高架匝道桥抗倾覆稳定性研究

2024年3月20日发(作者：雷克萨斯ls图片)

上髅撼夺　工　簸术　

高架匝道桥抗倾覆稳定性研究　

王群　

江苏省无锡市公共工程建设中心江苏无锡２１　４０３１　

【摘耍ｌ本文介绍了城市高架匝道桥抗倾覆的计算要点，并结合相关　

作出了专门规定并较基础抗倾覆稳定系数有了较大幅度的提高，达到　

的工程实例对关键点进行的论述，提出了结构抗倾覆设计的控制要素，可　

供相似工程在结构设计时参考。　

【关键词】高架桥匝道；抗倾覆；结构设计　

２．５：　

１．研究背景　

随着社会经济和城市交通发展，高架桥成为城市路网的重要构成　

形式之一。匝道为连接地面道路与主线桥梁以及互通立交的连接线，匝　

道桥属于匝道的一部分，其曲线元素通常为直线段、圆曲线段和缓和曲　

线段组成，且普遍存在小半径曲线桥。在当前公路与城市道路桥梁的设　

计中，为追求结构外形轻盈美观或为加大桥下通行空间等考虑，越来越　

多地采用了独柱式下部结构匝道桥。近年来，国内发生多起匝道桥倾覆　

事故，高架匝道桥抗倾覆稳定性问题成为工程热点之一。　

２，事故案例　

事故一：２００９年７￣］１５Ｅｔ，津晋高速公路天津段港塘互通立交桥Ａ匝　

道桥倒塌，５辆货车坠落，造成６人死亡、７人受伤，该匝道桥设计载荷为　

汽车５５吨、挂车１２０吨　事故桥梁为４ｘ１９ｍ等截面钢筋砼连续梁，全宽　

情况时，端部的两个支座中将有一个出现脱空，由边界条件失效而失去　

８．７５ｍ，端部为双支座，次边墩为单支座，中墩为固结墩。当５辆车行至　

平衡状态。因此，可以将支座出现脱空时刻作为结构倾覆过程的开始，　

匝道桥事故段时，前方一辆货车逆行，为避让此车，包括３辆严重超载货　即活载参与的组合作用下，支座支反力首次出现为零的状态。　

车的顺行车辆在单行道７．５米宽Ａ匝道桥上靠右密集停车，并偏离行车　

桥梁结构在运营过程中，分永久作用、可变作用和偶然作用三类，　

道，车辆外轮距右侧护栏内缘小于１米，从而形成巨大偏载，导致桥梁梁　

当分析支座反力（竖直方向）时，最主要的是永久作用中的结构重力（包　

体向右侧倾斜而引起桥梁倒塌。　

括结构附加重力）以及可变荷载中的汽车荷载，除此以外，预加力作用　

一

３．２倾覆过程的演化　

般匝道桥宽度有限，大多设计采用双支座形式。当出现严重超载　

事故二：２０１１年２月２１日，浙江省上虞市县道南春线７Ｋ＋９６６春晖　（预应力）效应、温度作用等对支座竖向反力影响很小，可忽略不计，而　

互通绍兴至宁波、台州方向上匝道发生交通坍塌事故。坍塌桥梁总长　

基础变位作用对支座反力有部分影响，鉴于基础变位应以实测值计算，　

１２０ｍ，宽约７ｍ，设计荷载为公路一Ｉ级，端部为双支座，中墩为独柱单支　

本次研究中也略去此类作用。因此，抗倾覆问题可以简化为恒载和活载　

座。当最前面一辆车出现故障抛锚，后面三辆遂从其右侧超车。超车过　

的组合关系问题，即存在一个特定的组合Ｓｄ＝Ｓｇ＋Ｘ＊（１＋ｕ）Ｓｑ，使得结　

程中，大桥忽然坍塌。７４辆货车侧翻，事故造成３人轻伤。　

构中某个支座反力最先为零，Ｓｇ为恒载的标准值，Ｓｑ为活载的标准值，　

事故三：２０１２年８月２４Ｅｌ，哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上行　Ｘ为扩大系数，ｕ为冲击系数，当Ｘ＝Ｉ．０时，该组合就是标准组合。扩大系　

匝道垮塌，导致４台货车翻落，造成３人死亡、５人受伤。该匝道桥设计荷　

数Ｘ可以解释为超载系数，当该组合Ｓｄ使得支座反力为零时，Ｓｄ为倾覆　

载城—Ａ级（公路一１级）。倾覆段为钢混连续叠合梁，全长１２１．９６米，宽９　

开始的临界组合，系数ＸＬｌｐ为结构的倾覆启动系数。　

米，端部为双支座，中墩为圆柱墩单支座。由于４台货车在上行匝道同时　

为分析匝道桥在上述倾覆组合作用下的反力情况，可以借助现有有　

集中靠右侧行驶，造成三环路群力高架桥洪湖路上行匝道向右（东）倾　

限元分析软件，对研究对象进行空间分析。本次研究工作采用ＭＩＤＡＳ　

覆。　

ＣＩＶＩＬ　２０１１专业计算软件，分析倾覆组合的构成，求得倾覆启动系数　

上述事故是近几年发生的匝道桥倾覆事故，其直接原因共性是超　ｘ，并获得相应的超载位置。　

载，而从匝道桥结构上，另一个共性的特点是均含有独柱单支座中间　

现行规范《公路桥涵设计通用规范》和《城市桥梁设计规范》中对　

墩。由于工程建设的需要，匝道桥采用独柱墩的情况比较普遍，在常规　于设计活载进行了专门详细的规定，其取值详见下表。　

活载作用下，结构能保证安全稳定，而在屡禁不止的超载车辆作用下，　

活载　公路桥涵设计通用规范　城市桥梁设计规范　

此类匝道桥则存在一定的倾覆风险。桥梁倾覆事故具有突发性，历时　

车道荷载　均布荷载　ｌ０．５ｋＮ／ｍ　ｌＯ．５ｋＮ／ｍ　

短，破坏大，人员及财产损失严重，对社会、经济影响巨大。由于车辆超　

集中荷载　１８０　３６ＯｋＮ　１８０　３６０ｋＮ　

载防范较为困难，因此，这就要求桥梁结构具有一定的抗倾覆安全贮备　车辆荷载　合计重量　５５０ｋＮ　７００ｋＮ　

能力。　

车道荷载时，应乘以１．２的系数。　

匝道桥受恒载或活载偏载作用下，由于处在弯道挑臂较大，在梁　

通过上述比较可知，公路规范和城市规范中所采用的车道荷载是　

上会产生较大倾覆力矩，使梁有倾覆的可能性。这种可能性的大小取　

相同的，对于车辆荷载，城市规范比公路规范取值更大。考虑到倾覆启　

决于结构自重产生的稳定力矩与倾覆力矩的比值大小。这个值越大，结　

动时，超载可能表现为单车严重超载或者多车少量超载等形式，因此，　

构越稳定。在实际情况下，这个值如大于ｌＵｐ是稳定的，小于１Ｎ是不稳　

本次研究工作中，活载的模拟采用两种荷载工况，一种是车道荷载，另　

定，要倾覆的。在桥梁基础抗倾覆设计中，这个系数规定是１．２　１．５（ＪＴＧ　

种是城市规范的车辆荷载。　

Ｄ６３—２００７第４．４．３条），但对于上部梁的抗倾覆稳定，现行规范无明确　

当结构支座反力出现脱空后，由于桥梁构件本身具有一定的延性，　

一

３　分析思路　

３．１关于倾覆问题的规定　

根据规范规定，计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以１．２　

的系数，对于支座反力问题，可以归结为梁端的剪力效应，因此，在计算　

的规定。　

因此支座反力重新分配，并建立新的整体平衡状态。当超载情况异常　

以往大多数设计院在进行梁的抗倾覆设计时大都参照基础抗倾　

严重，同时梁体构件尚未发生破坏，仍然近似刚性体时，结构可能发生　

覆的稳定系数来进行的。纵观道路上的超载违章行驶的现状，这样的　

整体倾覆。由物理力学可知，当物体的重心在支承区域内（节点ＡＢＦＥＣ　

参数是很难保证抗倾覆安全的，这也是导致很多桥梁倾覆事故的主要　

围成的面域）时，其体系是稳定的；当物体的重心在支承区域外时，体系　

原因。针对目前的状况，正在审定的ＪＴＧ　Ｄ６２－２０１２（征求意见稿）对此　

是失衡的；其临界状态即是物体的重心恰位于支承边界上（如图中的边　

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