獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定性分析

0具有中間獨(dú)柱墩,發(fā)生傾覆事故由于橋下空間少，整體結(jié)構(gòu)美觀，獨(dú)柱橋廣泛應(yīng)用于城市橋梁、城市橋梁和高速公路的曲線橋上。但由于獨(dú)柱墩墩頂較窄,使得墩頂支座橫向間距很小,甚至只能采用單支座支承,這種結(jié)構(gòu)在汽車(chē)超重偏載作用下,對(duì)傾覆穩(wěn)定性非常不利。2012年8月,哈爾濱市三環(huán)路群力高架橋洪湖路上行匝道發(fā)生箱梁整體傾覆事故,這次事故給橋梁設(shè)計(jì)人員敲響了警鐘。調(diào)查分析表明,該橋采用中間獨(dú)柱墩,在嚴(yán)重超載偏載作用下發(fā)生傾覆事故。本文選取已運(yùn)營(yíng)的某獨(dú)柱墩橋梁為例,對(duì)獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定性作了計(jì)算分析,并在此基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)置不同的預(yù)偏心、設(shè)置不同個(gè)數(shù)雙支座和支座間距進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算分析,得到了一些結(jié)論,希望對(duì)正在運(yùn)營(yíng)的獨(dú)柱墩橋梁和以后此類(lèi)橋梁的設(shè)計(jì)工作提供一些指導(dǎo)性的建議。1中間墩柱的型式某互通匝道橋第二聯(lián)為6×20m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,處于半徑為90m的圓曲線上(見(jiàn)圖1),中間墩柱采用獨(dú)柱墩單支座(設(shè)有20cm的預(yù)偏心)、中間墩柱和橋臺(tái)處采用雙支座(支座間距為3.6m)的型式。2抗傾覆穩(wěn)定性分析現(xiàn)行的公路橋梁規(guī)范對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算相關(guān)的規(guī)定較少,僅在《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTGD60—2004》中的第3.5.8條和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD62—2004》中的第9.7.4條提出了禁止支座脫空的描述。本文以此為計(jì)算原則對(duì)該橋梁進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性分析,計(jì)算荷載包括恒載、活載、汽車(chē)離心力、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、溫度效應(yīng)和基礎(chǔ)不均勻沉降等,并在以下三種汽車(chē)荷載工況的基礎(chǔ)上進(jìn)行荷載組合。工況一:現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTGD60—2004》中公路—Ⅰ級(jí);工況二:55t重車(chē)組成的密集排列車(chē)隊(duì)(見(jiàn)圖2);工況三:極限偏載作用,以折算線荷載的形式加載于車(chē)道上。3計(jì)算3.1預(yù)偏心設(shè)置的影響對(duì)箱梁橋分別設(shè)置0、20、40cm的預(yù)偏心,采用MidasCivil軟件進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1可以看出:當(dāng)未設(shè)置預(yù)偏心和設(shè)置20cm的預(yù)偏心時(shí),該橋在工況二作用下,內(nèi)側(cè)支座均出現(xiàn)了負(fù)反力,由此可知,在此工況下該橋不滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求;對(duì)比未設(shè)置預(yù)偏心、設(shè)置20、40cm預(yù)偏心的計(jì)算結(jié)果,可知設(shè)置40cm的預(yù)偏心時(shí)內(nèi)外側(cè)支反力最為平均,抗傾覆穩(wěn)定性的能力更強(qiáng)。經(jīng)計(jì)算分析,當(dāng)設(shè)置一定的預(yù)偏心時(shí),獨(dú)柱墩曲線橋的支反力分布相對(duì)來(lái)說(shuō)更加均勻,對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性更為有利。3.2中間墩柱雙支柱抗傾覆力分析在箱梁橋中間墩柱位置,分別設(shè)置1個(gè)雙支座、3個(gè)雙肢和5個(gè)雙支座,支座間距均與橋臺(tái)雙支座一致,間距為3.6m,采用MidasCivil軟件進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表2所示。從表2可以看出:當(dāng)中間墩柱只設(shè)置1個(gè)雙支座時(shí),該橋在工況二作用下,橋臺(tái)內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)了負(fù)反力,由此可知:在此工況下該橋不滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求;對(duì)比中間墩柱設(shè)置1個(gè)雙支座、3個(gè)雙支座和5個(gè)雙支座的計(jì)算結(jié)果,當(dāng)中間墩柱均采用雙支座的型式時(shí),箱梁在折算線荷載為55kN/m的荷載作用下抗傾覆力仍存在很大的富余,但此時(shí)要考慮橋梁的上部結(jié)構(gòu)承載能力、抗裂和下部墩柱的墩身強(qiáng)度等方面的結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算分析,當(dāng)中間墩柱采用雙柱雙支點(diǎn)形式時(shí),對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性更為有利。3.3不同支護(hù)間距下抗傾覆穩(wěn)定性分析在箱梁橋中間墩柱均采用雙支座型式,分別選取設(shè)置不同參數(shù)的2組模型來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。第一組為設(shè)置1.2、2.4、3.6m的支座間距;第二組為分別設(shè)置支座間距為1.2、1.5、1.5m兼設(shè)0.3m的預(yù)偏心。兩組模型橋臺(tái)支座間距為3.6m;采用MidasCivil軟件進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3和表4。續(xù)表4設(shè)置不同支座間距時(shí)各工況下的最小支反力從表3和表4可以看出:當(dāng)支座間距為1.2m和1.5m時(shí),該橋在工況一作用下,中間墩柱內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)了負(fù)反力,由此可知,在此工況下該橋不滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求;而當(dāng)支座間距為2.4m和3.6m時(shí),箱梁在折算線荷載為55kN/m的荷載作用下抗傾覆力仍存在很大的富余,但此時(shí)要考慮橋梁的上部結(jié)構(gòu)承載能力、抗裂和下部墩柱的墩身強(qiáng)度等方面的結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算。對(duì)比支座間距為1.2、2.4、3.6m的計(jì)算結(jié)果,當(dāng)支座間距增大時(shí),箱梁橋的支反力分布相對(duì)來(lái)說(shuō)更加均勻,對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性更為有利。而從表4中可以看出:采用雙支座對(duì)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性并不是完全有利的,在支座間距很小并沒(méi)有設(shè)置預(yù)偏心的情況下,箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性的能力很差,而當(dāng)在支座間距很小時(shí),設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)偏心對(duì)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性是非常有利的。4關(guān)于獨(dú)柱墩橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性綜合近幾年國(guó)內(nèi)外發(fā)生的獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故和上述計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析,可以得到以下結(jié)論:(1)現(xiàn)行獨(dú)柱墩橋梁均滿足現(xiàn)行規(guī)范中汽車(chē)荷載的抗傾覆要求,但在嚴(yán)重超重偏載下,均存在一定的安全隱患。(2)現(xiàn)行國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)上部箱梁結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能等方面比較注重,但對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性缺乏必要的重視。(3)從國(guó)內(nèi)近幾年發(fā)生的獨(dú)柱墩傾覆事故的總結(jié)分析中可以得出:位于直線段、緩和曲線或曲率半徑較大的圓曲線上的獨(dú)柱墩橋梁更容易發(fā)生傾覆事故,這是由于曲線橋的支座位置位于一個(gè)穩(wěn)定的空間約束面上,而直線橋或位于緩和曲線(半徑比較大的圓曲線)上的橋梁,其支座位置位于一條直線上,對(duì)于橫向傾覆穩(wěn)定性僅僅靠橋臺(tái)雙支座來(lái)完成。(4)獨(dú)柱墩橋梁設(shè)計(jì)時(shí),邊墩和中墩均宜采用雙柱墩或獨(dú)柱雙支點(diǎn)型式,并盡量拉開(kāi)支座間距,增加梁體抗扭能力;當(dāng)采用獨(dú)柱雙支點(diǎn)型式時(shí),盡量拉開(kāi)支座間距或設(shè)置的預(yù)偏心,并經(jīng)計(jì)算設(shè)置合適的支座間距和預(yù)偏