鋼箱梁匝道彎橋計算的初探

胡立新

（上海市政工程設計研究總院斯美南方分院，廣東佛山528200）

0 引言

在各種立交橋匝道中，為滿足道路功能和線形的需要，常常需采用小半徑即半徑小于100 m匝道。匝道橋梁結構一般采取跨徑不大于20 m的鋼筋混凝土連續梁橋，但在跨越現狀路口處，跨徑又需采用30 m以上跨徑的橋梁結構，在這種情況下，一般采用鋼箱梁結構，為準確分析此種結構的受力，需采用空間程序分析。本文針對某工程立交橋鋼箱梁匝道橋進行分析計算，以便對此類結構提供一種空間分析方法。

1 工程概述

某工程立交WN匝道WN1～WN4墩采用35m+43 m+34.881 m連續鋼箱梁結構。簡單介紹如下：

該聯橋梁結構位于半徑為60 m圓曲線上，橋梁凈寬8.5 m，兩側為0.5 m防撞欄桿。設計荷載：公路Ⅰ級。

鋼箱梁采用單箱單室直腹板斷面，梁高為1.8 m。正交異性橋面板，頂板厚度14～16 mm，腹板厚度14～20 mm，底板厚度12～20 mm。橫隔板間距1.25～1.556 m（見圖 1～圖 3）。

2 計算方法

鑒于彎橋的受力特點，采用平面桿系直橋的程序計算分析，很難準確分析彎橋的受力情況，必須采取其他有效分析手段進行計算。

目前對彎橋的計算程序較多，例如有曲線橋程序，MIDAS空間程序等。采用的分析單元有空間梁單元、空間板殼單元等。對于鋼箱梁橋，由于采用材料較單一，而且板厚較薄，特別適用板殼單元進行分析計算。因此該橋采用MIDAS空間程序，空間板殼單元分析。

3 計算分析結果

3.1 空間板殼模型

有限元模型采用空間板殼單元，共有2 033個節點，2 164個單元。（見圖4、圖5）板厚按照結構尺寸輸入，變厚度時按照平均值輸入。

其中頂板U形加勁和底板球扁鋼加勁采用程序中的加勁板單元模擬。

3.2 計算工況

工況一：恒載+整體溫差+局部溫差+沉降+活載（最大）

工況二：恒載+整體溫差+局部溫差+沉降+活載（最小）

3.3 計算結果（見表1）

表1 各工況下支座反力匯總表（單位：kN）

從以上計算得出：在工況二情況下，該橋WN4墩內支座存在11 kN的負反力，WN1墩內支座的反力為8 kN。雖然該橋已對WN2墩、WN3墩調整了支座偏心，但仍需在WN1墩、WN4墩端橫梁處采用素混凝土進行壓重處理，以防止支座脫空。

由于該橋位于圓曲線半徑為60 m的匝道上，并且橋梁跨徑也較大，很容易在活載偏載等荷載作用下，出現支座脫空現象，這也是該類橋梁設計應該注意的一個重點。

在各種荷載作用下，應力情況如圖6～圖11所示和表2所列。

從表2可知，頂板最大拉應力為96 MPa，底板最大拉應力為147 MPa，腹板剪應力最大為48 MPa，均滿足鋼材容許應力要求。

4 結語

（1）對于鋼箱梁彎橋，由于一般跨徑組合較大，而位于半徑較小的匝道上，受力情況復雜，必須采用空間有限元程序才能準確地對此類結構作計算分析，同時采用板殼單元能較好地反映結構每個部位的受力情況。

（2）由于采用鋼箱梁結構，自重較輕，對于此類結構的設計，除滿足結構強度、位移要求外，必須重視對支座反力的計算，同時應采取各種措施，以避免支座脫空。

表2 主要構件應力匯總表（單位：MPa）