基于Midas的城市立交橋匝道梁側(cè)移分析

李東博 仇成竹 雷成碩 關(guān)迪元 李翰森

遼寧科技大學(xué) 土木工程學(xué)院道橋系 遼寧 鞍山 114051

1 問題的提出

當(dāng)前，伴隨城市交通量日趨增大，城市立交橋已經(jīng)被普遍使用。然而，在很多曲線橋梁中都存在著梁體的側(cè)移問題，側(cè)移會引起橋梁連接部的斷開并向外產(chǎn)生一定位移，很多情況下造成交通中斷，甚至匝道梁的掉落，造成一定的經(jīng)濟損失。

廣州市的中山一路立交橋是一座5層式鋼筋混凝土立交橋，連接?xùn)|風(fēng)東路、中山一路、廣州大道中、黃埔大道西及內(nèi)環(huán)路五條主要道路。立交底層為小型車輛、非機動車及行人專用環(huán)形道，直徑98米，其中小型車道、非機動車道共寬7米，人行道寬5米，高2.8米；第二層為連通4條道路（內(nèi)環(huán)路除外）的機動車環(huán)形車道，直徑60米，其中車行道寬18米，匝道寬6米，凈高4.5米；第三層為廣州大道南北向高架橋，寬16米，長473.9米，凈高5米，北端與天河立交相連；第四層為東風(fēng)東路至黃埔大道西的東西向高架橋，寬16米，長527.9米。2000年建設(shè)第五層，為連接內(nèi)環(huán)路至黃埔大道及廣州大道的高架匝道。

在2017年8月的某天，當(dāng)時氣溫為35℃，匝道橋梁體突然向外產(chǎn)生側(cè)移達30多厘米，匝道梁端部斷開，造成交通中斷。針對這一現(xiàn)象，筆者對次進行了分析研究，得出了一些結(jié)論。

2 數(shù)值模型建立

Midas civil是橋梁數(shù)值模擬的一款常用軟件。根據(jù)橋梁實際情況進行了建立了數(shù)值模型。

自上而下分別為橋面鋪裝、主梁、支座、蓋梁、墩柱和樁基礎(chǔ)[1]，樁基礎(chǔ)與土層為固結(jié)。匝道橋為一六跨連續(xù)箱梁混凝土結(jié)構(gòu)，總節(jié)點數(shù)為237個，梁單元數(shù)量為126個，匝道彎曲半徑為254米，總長度為245米。建模的過程為：①節(jié)點；②單元；③截面；④邊界；⑤截面鋼筋。

3 實驗加載和數(shù)據(jù)分析

施加在模型上的荷載有：①自重；②二期恒載；③車道荷載；④支座反力；⑤梁端反力。這其中包括了“結(jié)構(gòu)”“特性值”“邊界條件”“靜力荷載”“移動荷載分析”。特性值包括材料，截面，截面鋼筋；邊界條件包括支撐和彈性連接；靜力荷載包括自重，節(jié)點荷載，車道荷載等；移動荷載分析包括移動荷載規(guī)范和車輛[2]。

3.1 節(jié)點荷載

節(jié)點荷載的施加是通過在節(jié)點上施加荷載的方式來添加，荷載施加在與支座接觸的梁單元節(jié)點之上，A6——A11上荷載分別為（-526，-1540）（-110,0）（-107,0）（-107,0）（-110,0）（-53,0）（-526，-1529）。

3.2 截面鋼筋

箱梁截面的截面鋼筋布置是通過計算得來，通過配筋率來計算截面所需要的鋼筋直徑和數(shù)量。截面的上部鋼筋直徑為20mm，數(shù)量為22根，間距為0.15m。截面的下部鋼筋直徑也為20mm，數(shù)量為12根，間距為0.15m。

3.3 查看結(jié)果

荷載施加之后，進行求解設(shè)置，對移動荷載工況等進行設(shè)置，運行求解。查看求解后的結(jié)果數(shù)據(jù)，可以查看反力，位移，內(nèi)力，應(yīng)力等，這里我們的研究方向是位移，匝道主梁相對支座的位移進行查看得到表1，通過數(shù)據(jù)對比可見，所建立模型位移與實際橋梁吻合較好，其得到的結(jié)果可以繼續(xù)應(yīng)用和分析。

表1 梁在支座處位移值

4 針對側(cè)移處理

在本例中，匝道橋由于位移導(dǎo)致支座功能失效，需要進行維護。針對實際情況給出合理化建議如下：

（1）活動支座位移超限。出現(xiàn)這種情況，首先檢查支座有無失效變形，制作的傾斜度是否在允許范圍之內(nèi)，用千斤頂頂起橋梁，將制作的錨栓拆除，重新固定支座，將支座固定在合適的位置[3]。

（2）支座角。一般都是用楔形鐵墊板進行調(diào)整，將楔形墊板插入瘸腿的地方，進行調(diào)整是支座平整，不會出現(xiàn)一條腿落空的現(xiàn)象，這樣加固支座的穩(wěn)定性，保證支座的正常使用，防止梁體變形。

（3）支座翻漿冒泥。需要將墩臺上面部分的混凝土鏟去重新澆筑，并用樹脂進行封閉防水，如果經(jīng)常積水可以將墩臺臺面設(shè)計成六棱錐體，雨水可以分散、避免積水現(xiàn)象再次發(fā)生[4]。

（4）支座因位置不正而滑行。先用千斤頂將梁體頂起，適當(dāng)?shù)某C正、修理或者重新安裝支座。

5 結(jié)束語

本文采用Midas軟件對匝道橋進行了受力分析，完成了以下主要內(nèi)容。

（1）建立了曲線橋梁的模型并施加適當(dāng)?shù)暮奢d，模擬橋梁實際情況的受力荷載情況，分析了橋梁的支座徑向和切向位移，得出了準確的數(shù)據(jù)，同時還得到了每攝氏度支座兩端的轉(zhuǎn)角數(shù)值，有效地得到了橋梁支座受溫度影響的位移變化規(guī)律。

（2）針對匝道梁側(cè)移給出設(shè)計建議。①曲線橋梁應(yīng)該充分考慮溫度所產(chǎn)生的位移情況，尤其是南方地區(qū)，氣溫較高，容易產(chǎn)生較大位移，避免造成交通中斷。②嚴格控制車輛荷載情況，嚴禁超重車輛行駛至橋上。③嚴禁行駛在匝道上的汽車超速，因為一旦汽車超過最大行駛速度，那么就會產(chǎn)生巨大的離心力，進而產(chǎn)生沖擊位移，也會使橋梁發(fā)生側(cè)移。