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作者：李睿趙靜單位：昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

橋梁的總體布置

1立交匝道橋的特點(diǎn)

互通立交的匝道橋，受地形、地物和占地面積等影響，其總體布局跟其它橋梁相比，有以下特點(diǎn)：

（1）由于互通立交區(qū)匝道的最小平曲線半徑可達(dá)30m，如果橋梁剛好位于小半徑平曲線上，則該橋就可能做成曲線梁橋，且往往超高值較大，故橋梁的橫坡較大。

（2）由于要在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)高差，匝道橋往往縱坡較大。

（3）橋面較窄。

（4）匝道橋有時(shí)候需要跨越主線或其他匝道，以及非機(jī)動(dòng)車道，因此匝道橋的單跨跨徑受到限制，不能減小。

由于匝道橋具有斜、彎、坡、異形等特點(diǎn)，屬于不規(guī)則橋梁，在地震作用下的響應(yīng)相對(duì)比較特殊，其抗震設(shè)計(jì)將更復(fù)雜，不僅要滿足常規(guī)橋梁所規(guī)定的構(gòu)造，而且在某些方面需要提出更高的要求。震害表明，曲線梁橋具有較高的地震易損性，薄弱環(huán)節(jié)較多，因此其抗震概念設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

2上部結(jié)構(gòu)

由于匝道橋很多是彎、窄橋，其在荷載作用下，包括靜力荷載和動(dòng)力作用，上部結(jié)構(gòu)的扭矩較大，上部結(jié)構(gòu)受力處于彎扭耦合狀態(tài)，故需要采用抗扭剛度較大的截面，且橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體性要好。因此，對(duì)于匝道橋，特別是在小半徑曲線上的匝道橋，宜采用箱形截面（跨度相對(duì)較大時(shí)）或者實(shí)心截面（跨度相對(duì)較小時(shí)）。也正是因?yàn)槿绱耍瑸樵黾觿偠群头€(wěn)定性，上部結(jié)構(gòu)宜采用結(jié)構(gòu)連續(xù)。所以，對(duì)于匝道橋，上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)箱梁或者連續(xù)實(shí)心板，將有效地提高其抗震性能。

3下部結(jié)構(gòu)

3．1橋墩的形式

匝道橋一般相對(duì)較窄，橋墩一般采用雙柱墩或者獨(dú)柱墩，橋墩的剛度相對(duì)較小。在地震作用下，墩身的彎矩和剪力一般不大，但是位移相對(duì)較大，如有較好的限位措施，對(duì)于抗震來說，未必是不利的。而對(duì)于小半徑匝道橋來說，地震作用下，可能會(huì)導(dǎo)致橋墩產(chǎn)生較大的扭矩，故橋墩的墩身宜采用抗扭剛度相對(duì)較大且整體性較好的結(jié)構(gòu)，如獨(dú)柱實(shí)心墩或者空心墩。如采用雙柱式墩，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全橋空間地震響應(yīng)分析，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行加強(qiáng)。

3．2橋墩的剛度

對(duì)于連續(xù)梁橋，同一聯(lián)內(nèi)各橋墩的高度不同而導(dǎo)致其抗推剛度相差較大，則水平地震力在各墩間的分配不均衡，剛度大的墩將承受較大的水平地震力，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致剛度較大的橋墩發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致全橋的損毀。如果剛度扭轉(zhuǎn)中心和質(zhì)量中心偏離，上部結(jié)構(gòu)還將伴隨產(chǎn)生水平轉(zhuǎn)動(dòng)，又可能導(dǎo)致落梁或者上部結(jié)構(gòu)的碰撞。而匝道橋恰好容易符合這兩個(gè)條件：縱坡較大，橋墩高差將會(huì)比較大；在小半徑曲線上，地震作用下可能會(huì)出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

雖然匝道橋的橋墩高度相差較大，可以通過改變橋墩截面的形式或大小來對(duì)其抗推剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于相對(duì)較高的橋墩，可以采用剛度較大的截面形式，或者增加其截面尺寸。如此一來，可以使得地震作用下各橋墩的水平地震相應(yīng)達(dá)到均衡。

如橋梁位于小半徑曲線上，地震來臨時(shí)，橋墩承受的水平力方向是不確定的，且有扭矩的存在。因此，橋墩截面的剛度在各個(gè)方向大致相同將會(huì)是比較好的處理方法，如采用獨(dú)柱墩或者空心薄壁墩。

3．3橋墩的配筋方式

近年來，橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性（robustness）越來越受到重視。穩(wěn)健性的意思，即當(dāng)參數(shù)攝動(dòng)時(shí)，仍能保持整體穩(wěn)固性的能力，故亦稱為“參數(shù)攝動(dòng)不敏感性”。對(duì)于工程結(jié)構(gòu)，則指意外作用下的結(jié)構(gòu)的整體牢固性，或者說結(jié)構(gòu)破壞的后果與原因的不對(duì)應(yīng)（不相稱）時(shí)的牢固性。橋梁的抗震設(shè)計(jì)，除遵守通常規(guī)范的承載力準(zhǔn)則外，還需力求避免意外的次生損毀、再次垮塌，縮小損毀范圍以及損壞的可修復(fù)、快修復(fù)性。匝道橋一般相對(duì)較窄，其橋墩要么是獨(dú)柱墩，要么是雙柱墩，沒有“冗余約束”，從結(jié)構(gòu)本身來看，其穩(wěn)健性相對(duì)較差。故需通過配筋來提高其在地震作用下的穩(wěn)健性。

提高橋墩的延性，是提高其穩(wěn)健性的有效方法之一。配置數(shù)量足夠的、錨固合理的橫向鋼筋，對(duì)于墩柱來說，可以起到3個(gè)方面的作用：約束塑性鉸區(qū)域內(nèi)的混凝土，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性；提高抗剪能力；防止縱向鋼筋壓曲。因此，箍筋或螺旋筋的間距小一些。各國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性鉸區(qū)橫向鋼筋的最小配筋率都進(jìn)行了具體的規(guī)定。對(duì)于尺寸較大的墩柱，除須配置間距足夠小的箍筋或螺旋筋外，還應(yīng)配置橫向加勁鋼筋甚至是雙層箍筋，以滿足其對(duì)核心混凝土的套箍作用（如圖1所示），以提高橋墩的延性，從而提高其地震作用下的穩(wěn)健性。

其他構(gòu)造

1支座

為保證橋梁剛度均衡，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用等跨徑、等墩高、等橋面寬度的結(jié)構(gòu)形式。如不能滿足，也可通過調(diào)整墩的截面形式和尺寸，或者調(diào)整支座等方法來改善橋墩的剛度均衡情況。其中，調(diào)整支座可能是最簡單易行的辦法，效果也很顯著。當(dāng)采用橡膠支座后，由墩和支座構(gòu)成的串聯(lián)體系的組合抗推剛度為：式中：kt是墩和支座的組合抗推剛度，kz和kp分別為橡膠支座的剪切剛度和橋墩的水平剛度。如地震作用下，橋墩仍處于彈性狀態(tài)，其水平地震力就是按墩的組合抗推剛度的比例分配的，從上式可以看出，調(diào)整支座的剛度可以有效地改善橋的剛度均衡狀況。

另外，如果地震設(shè)防烈度較高（超過8度），須考慮將支座設(shè)計(jì)成抗震支座，以達(dá)到減、隔震的目的。

2墩梁連接方式

一般情況下，橋墩跟上部結(jié)構(gòu)之間，采用支座連接。但是，有些情況下，可以將抗推剛度較小的橋墩和上部結(jié)構(gòu)固結(jié)來考慮，剛度較大的橋墩與上部結(jié)構(gòu)之間通過支座連接。如此，一方面可以增加橋梁的整體穩(wěn)定性，另一方面，也可以讓橋墩之間的抗推剛度均衡。

3限位裝置

對(duì)于橋墩剛度較小的情況，由于地震作用下的墩頂水平位移較大，限位裝置是不可或缺的。橫橋向的限位措施主要有剪力鍵和防震錨栓，縱向限位措施包括剪力鍵、防震錨栓、鏈索式和拉桿式限位器等（如圖2所示）。限位裝置應(yīng)允許梁體在小范圍內(nèi)自由移動(dòng)，該自由移動(dòng)范圍的大小一般以不影響支座的正常變形為宜。為減小碰撞力和碰撞損傷，限位器常在梁間和主梁與剪力鍵間設(shè)置橡膠等緩沖材料。

工程實(shí)例

1工程概況

云南某高速公路的互通立交區(qū)橋梁，位于平曲線半徑42m的匝道上，超高0．08，最大縱坡5％，橋?qū)?．75m，設(shè)計(jì)采用3～20m現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁徑1．4m獨(dú)柱墩，①號(hào)橋墩墩高8m，②號(hào)墩高13m。其立面圖如圖2所示。

原設(shè)計(jì)未進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。橋墩高度不同，而截面相同；未設(shè)限位裝置。現(xiàn)將原設(shè)計(jì)做局部修改，增加防震銷，橋墩截面隨高度增加，使其抗推剛度接近一致。對(duì)該橋的原設(shè)計(jì)方案和按照本文前述內(nèi)容進(jìn)行修正后的方案進(jìn)行地震響應(yīng)分析，比較其地震響應(yīng)的區(qū)別。

2有限元模型

取全橋?yàn)榉治瞿Ｐ停饕治隹v橋向的地震響應(yīng)。墩底為完全固結(jié)。根據(jù)橋址的場地土條特性，選用El－Centro波作為非線性時(shí)程分析地震輸入，因該橋抗震設(shè)防烈度為8度，故將El－Centro波水平地震加速度峰值調(diào)至0．2g。計(jì)算模型如圖3所示。3．3地震響應(yīng)分析本文對(duì)優(yōu)化前后的橋梁地震響應(yīng)進(jìn)行分析和比較。

設(shè)置限位裝置之后的墩頂位移與原設(shè)計(jì)墩頂位移對(duì)比分析：①號(hào)墩僅有微小的變化，②號(hào)墩位移相比原來小了14．27％，抗震性能提高明顯。可見，限位裝置效果的體現(xiàn)對(duì)較高的柔性墩有明顯的影響。

（2）統(tǒng)一橋墩抗推剛度后的影響（見表2）②號(hào)墩直徑加大，使其剛度與①號(hào)墩一致，計(jì)算結(jié)果分析對(duì)比：橋墩底的內(nèi)力均有不同程度的改善，其中②號(hào)墩改善最顯著，墩底內(nèi)力與墩頂位移均有大幅度的提高。

①號(hào)墩也有相對(duì)②號(hào)墩較小的變化。可見，讓各墩的剛度盡量相等，對(duì)整座橋橋墩的內(nèi)力和位移都有影響，優(yōu)化之后的①、②號(hào)墩剛度趨向于一致，使全橋的內(nèi)力分配更均勻，從而提高的橋梁的抗震性能。

結(jié)語

立交匝道橋由于其特殊性，在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)予以特別關(guān)注。概念設(shè)計(jì)可以總體上把握橋梁的抗震性能，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中起到指導(dǎo)性的重要作用。本文針對(duì)匝道橋梁的特點(diǎn)進(jìn)行分析，工程實(shí)例，闡述了此類橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)的重要理念和方法，算例結(jié)果表明，這些方法能夠有效地改善匝道橋的抗震性能。