匝道橋的設計及結構計算

摘 要：高速公路互通的匝道橋中因受縱坡及線形所限而體現出坡、彎、斜、異形等不同特點，因此相對于直梁橋“剪、彎”作用，匝道橋在“剪、彎、扭”等復合作用下進行受力。應結合復合受力狀態進行結構計算，上下部的結構設計要選擇對于“剪、彎、扭”有利的措施。文章基于工程建設實際，探討了高速公路互通匝道橋的結構計算方法及設計要點，僅供有關設計人員在設計時進行參照。

關鍵詞：匝道橋；結構計算；設計要點

前言

高速公路的建設發展迅速，而在高速公路互通立交中匝道橋的應用不斷增多，匝道橋是指高架路與立交橋上下連接的路段，也指高速公路連接鄰近輔路的路段。高架路匝道通常將入口與出口分開進行設置，不可逆行，車輛沒有從匝道出口下路，也不能從匝道入口下路，只能在下個下匝道出口下路。立交橋匝道通常根據設定標志進行行駛，適合于高速公路主干線、橋梁及行車隧道等與之鄰近的輔路，或主干線陸橋及引線連接道等。

匝道橋橋面寬度通常在8-15米之間，彎道半徑在60-255米之間，一些處于緩和曲線上，大部分跨徑在20-30米之間，通常大部分采用混凝土現澆或預應力混凝土結構的箱梁。橋梁因彎梁結構而產生“彎扭耦合”作用，若在設計施工中采取不恰當措施就會引發梁體向外產生移動反轉、梁內側支座產生脫空、固結墩墩身產生開裂等比較嚴重后果。

1 匝道橋特點

匝道橋通常具有如下特點，匝道橋通常具有1-2個車道，寬度在8-15米之間；因匝道主要為車輛實現道路轉向的作用，在高速公路立交中通常受占地面積所限，大部分采用半徑不大的曲線梁橋，平曲線最小半徑約為60米左右，有時在比較平緩的曲線設置的超高值比較大；匝道橋一般都具有較大的縱坡設置值。

因匝道橋存在的上述特點，在設計中要特別對以下三方面因素提高重視，一是受曲率關系影響而形成的彎扭矩，計算過程中對于彎扭耦合作用要注意不能忽視；二是因產生的旋轉力矩作用，外梁比內梁的內力大，一般都會對形成造成超載，內梁產生卸載等情況，因內外梁反力具有的明顯相差，內梁在活載偏置時容易形成負反力，特別是在較小曲率半徑及較小靜荷重情況時，更容易發生此類情況。若此時的拉力支座不能承擔，就會使支座產生脫空現象；三是匝道橋都是曲線形狀的梁橋，橫梁具有對全橋結構穩定的支撐作用，因此相對于直橋而言采用的橫梁剛度將不斷增大。

2 匝道橋結構設計

通常匝道橋采用預應力混凝土連續箱梁結構，下部應用柱式墩，肋板式臺，基礎為鉆孔灌注樁。

2.1 結構計算

匝道橋大部分都是曲線梁橋，采用的閉口截面具有與抗扭強度相當時，曲線梁段對應不足12度的中心角的扭轉跨徑可近似作為曲線跨徑的直線橋結構分析，中心角在12-30度之間時，可根據直線橋分析主梁剪力及縱向彎矩，扭矩及反力可根據空間具體情況進行分析。超過30度的中心角所對應的截面內力可結合空間具體情況進行分析。

分析計算模型，可將匝道橋簡化為直線梁分析其縱向彎矩，所得誤差應該不會很大。此外，設置于橫梁位置的兩個支座，使其影響箱梁內力明顯降低，所以不能運用復雜有限元法分析整體結構內力。主要計算參數可結合滿堂支架實施澆筑施工，混凝土澆筑完成兩周后，對預應力進行必要的張拉，采用直接落架方法模擬施工階段，但拆除支架不需要進行模擬，所獲得的結果比較安全。對于正常應用的箱梁有效寬度，支座受梯度溫度應力影響可能會發生1毫米的沉降，要將主拉應力控制為一半允許值內，并結合受力需要在墩頂位置配置短索。張拉預應力束在施工階段累計為1厘米的最大上升撓度，梁體在正常應用階段最大下撓為1厘米，都符合規范要求。除這種以直代曲方法可在某些條件下應用外，還有有限條法、有限元法等多種方法。梁格分析法主要將橋梁上部結構采用等效梁格代表，是設計中比較常用的一種方法，具有易于掌握，可保證設計精度等優點。其本質是采用空間網格對結構受力特性進行模擬，對于彎橋橫向受力特性進行了成分考慮。

2.2 設計要點

匝道橋大部分是小半徑曲線梁橋，平曲線半徑最小約為60米，超高值設置的相對較大，主要采用以下三種超高設置方式，一是調整梁高；二是相同梁高的調整墩高與墊塊；三是調整鋪裝層或一起調整鋪裝層與墩帽。在設計中可結合實際情況進行選擇應用。因匝道橋受自重作用影響形成扭矩，主梁自身需一定的抗扭矩與抗扭剛度，同時其支承也要能承擔自重與活載偏載形成的扭矩。在支座設計中要遵循以下原則，一是基于承載力的梁端橫向支座布置最多為2個以防止支座產生脫空；二是應采用墩-梁固結構造墩高較大的獨柱式中墩支點，進而實現較為經濟效果。

設置匝道橋固定支座，能夠有效避免水平位移的發生；要盡可能將支座間距設大。對于曲線梁橋上下部結構其不同支承方式都要利于結構受力，才能避免支座產生脫空現象。在構造中要采取適宜措施對水平進行限位，尤其是可能產生水平位移比較大的曲線梁橋更要進行必要的限制。

在構造上，如曲線梁橋具有較大的預應力鋼束徑向力，特別是對于小半徑曲線梁橋具有更明顯的作用。設計時就要注意其對主梁腹板曲線內側砼的壓力，該壓力能夠造成腹板崩裂或鋼束崩出，因此在主梁腹板內要設計數量充足的防崩鋼筋。處于曲線平面內外管道對應預應力構件的最小混凝土保護層厚度要達到現行規范要求。鋼筋在曲線梁橋中的布置應使截面的抗扭能力達到設計要求，橋箱梁底板、頂板橫向筋及腹板箍筋應構成封閉的抗扭矩。

3 結束語

綜上所述，匝道橋設計相對于直線橋梁更為復雜，在具體設計中，確保匝道橋設計不產生質量問題主要是通過分析全面準確的結構受力情況這一有效手段。根據匝道橋特點，在設計中主要有以下三方面體會，一是曲線上匝道橋中的橫梁具有對全橋保持穩定的作用，所以相對于直線正橋，需要的橫梁剛度將增大。由于橫梁具有較大的剛度，因此可忽略橋梁斷面變形。二是對于曲梁格結構，通常外梁中具有較大的應力作用，如外梁剛度增大，應力也會增大，而主梁斷面無法進行適應。因此，有時應用內梁剛度加大的設計法可明顯降低橋梁鋼材用量。三是對于曲線上匝道橋內梁形成的負反力，應用下部結構或支座對負反力進行降低的設計方法是實際中采用較多的方法。

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作者簡介：崔芳宇（1982-），男，本科學歷，研究方向：道橋工程。