獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定分析

單柱橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形美觀，在橋梁工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。采用該橋梁結(jié)構(gòu)形式,不僅能夠減少占用橋下的空間,還能夠使橋梁工程建設(shè)顯得美觀,深受人們的喜愛。但是,由于橋梁采用的是單支點(diǎn)支撐形式,結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆能力在汽車偏載的作用下受到極為不利的影響。事實(shí)證明,在偶然偏心荷載的影響下,獨(dú)柱墩橋梁往往會(huì)受到極為不利的影響,甚至?xí)霈F(xiàn)整體橫向失穩(wěn)的現(xiàn)象。在工程建設(shè)中,施工單位都比較關(guān)注這些問題,遵循相關(guān)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定,重視采取相應(yīng)的措施,以提高橋梁的抗彎承載力、抗剪承載力,為車輛的安全通行創(chuàng)造良好的條件。但是,在施工中往往忽視提高橋梁的橫向抗傾覆能力,對(duì)橋梁的正常運(yùn)行和車輛的安全通行產(chǎn)生不利影響。文中以某一墩梁固結(jié)獨(dú)柱墩橋梁為實(shí)例,驗(yàn)算了其抗傾覆能力,評(píng)價(jià)了該橋梁的安全性能,并根據(jù)驗(yàn)算的結(jié)果,提出了相應(yīng)的加固處理方法,希望通過這樣的探討分析能夠?qū)淼氖┕ず图庸淘O(shè)計(jì)的實(shí)際工作提供參考。1互通立交橋原因分析該大橋上部結(jié)構(gòu)采用的是6×30m+7×30m+6×30m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-剛構(gòu)箱梁,梁高為1.6m,是單箱雙室截面,箱梁的頂板寬為13.5m,底板寬8.0m。下部結(jié)構(gòu)過渡墩采用雙柱墩,中間墩采用獨(dú)柱墩,其中,1,2,17,18號(hào)墩頂設(shè)支座,其余的都采用墩梁固結(jié)體系。大多數(shù)墩高一般在10m左右,墩柱直徑1.3m,橋下有很大的空間。此外,在墩底還設(shè)置了承臺(tái),采用4根1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。大橋開工于2000年,2002年12月建成通車。橋梁建成之后,外形結(jié)構(gòu)美觀,質(zhì)量良好,為加強(qiáng)地區(qū)之間的聯(lián)系創(chuàng)造了良好的條件。然而,在橋梁運(yùn)行的過程中,出現(xiàn)了匝道橋倒塌的事故,給行車帶來極大的不利影響。因此,必須分析其成因,并采取相應(yīng)的處理措施,為車輛安全運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。2防傾覆設(shè)計(jì)的荷載選擇通過對(duì)匝道橋倒塌事故進(jìn)行全面的分析,可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):在車輛通行的時(shí)候,對(duì)于橋梁來說,極端不利荷載與常規(guī)設(shè)計(jì)荷載往往存在著很大的差異。通過分析那些倒塌橋梁可以得知,在橋梁倒塌時(shí),最大的超重車輛達(dá)146.72t,而在常規(guī)設(shè)計(jì)驗(yàn)算當(dāng)中,最大荷載掛-120僅重120t,并且在1座橋上,只允許布置1輛掛車。而在該倒塌橋梁上卻同時(shí)分布了5輛貨車,并且有3輛是嚴(yán)重超載的。針對(duì)這種情況,此次在進(jìn)行防傾覆設(shè)計(jì)的時(shí)候,不能采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)荷載進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)具體情況,決定采用以下方式:(1)運(yùn)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載,對(duì)大橋的傾覆安全性進(jìn)行復(fù)核性驗(yàn)算;(2)選取特殊荷載,進(jìn)行非常規(guī)傾覆安全性驗(yàn)算。采用這樣的方式,有利于提高驗(yàn)算的科學(xué)性,也有利于采取更加科學(xué)合理的加固方案。(1)汽-超20荷載。以橋梁原來設(shè)計(jì)的荷載等級(jí)為基礎(chǔ)和依據(jù),選取2列汽-超20車隊(duì),并且在偏載滿布的作用下,按最不利偏載布置。(2)自定義荷載。荷載布置的時(shí)候,考慮到匝道橋發(fā)生傾覆坍塌的時(shí)候,橋梁的具體的布載情況,選取4輛荷載都為165t的汽車編隊(duì)作為驗(yàn)算荷載,按照最不利偏載布置在獨(dú)柱墩間的主梁上,縱向布置間距為5m,單列布置。3偏心荷載作用下的驗(yàn)算結(jié)果在對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算的時(shí)候,首先選取驗(yàn)算對(duì)象,建立計(jì)算模型,然后分析計(jì)算結(jié)果,具體操作步驟如下。(1)計(jì)算模型。選取中間7跨1聯(lián)(對(duì)應(yīng)7~12號(hào)墩)作為驗(yàn)算對(duì)象,在進(jìn)行復(fù)核性驗(yàn)算的時(shí)候,按照標(biāo)準(zhǔn)荷載進(jìn)行。而在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)傾覆安全性進(jìn)行驗(yàn)算的時(shí)候,選取特殊荷載進(jìn)行,通過驗(yàn)算,然后判定大橋的傾覆安全性。在進(jìn)行驗(yàn)算的時(shí)候,還要考慮該橋梁采取的是墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)形式,因而在進(jìn)行偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算的時(shí)候,所選取的墩柱是按照承載能力極限狀態(tài)法進(jìn)行的。本橋選用Midas進(jìn)行計(jì)算,全橋一共有352個(gè)單元,369個(gè)節(jié)點(diǎn)。(2)計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果主要包括在汽-超20級(jí)的偏心荷載作用下和在自定義偏心荷載作用下2種情況。由于偏心荷載作用不同,二者的計(jì)算結(jié)果也有不同。(1)在汽-超20級(jí)的偏心荷載作用下,計(jì)算獨(dú)柱墩偏心承載力,具體計(jì)算結(jié)果見表1。從上述驗(yàn)算結(jié)果我們可以得知:在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下,墩柱受壓滿足承載能力極限狀態(tài)偏心受壓構(gòu)件要求,不存在傾覆安全隱患。(2)在自定義偏心荷載作用下,計(jì)算獨(dú)柱墩偏心承載力,具體計(jì)算結(jié)果見表2。從上述驗(yàn)算結(jié)果我們可以得知:在自定義偏心荷載作用下,墩柱受力不滿足承載能力極限狀態(tài)要求,墩柱發(fā)生彎壓破壞,主梁發(fā)生傾覆。4增設(shè)支撐柱的效果(1)加固方案。由于該橋梁在自定義荷載作用下存在著安全隱患,為了消除隱患,保證結(jié)構(gòu)的安全,方便施工,應(yīng)該采取有效措施解決獨(dú)柱結(jié)構(gòu)主梁發(fā)生傾覆的安全隱患。改造獨(dú)柱結(jié)構(gòu)為3柱結(jié)構(gòu),在箱梁兩腹板附近增設(shè)支撐柱,分擔(dān)活載的作用,通過這樣的加固措施,大大提高了主梁的穩(wěn)固性,使得主梁即使在極端荷載作用下,也不會(huì)由于偏載而發(fā)生傾覆現(xiàn)象,或者出現(xiàn)支撐柱承載力不足的情況。(2)加固效果計(jì)算。增設(shè)支撐柱之后,在自定義偏心荷載作用下,得出了獨(dú)柱墩的驗(yàn)算結(jié)果,具體數(shù)據(jù)見表3。從計(jì)算結(jié)果可以得知:在自定義傾覆性驗(yàn)算荷載作用下,增設(shè)支撐柱之后,原來墩柱的受力情況得到了明顯的改善,滿足了偏心受壓承載能力的驗(yàn)算要求,主梁不會(huì)發(fā)生傾覆現(xiàn)象。5固結(jié)橋墩設(shè)置的影響?yīng)氈諛蛄壕哂辛己玫男阅芎惋@著的優(yōu)勢(shì),不僅外形美觀,而且結(jié)構(gòu)輕巧,占用空間小,在立交橋、高速公路的互通立交匝道橋中得到了廣泛的運(yùn)用。然而,由于獨(dú)柱墩橋梁抗扭性能較差,往往容易出現(xiàn)變形過大,橋梁出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象,給結(jié)構(gòu)功能的正常發(fā)揮和車輛的通行帶來嚴(yán)重的不利影響。此外,固結(jié)橋墩的設(shè)置減少了全橋扭矩峰值,使得橋梁的整體性得到了