高架匝道桥抗倾覆稳定性探究

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1、高架匝道桥抗倾覆稳定性探究　　【摘要】本文介绍了城市高架匝道桥抗倾覆的计算要点，并结合相关的工程实例对关键点进行的论述，提出了结构抗倾覆设计的控制要素，可供相似工程在结构设计时参考。【关键词】高架桥匝道；抗倾覆；结构设计1、研究背景随着社会经济和城市交通发展，高架桥成为城市路网的重要构成形式之一。匝道为连接地面道路与主线桥梁以及互通立交的连接线，匝道桥属于匝道的一部分，其曲线元素通常为直线段、圆曲线段和缓和曲线段组成，且普遍存在小半径曲线桥。在当前公路与城市道路桥梁的设计中，为追求结构外形轻盈美观或为加大桥下通行空间等考虑，越来越多地采用了独柱式下部结构匝道桥。近年来，国内发生多起匝道桥倾覆事

2、故，高架匝道桥抗倾覆稳定性问题成为工程热点之一。2、事故案例9事故一：2009年7月15日，津晋高速公路天津段港塘互通立交桥A匝道桥倒塌，5辆货车坠落，造成6人死亡、7人受伤，该匝道桥设计载荷为汽车55吨、挂车120吨。事故桥梁为4x19m等截面钢筋砼连续梁，全宽8.75m，端部为双支座，次边墩为单支座，中墩为固结墩。当5辆车行至匝道桥事故段时，前方一辆货车逆行，为避让此车，包括3辆严重超载货车的顺行车辆在单行道7.5米宽A匝道桥上靠右密集停车，并偏离行车道，车辆外轮距右侧护栏内缘小于1米，从而形成巨大偏载，导致桥梁梁体向右侧倾斜而引起桥梁倒塌。事故二：2011年2月21日，浙江省上虞市县道南

3、春线7K+966春晖互通绍兴至宁波、台州方向上匝道发生交通坍塌事故。坍塌桥梁总长120m，宽约7m，设计荷载为公路-I级，端部为双支座，中墩为独柱单支座。当最前面一辆车出现故障抛锚，后面三辆遂从其右侧超车。超车过程中，大桥忽然坍塌。有4辆货车侧翻，事故造成3人轻伤。事故三：2012年8月24日，哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上行匝道垮塌，导致4台货车翻落，造成3人死亡、5人受伤。该匝道桥设计荷载城—A级（公路—1级）。倾覆段为钢混连续叠合梁，全长121.96米，宽9米，端部为双支座，中墩为圆柱墩单支座。由于4台货车在上行匝道同时集中靠右侧行驶，造成三环路群力高架桥洪湖路上行匝道向右（东）倾覆。

4、9上述事故是近几年发生的匝道桥倾覆事故，其直接原因共性是超载，而从匝道桥结构上，另一个共性的特点是均含有独柱单支座中间墩。由于工程建设的需要，匝道桥采用独柱墩的情况比较普遍，在常规活载作用下，结构能保证安全稳定，而在屡禁不止的超载车辆作用下，此类匝道桥则存在一定的倾覆风险。桥梁倾覆事故具有突发性，历时短，破坏大，人员及财产损失严重，对社会、经济影响巨大。由于车辆超载防范较为困难，因此，这就要求桥梁结构具有一定的抗倾覆安全贮备能力。3、分析思路3.1关于倾覆问题的规定匝道桥受恒载或活载偏载作用下，由于处在弯道挑臂较大，在梁上会产生较大倾覆力矩，使梁有倾覆的可能性。这种可能性的大小取决于结构自重产

5、生的稳定力矩与倾覆力矩的比值大小。这个值越大，结构越稳定。在实际情况下，这个值如大于1即是稳定的，小于1则是不稳定，要倾覆的。在桥梁基础抗倾覆设计中，这个系数规定是1.2～1.5（JTGD63-2007第4.4.3条），但对于上部梁的抗倾覆稳定，现行规范无明确的规定。以往大多数设计院在进行梁的抗倾覆设计时大都参照基础抗倾覆的稳定系数来进行的。纵观道路上的超载违章行驶的现状，这样的参数是很难保证抗倾覆安全的，这也是导致很多桥梁倾覆事故的主要原因。针对目前的状况，正在审定的JTGD62-2012（征求意见稿）对此作出了专门规定并较基础抗倾覆稳定系数有了较大幅度的提高，达到2.5：93.2倾覆过程的

6、演化一般匝道桥宽度有限，大多设计采用双支座形式。当出现严重超载情况时，端部的两个支座中将有一个出现脱空，由边界条件失效而失去平衡状态。因此，可以将支座出现脱空时刻作为结构倾覆过程的开始，即活载参与的组合作用下，支座支反力首次出现为零的状态。桥梁结构在运营过程中，分永久作用、可变作用和偶然作用三类，当分析支座反力（竖直方向）时，最主要的是永久作用中的结构重力（包括结构附加重力）以及可变荷载中的汽车荷载，除此以外，预加力作用（预应力）效应、温度作用等对支座竖向反力影响很小，可忽略不计，而基础变位作用对支座反力有部分影响，鉴于基础变位应以实测值计算，本次研究中也略去此类作用。因此，抗倾覆问题可以简化

7、为恒载和活载的组合关系问题，即存在一个特定的组合Sd=Sg+X*（1+u）Sq，使得结构中某个支座反力最先为零，Sg为恒载的标准值，Sq为活载的标准值，X为扩大系数，u为冲击系数，当X=1.0时，该组合就是标准组合。扩大系数X可以解释为超载系数，当该组合Sd使得支座反力为零时，Sd为倾覆开始的临界组合，系数X即为结构的倾覆启动系数。为分析匝道桥在上述倾覆组合作用下的反力情况，可以借助现有有限元分析