计算属于承载能力 ０ 引言 压 衬台机，砌车雒一 抗倾覆稳定性验算应该按照极限承载力计算，因此荷 匝道是连接引线与主线互通的线路，线形多为曲线。匝道桥 极限状态，２００４公路钢筋混凝土及预应力 与直线桥相比，在自重与移动荷载作用下主梁承受的扭矩要大许 载效应的组合系数按照ＪＴＧ Ｄ６２－多。匝道桥倾覆事故时有发生，如２００７年１Ｏ月包头市民族东路 混凝土桥涵设计规范４．１．６条对承载能力极限状态基本组合荷 高架桥倾覆，２００９年１１月南京市内环西线南延工程匝道倾覆，为 载效应系数的规定取值。根据弯桥的结构特点，主梁通常处于外 桥梁工程师敲响了警钟。随着交通量的日益增长，车辆荷载显著 侧超载，内侧卸载的受力状态，当活载偏置时，梁内侧支座甚至会 增大，而大多数匝道桥梁较主线桥梁狭窄，自重小，车辆荷载在荷 产生负反力。当支座出现负反力即意味着梁底与支座面将脱空， 载组合中所占的比重大。因此有必要按照新的车辆荷载工况对 所以支座不出现负反力是保证匝道桥不发生倾覆的重要条件。当然一个支座的脱空，可能不会引起梁的迅即倾覆，但是已经达 早期设计施工的此类匝道桥进行抗倾覆稳定性验算。 １ 工程概况 沈士互通Ａ匝道位于杭州市绕城公路东段第一合同段，南连 杭甬、杭金衢高速公路，北接沪杭高速公路，中心桩号Ｋ０＋３９６．０３， 桥梁起点桩号为Ｋ０＋０９８．１７，终点桩号为Ｋ０＋６９３．８９，全长 到临界状态。 在相关设计规范中，均有关于禁止支座脱空的描述，因此以 联端内侧支座不出现负反力作为满足抗倾覆稳定性要求的判断 标准。 ５９５．７２ ｍ。全桥共分为五联，跨径为（６×１９．３）ｍ＋（６×１９．３）ｍ＋ ３模型建立 本文采用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ空间有限元软件分别建立该匝道桥第 （２５＋３５＋３５＋２５）ｍ＋（６ ｘ＇２０）ｍ＋（６×２０）ｍ。上部结构中除第 三联加固前后的计算模型。由于连续梁桥抗倾覆稳定性计算受 三联为预应力现浇钢筋混凝土连续箱梁外，其余均为后张预应力 桥墩影响可以忽略，故直接在主梁相应位置设立约束条件模拟支 混凝土空心板。 ２计算依据 按照Ｊ Ｉ＇Ｇ Ｄ６２－２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 碴车 变压器 平导 座，省去下部结构模型的建立。 ３．１ 主梁截面 经过每循环平导开挖工序作业时间统计及月末汇总分析，得出采 用该优化方案较高的提高了出碴效率，出碴时间控制在１ ｈ一 １．５ ｈ以内（每循环进尺在２．５ ｍ左右，方量８０ ｍ ），相应的提高 了平导日平均进度。最终实现平导较大距离的超前正洞并且满 足平导进正洞施工条件及平导进正洞成功完成了７００ ｍ的正洞 施工任务，缓解了出口正洞隧道独头开挖４ ７００ ｍ施工任务压力、 装载机开篓 碴车线路通风管加费台架 船 车道 喷浆台架 Ｕ善 ＝ ３结语 正洞 过程中成功实现四个阶段的通风方案，解决独头开挖４ ７００ ｍ正 洞通风、排水等问题，有效发挥了其辅助坑道作用。 参考文献： 图１平导断面、施工机械设备优化后平面布置示意图 ［１］周文静．西秦岭隧道店子坪一号斜井进正洞施工方案［Ｊ］． 山西建筑，２０１０，３６（１０）：３４１－３４２． 通过对原合同的平导出碴设备及平导设计断面进行优化后， Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｄｉｔ ａｔ Ｄａｌｉａｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ＣＨＥＮ Ｄｉ－ｆＩＩ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ Ｄａｌｉａｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｄｉｔ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｒｉｉｇｎａｌ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｄｉｔ ｄｅｓｉｎ ｇｓｅｃｔｉｏｎ ｎｄ ｃｏｎｓａｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄ ４ ７００ ｍ ｅｘｃａｖａ－ ｔｉｏｎ，ｍａｉｎ ｈｏｌｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｓｏｌｖｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｌａｙｓ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ａｄｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ，ｐａｒａｌｌｅｌ ａｄｉｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 收稿日期：２０１１—１１－１５ 作者简介：李德锋（１９７９．），男，工程师 ・２０２・ 第３８卷第８期 ２ ０ １ ２年３月 山 西 建 筑 ３．４荷栽确定 计算除恒载和汽车荷载之外，还综合考虑了温度荷载、支座 ———————一 主梁截面如图１所示。 ［＝＿ 该截面使用。 、二］ 沉降等因素。支座沉降按０．００５ ｍ计；温度按ＪＴＧ Ｄ６０－２００４公路 桥涵设计通用规范４．３．１０计算；桥面静荷载：护栏单侧每延米重 ９．１ ｋＮ／ｍ，桥面铺装厚１０ ｃｍ；活载按２车道计算，车辆荷载尺寸 及位置按ＪＴＧ Ｄ６０－２００４公路桥涵设计通用规范４．３．１条相关规 图１主梁截面形状 上缘宽１３．２５ ｍ，底缘宽７．２５ ｍ，高３．３ ｍ。用ＡｕｔｏＣＡＤ绘制 定，考虑沿桥轴线外侧偏载布置；箱梁采用Ｃ４０混凝土，容重取 ２６ ｋＮ／ｍ ；车辆荷载分三种工况：工况１：ＪＴＧ Ｄ６０－２００４公路桥涵 设计通用规范公路一Ｉ级荷载；工况２：１．３倍公路一Ｉ级荷载； 工况３：重车（１．２倍标准荷载）自定义车辆荷载（按１．２倍的规范 ５５ ｔ车辆荷载进行加载计算，车队纵向两车的前后轮轮距为 １０ ｍ）。荷载组合系数为：１．０永久作用＋１．１２温度作用＋０．５支 座沉降作用＋１．４车辆荷载。 出箱梁截面形状后倒入Ｍｉｄａｓ截面特性计算器中，生成Ｐｌａｎｅ形 式截面，计算截面特性后，导出ｓｅｃ文件。在Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ中可调入 ３．２主梁线形输入 该桥位于Ａ＝１７５ ｍ至Ｒ＝３００ ｍ平曲线上，竖曲线要素为 Ｒ＝６ ３７７ ｍ，Ｔ＝１１４．７８６ ｍ。首先分别计算出平面与立面坐标， 间隔为每延米一个。之后将线形按坐标输入ＡｕｔｏＣＡＤ绘制多段 ４计算结果及分析 联端内侧支座支反力计算结果见表１。 线后导人Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ中。 平面缓和曲线坐标表达式： １４ １８ 表１支反力计算结果 活载工况 １２号桥墩 一９５．４ １６号桥墩 —９２．５ 『 （ 一 一‘） 加固前 加固后 工况一 １Ｉｙ岳（１－ ＋丽ｌ８…）。 其中， ，Ｙ为坐标值；Ａ为回旋线参数；ｚ为曲线长度。 竖曲线基本方程式为： Ｙ： ＋ ‰ 。 工况二 工况三 工况一 一９８９．８ 一１ ｌ００．６ １ ｌ２１．０ —９８６．２ —１ ０８１．７ ｌ ｌ２０．７ 工况二 工况三 １ ０３１．９ １ Ｏ７５．８ １ ０３１．５ １ ０８３．８ 以上计算结果表明，加固前当车辆荷载在最不利位置加载时 匝道桥联端内侧支座出现负反力。因此认为该匝道桥在加固前， 在现行公路桥梁规范中的汽车荷载、超载以及重车作用下会发生 倾覆。 其中，Ｒ为竖曲线半径； 为纵坡度。 计算模型见图２。 加固后匝道桥联端内侧支座在三种移动荷载工况下均不出 现负反力，并且安全储备大，满足抗倾覆稳定性要求。 ５结语 １）本文验算的独柱宽幅匝道桥加固前在现行公路桥梁规范 指定的车辆荷载作用下会发生倾覆，不满足抗倾覆稳定性要求。 图２匝道模型（左侧ｌ２号桥墩。右侧１６号桥墩） ２）该匝道桥加固后在联内的墩顶设置了间距３．１ ｍ的双支 ３．３支座约束模拟 座，各车辆荷载工况组合作用下支座不出现负反力，并且安全储 弯桥的支座应使用节点局部坐标来正确模拟约束形式，本例 备大，能够满足抗倾覆稳定性要求。 中以顺桥向为 轴，横桥向为ｙ轴，设置节点局部坐标系。对于 ３）匝道桥抗倾覆稳定性与其支座偏心、横向间距、车辆荷载 有纵坡的桥梁，固定端支座应设置在低处，这样可将主梁自重转 与车道偏心、汽车超载程度等因素有关，此类型桥梁在计算时应 化为梁体内的压应力，相当于免费的预应力。本文验算的匝道桥 谨慎、充分考虑以上因素。 联４孔，联端为双支座，联内支座加固前为单支座，沿横桥向在 参考文献： 轴线外侧设１０ ｃｍ偏心，加固后为间距３．１ ｍ的双支座。支座约 ［１］ 戴公连，李德建．桥梁结构空间分析设计方法与应用［Ｍ］． 一束设置见图３。 ● －一 北京：人民交通出版社，２００１． ● ’． ［２］ 袁摄桢，戴公连，吴建武．单柱宽幅连续粱桥横向倾覆稳定 性探讨［Ｊ］．中外建筑，２００８（７）：２１－２２． ［３］ＪＴＧ Ｄ６２－２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 ● ● ● 一 ● ● ● 规范［ｓ］． ［４］ＪＴＧ Ｄ６０－２００４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］． 图３支座约束设置（上图为加固前。下图为加固后） Ｏｎ ａｎｔｉ－ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｍｐ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ＬＩ Ｄｅ－ｆｅｎｇ ＧＵＯ Ｗｅｉ ＷＡＮＧ Ｄｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｓｏｍｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｕｍｎ ｒａｍｐ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｎｔｉ－ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｔｕｒｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｉ－ ｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｍｊｅｃｔｓ ｉｎｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｍｐ ｂｒｉｄｇｅ，ａｎｔｉ－ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔｂｉｌａｉｔｙ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
