涪陵長江一橋南橋頭螺旋匝道結構設計和計算分析

李思東趙智慧劉明志（.林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 40；.重慶工業職業技術學院，重慶 400）

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涪陵長江一橋南橋頭螺旋匝道結構設計和計算分析

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（1.林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121；2.重慶工業職業技術學院，重慶 401120）

摘 要：涪陵長江一橋南橋頭螺旋匝道為小半徑曲線橋梁，采用雙層環向結構，上下層主梁僅在中間與橋墩固結，全橋僅在起終點各設置一道伸縮縫。本文介紹了該匝道橋的結構設計方式，并對其進行受力分析。

關鍵詞：螺旋匝道；曲線橋；立交橋；橋梁設計

1 項目概況

涪陵長江一橋新增立交起于長江一橋南橋頭，終于濱江大道。由于長江一橋與濱江路高差達61m，立交處于東西高，中間低的峽谷地形，故采用較小半徑的螺旋匝道來克服高差較大的地形限制。新增立交的建設實現了長江一橋與濱江大道的銜接，有效地優化了區域路網，提高了道路通行能力。

2 技術標準

（1）道路等級：立交匝道。

（2）設計車速：20km/h。

（3）橋面縱坡、橫坡：最大縱坡4.5%；車行道橫坡6.0%。

（4）橋面布置：1.5m（人行道）+7.0m（車行道）+0.55m（防撞護欄）+2.0m（中分帶）+0.55m（防撞護欄）+7.0m（車行道）+0.55m（防撞護欄）。

（5）平曲線半徑：外幅箱梁：50m；內幅箱梁：39.525m。

（6）荷載等級：汽車荷載城-A級。

（7）抗震設防烈度：6度B類設防。

3 結構設計

3.1 結構布置

螺旋匝道橋全長390.743m，共設19跨，由上至下第一層為第1～14跨，第2層為15～19跨（圖1），跨徑布置為18m+7× 22.5m+19.343m+2×18m+3×17.3m+18m+ 4×22.5m。

螺旋匝道橋主要采用獨柱墩形式，內外幅箱梁通過橫梁與橋墩固結成整體。全橋僅在起終點處各設置一道80型伸縮縫。通過箱梁整體旋轉設置6.0%超高橫坡。

3.2 結構設計

主梁分內、外雙幅設置（圖2），采用單箱單室截面，內幅箱梁頂板寬8.85m，外幅箱梁頂板寬7.9m；內幅箱梁底板寬4.85m，外幅箱梁底板寬3.9m，梁高均為2.0m。內、外幅箱梁翼緣板懸挑寬均為2.0m，頂板厚均為25cm，底板厚均為20cm，腹板厚均為45cm。在距各實心段一定范圍內，箱梁的頂、底板及腹板分別加厚以增大抗彎、剪、扭的承載內力。主梁按普通鋼筋混凝土結構設計，主梁內不配置縱向預應力。橋墩采用鋼筋混凝土矩形橋墩，橋墩截面尺寸為2.5m（順向）×2.0m（橫向）。

4 整體計算分析

4.1 計算模型概況

采用有限元軟件建立三維計算模型（圖3），對螺旋匝道進行分析，樁基根據實際地質情況，通過節點彈性支撐模擬樁土相互作用，模型共有單元1366個，節點1408個。整體計算考慮的工況有：恒載、混凝土收縮徐變、汽車活載、檢修道荷載、溫度作用、車輛離心力和制動力、地震力，同時對結構進行穩定性分析。

4.2 整體計算結果

通過整體計算分析可知，由于主梁為環向結構，在恒載、汽車活載作用下主梁和橋墩的效應與直線結構無異，在制動力、離心力作用下，橋墩效應不明顯；而溫度荷載作用下引起的主梁橫向效應較大；故主梁的計算除了驗算主梁豎向受力外，需要特別注意驗算主梁橫向受力。

圖2 主梁橫斷面圖（單位：cm）

圖3 全橋三維有限元模型

通過驗算可知：主梁最大橫向彎矩為14726.2kN·m（圖4），最大橫向抗彎承載能力為30371.6kN·m，最大橫向裂縫為0.182mm；最大豎向彎矩為26505.5kN·m（圖5），最大豎向抗彎承載能力49995.5kN ·m，最大豎向裂縫為0.185mm；另外抗剪，抗扭承載能力均滿足規范要求。橋墩承載能力最小安全系數為1.95，最大裂縫為0.181mm。

通過變形分析主梁擾度均滿足規范要求，并不需設預拱度。

通過靜力穩定性分析，在結構自重和活載作用下，結構的靜力穩定安全系數為40.3。失穩模態為：橋墩徑向側彎。本橋成橋狀態的穩定安全系數遠大于4，滿足規范中的有關規定。這就說明了雖僅在內、外兩幅匝道之間設立橋墩，但結構的靜力穩定性是有充分保證的。

圖4 主梁橫向彎矩圖（kN·m）

圖5 主梁豎向彎矩圖（kN·m）

圖6 螺旋匝道實景圖

通過抗震分析可知，地震荷載作用下，橋墩、主梁的的內力相對靜力內力較小，對結構不起控制作用。

結論

本文以涪陵長江一橋螺旋匝道為例，闡述了對于高差比較大而平面空間受限的立交處理方式。本結構采用中間獨柱墩梁固結形式，造型新穎，比常規立交橋更為美觀、經濟。同時通過計算分析可知本結構受力明確，在恒載、汽車活載作用下主梁和橋墩的效應與直線結構無異，在制動力、離心力作用下，橋墩效應不明顯，僅在溫度作用下橫向受力有較大差別。涪陵長江一橋螺旋匝道已經建成（圖6），從建成后的效果，說明設計構思正確，構造措施可行。

參考文獻

［1］林同棪.國際工程咨詢（中國）有限公司.涪陵長江一橋南橋頭改造工程施工圖設計文件［Z］.2013.

［2］賴亞平.涪陵烏江二橋螺旋匝道設計［J］.橋梁建設，2007（1）.

［3］楊春.一種立交螺旋匝道的新型結構設計［J］.公路，2008（10）.

［4］孫廣華.曲線梁橋計算［M］.北京：人民交通出版社，1997.

中圖分類號：U44

文獻標識碼：A