匝道桥的设计及结构计算

摘 要：高速公路互通的匝道桥中因受纵坡及线形所限而体现出坡、弯、斜、异形等不同特点，因此相对于直梁桥“剪、弯”作用，匝道桥在“剪、弯、扭”等复合作用下进行受力。应结合复合受力状态进行结构计算，上下部的结构设计要选择对于“剪、弯、扭”有利的措施。文章基于工程建设实际，探讨了高速公路互通匝道桥的结构计算方法及设计要点，仅供有关设计人员在设计时进行参照。

关键词：匝道桥；结构计算；设计要点

前言

高速公路的建设发展迅速，而在高速公路互通立交中匝道桥的应用不断增多，匝道桥是指高架路与立交桥上下连接的路段，也指高速公路连接邻近辅路的路段。高架路匝道通常将入口与出口分开进行设置，不可逆行，车辆没有从匝道出口下路，也不能从匝道入口下路，只能在下个下匝道出口下路。立交桥匝道通常根据设定标志进行行驶，适合于高速公路主干线、桥梁及行车隧道等与之邻近的辅路，或主干线陆桥及引线连接道等。

匝道桥桥面宽度通常在8-15米之间，弯道半径在60-255米之间，一些处于缓和曲线上，大部分跨径在20-30米之间，通常大部分采用混凝土现浇或预应力混凝土结构的箱梁。桥梁因弯梁结构而产生“弯扭耦合”作用，若在设计施工中采取不恰当措施就会引发梁体向外产生移动反转、梁内侧支座产生脱空、固结墩墩身产生开裂等比较严重后果。

1 匝道桥特点

匝道桥通常具有如下特点，匝道桥通常具有1-2个车道，宽度在8-15米之间；因匝道主要为车辆实现道路转向的作用，在高速公路立交中通常受占地面积所限，大部分采用半径不大的曲线梁桥，平曲线最小半径约为60米左右，有时在比较平缓的曲线设置的超高值比较大；匝道桥一般都具有较大的纵坡设置值。

因匝道桥存在的上述特点，在设计中要特别对以下三方面因素提高重视，一是受曲率关系影响而形成的弯扭矩，计算过程中对于弯扭耦合作用要注意不能忽视；二是因产生的旋转力矩作用，外梁比内梁的内力大，一般都会对形成造成超载，内梁产生卸载等情况，因内外梁反力具有的明显相差，内梁在活载偏置时容易形成负反力，特别是在较小曲率半径及较小静荷重情况时，更容易发生此类情况。若此时的拉力支座不能承担，就会使支座产生脱空现象；三是匝道桥都是曲线形状的梁桥，横梁具有对全桥结构稳定的支撑作用，因此相对于直桥而言采用的横梁刚度将不断增大。

2 匝道桥结构设计

通常匝道桥采用预应力混凝土连续箱梁结构，下部应用柱式墩，肋板式台，基础为钻孔灌注桩。

2.1 结构计算

匝道桥大部分都是曲线梁桥，采用的闭口截面具有与抗扭强度相当时，曲线梁段对应不足12度的中心角的扭转跨径可近似作为曲线跨径的直线桥结构分析，中心角在12-30度之间时，可根据直线桥分析主梁剪力及纵向弯矩，扭矩及反力可根据空间具体情况进行分析。超过30度的中心角所对应的截面内力可结合空间具体情况进行分析。

分析计算模型，可将匝道桥简化为直线梁分析其纵向弯矩，所得误差应该不会很大。此外，设置于横梁位置的两个支座，使其影响箱梁内力明显降低，所以不能运用复杂有限元法分析整体结构内力。主要计算参数可结合满堂支架实施浇筑施工，混凝土浇筑完成两周后，对预应力进行必要的张拉，采用直接落架方法模拟施工阶段，但拆除支架不需要进行模拟，所获得的结果比较安全。对于正常应用的箱梁有效宽度，支座受梯度温度应力影响可能会发生1毫米的沉降，要将主拉应力控制为一半允许值内，并结合受力需要在墩顶位置配置短索。张拉预应力束在施工阶段累计为1厘米的最大上升挠度，梁体在正常应用阶段最大下挠为1厘米，都符合规范要求。除这种以直代曲方法可在某些条件下应用外，还有有限条法、有限元法等多种方法。梁格分析法主要将桥梁上部结构采用等效梁格代表，是设计中比较常用的一种方法，具有易于掌握，可保证设计精度等优点。其本质是采用空间网格对结构受力特性进行模拟，对于弯桥横向受力特性进行了成分考虑。

2.2 设计要点

匝道桥大部分是小半径曲线梁桥，平曲线半径最小约为60米，超高值设置的相对较大，主要采用以下三种超高设置方式，一是调整梁高；二是相同梁高的调整墩高与垫块；三是调整铺装层或一起调整铺装层与墩帽。在设计中可结合实际情况进行选择应用。因匝道桥受自重作用影响形成扭矩，主梁自身需一定的抗扭矩与抗扭刚度，同时其支承也要能承担自重与活载偏载形成的扭矩。在支座设计中要遵循以下原则，一是基于承载力的梁端横向支座布置最多为2个以防止支座产生脱空；二是应采用墩-梁固结构造墩高较大的独柱式中墩支点，进而实现较为经济效果。

设置匝道桥固定支座，能够有效避免水平位移的发生；要尽可能将支座间距设大。对于曲线梁桥上下部结构其不同支承方式都要利于结构受力，才能避免支座产生脱空现象。在构造中要采取适宜措施对水平进行限位，尤其是可能产生水平位移比较大的曲线梁桥更要进行必要的限制。

在构造上，如曲线梁桥具有较大的预应力钢束径向力，特别是对于小半径曲线梁桥具有更明显的作用。设计时就要注意其对主梁腹板曲线内侧砼的压力，该压力能够造成腹板崩裂或钢束崩出，因此在主梁腹板内要设计数量充足的防崩钢筋。处于曲线平面内外管道对应预应力构件的最小混凝土保护层厚度要达到现行规范要求。钢筋在曲线梁桥中的布置应使截面的抗扭能力达到设计要求，桥箱梁底板、顶板横向筋及腹板箍筋应构成封闭的抗扭矩。

3 结束语

综上所述，匝道桥设计相对于直线桥梁更为复杂，在具体设计中，确保匝道桥设计不产生质量问题主要是通过分析全面准确的结构受力情况这一有效手段。根据匝道桥特点，在设计中主要有以下三方面体会，一是曲线上匝道桥中的横梁具有对全桥保持稳定的作用，所以相对于直线正桥，需要的横梁刚度将增大。由于横梁具有较大的刚度，因此可忽略桥梁断面变形。二是对于曲梁格结构，通常外梁中具有较大的应力作用，如外梁刚度增大，应力也会增大，而主梁断面无法进行适应。因此，有时应用内梁刚度加大的设计法可明显降低桥梁钢材用量。三是对于曲线上匝道桥内梁形成的负反力，应用下部结构或支座对负反力进行降低的设计方法是实际中采用较多的方法。

参考文献

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作者简介：崔芳宇（1982-），男，本科学历，研究方向：道桥工程。