大跨度匝道橋第三聯(lián)抗傾覆穩(wěn)定性分析

大跨度匝道橋第三聯(lián)抗傾覆穩(wěn)定性分析

0匝道橋傾覆事故曲線是連接主線和主線的連接線，主要是曲線。匝道橋與直線橋相比,在自重與移動(dòng)荷載作用下主梁承受的扭矩要大許多。匝道橋傾覆事故時(shí)有發(fā)生,如2007年10月包頭市民族東路高架橋傾覆,2009年11月南京市內(nèi)環(huán)西線南延工程匝道傾覆,為橋梁工程師敲響了警鐘。隨著交通量的日益增長(zhǎng),車(chē)輛荷載顯著增大,而大多數(shù)匝道橋梁較主線橋梁狹窄,自重小,車(chē)輛荷載在荷載組合中所占的比重大。因此有必要按照新的車(chē)輛荷載工況對(duì)早期設(shè)計(jì)施工的此類(lèi)匝道橋進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。1橋梁總體布置沈士互通A匝道位于杭州市繞城公路東段第一合同段,南連杭甬、杭金衢高速公路,北接滬杭高速公路,中心樁號(hào)K0+396.03,橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為K0+098.17,終點(diǎn)樁號(hào)為K0+693.89,全長(zhǎng)595.72m。全橋共分為五聯(lián),跨徑為(6×19.3)m+(6×19.3)m+(25+35+35+25)m+(6×20)m+(6×20)m。上部結(jié)構(gòu)中除第三聯(lián)為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁外,其余均為后張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。2主梁受力分析與載效應(yīng)系數(shù)按照J(rèn)TGD62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范5.1條及條文解釋,主梁傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算屬于承載能力極限狀態(tài),抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)該按照極限承載力計(jì)算,因此荷載效應(yīng)的組合系數(shù)按照J(rèn)TGD62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.6條對(duì)承載能力極限狀態(tài)基本組合荷載效應(yīng)系數(shù)的規(guī)定取值。根據(jù)彎橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主梁通常處于外側(cè)超載,內(nèi)側(cè)卸載的受力狀態(tài),當(dāng)活載偏置時(shí),梁內(nèi)側(cè)支座甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)反力。當(dāng)支座出現(xiàn)負(fù)反力即意味著梁底與支座面將脫空,所以支座不出現(xiàn)負(fù)反力是保證匝道橋不發(fā)生傾覆的重要條件。當(dāng)然一個(gè)支座的脫空,可能不會(huì)引起梁的迅即傾覆,但是已經(jīng)達(dá)到臨界狀態(tài)。在相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中,均有關(guān)于禁止支座脫空的描述,因此以聯(lián)端內(nèi)側(cè)支座不出現(xiàn)負(fù)反力作為滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求的判斷標(biāo)準(zhǔn)。3基于加固前后的計(jì)算模型本文采用Midas/Civil空間有限元軟件分別建立該匝道橋第三聯(lián)加固前后的計(jì)算模型。由于連續(xù)梁橋抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算受橋墩影響可以忽略,故直接在主梁相應(yīng)位置設(shè)立約束條件模擬支座,省去下部結(jié)構(gòu)模型的建立。3.1研究對(duì)象主梁截面如圖1所示。上緣寬13.25m,底緣寬7.25m,高3.3m。用AutoCAD繪制出箱梁截面形狀后倒入Midas截面特性計(jì)算器中,生成Plane形式截面,計(jì)算截面特性后,導(dǎo)出sec文件。在Midas/Civil中可調(diào)入該截面使用。3.2繪制多段線并進(jìn)行初始調(diào)整該橋位于A=175m至R=300m平曲線上,豎曲線要素為R=6377m,T=114.786m。首先分別計(jì)算出平面與立面坐標(biāo),間隔為每延米一個(gè)。之后將線形按坐標(biāo)輸入AutoCAD繪制多段線后導(dǎo)入Midas/Civil中。平面緩和曲線坐標(biāo)表達(dá)式:其中,x,y為坐標(biāo)值;A為回旋線參數(shù);l為曲線長(zhǎng)度。豎曲線基本方程式為:其中,R為豎曲線半徑;i為縱坡度。計(jì)算模型見(jiàn)圖2。3.3節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系彎橋的支座應(yīng)使用節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)來(lái)正確模擬約束形式,本例中以順橋向?yàn)閄軸,橫橋向?yàn)閅軸,設(shè)置節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系。對(duì)于有縱坡的橋梁,固定端支座應(yīng)設(shè)置在低處,這樣可將主梁自重轉(zhuǎn)化為梁體內(nèi)的壓應(yīng)力,相當(dāng)于免費(fèi)的預(yù)應(yīng)力。本文驗(yàn)算的匝道橋一聯(lián)4孔,聯(lián)端為雙支座,聯(lián)內(nèi)支座加固前為單支座,沿橫橋向在軸線外側(cè)設(shè)10cm偏心,加固后為間距3.1m的雙支座。支座約束設(shè)置見(jiàn)圖3。3.4車(chē)輛荷載分析計(jì)算除恒載和汽車(chē)荷載之外,還綜合考慮了溫度荷載、支座沉降等因素。支座沉降按0.005m計(jì);溫度按JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范4.3.10計(jì)算;橋面靜荷載:護(hù)欄單側(cè)每延米重9.1kN/m,橋面鋪裝厚10cm;活載按2車(chē)道計(jì)算,車(chē)輛荷載尺寸及位置按JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范4.3.1條相關(guān)規(guī)定,考慮沿橋軸線外側(cè)偏載布置;箱梁采用C40混凝土,容重取26kN/m3;車(chē)輛荷載分三種工況:工況1:JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范公路—Ⅰ級(jí)荷載;工況2:1.3倍公路—Ⅰ級(jí)荷載;工況3:重車(chē)(1.2倍標(biāo)準(zhǔn)荷載)自定義車(chē)輛荷載(按1.2倍的規(guī)范55t車(chē)輛荷載進(jìn)行加載計(jì)算,車(chē)隊(duì)縱向兩車(chē)的前后輪輪距為10m)。荷載組合系數(shù)為:1.0永久作用+1.12溫度作用+0.5支座沉降作用+1.4車(chē)輛荷載。4匝道橋聯(lián)端內(nèi)側(cè)支護(hù)強(qiáng)度聯(lián)端內(nèi)側(cè)支座支反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。以上計(jì)算結(jié)果表明,加固前當(dāng)車(chē)輛荷載在最不利位置加載時(shí)匝道橋聯(lián)端內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)負(fù)反力。因此認(rèn)為該匝道橋在加固前,在現(xiàn)行公路橋梁規(guī)范中的汽車(chē)荷載、超載以及重車(chē)作用下會(huì)發(fā)生傾覆。加固后匝道橋聯(lián)端內(nèi)側(cè)支座在三種移動(dòng)荷載工況下均不出現(xiàn)負(fù)反力,并且安全儲(chǔ)備大,滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。5抗傾覆穩(wěn)定性設(shè)計(jì)1)本文驗(yàn)算的獨(dú)柱寬幅匝道橋加固前在現(xiàn)行公路橋梁規(guī)范指定的車(chē)輛荷載作用下會(huì)發(fā)生傾覆,不滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。2)該匝道橋加固后在聯(lián)內(nèi)的墩頂設(shè)置了間距3.1m的雙支座