某独柱墩桥梁抗倾覆验算

1、某独柱墩桥梁抗倾覆验算引言：为了减少与地面空间的冲突， 或在多层跨越区域中空 间 受限时，独柱墩桥梁被广泛采用。但是，近年来，国内独柱墩 桥梁连 续发生桥梁倾覆事件。以以下举几个典型案例。2021 年 8 月 24 日，通车不到一年的哈尔滨阳明滩大桥发生坍塌， 4辆货车坠桥，造成 3人死亡， 5 人受伤。经调查， 4辆 挂车 总重量超过 400 吨，并且偏载行驶。而坍塌桥联为 120m 长 钢混组合 梁，独柱墩，桥梁自重较小，在超重的偏载作用下，出 现侧翻事故。2021 年 6 月 19 日， 4 辆满载瓷土的重载货车并排行驶在粤 赣 高速城南互通 CK0+224.5 匝道桥梁时， 发生桥梁断

2、裂， 事件造 成 该匝道桥从南往北坍塌， 4 辆重载货车掉落桥下， 当场造成 1 人死亡、 4 人受伤。 垮塌桥梁长度为 75 米，宽度为 8.5 米，桥 梁净高约为 11.75 米，设计荷载为汽车 -超 20 级，建成年月为 2004 年 1 月。上部结构 为预应力砼连续箱梁， 该桥技术状况等 级评定为一类桥。 经调查， 4 辆 挂车重量约 400 吨，坍塌桥联独 柱墩，在超重的偏载作用下，出现垮 塌事故。对于独柱墩桥梁， 汽车偏载所产生的扭转作用大局部传递到 双 支座墩台， 所有中间孔的扭矩最终累积到梁端的双支座上。 较 大的 扭矩将使另一侧的端支座产生上拔力， 如没有特殊措施， 将 使支

3、座 脱空，继而发生倾覆事故。所以，对于目前独柱墩桥梁来说，目前我国桥涵设计标准对 此的验算要求不够明确和具体， 探索科学可行的方法， 对其进行 抗倾 覆验算，有着巨大的社会价值。 以下通过实例阐述验算方法。一、某桥概况某桥跨径组合为 24 +25+25+24 m 预应力混凝土连续箱 梁， 单箱单室截面；下部结构采用圆柱墩、桩柱埋置式桥台；支 座采用板 式橡胶支座；桥面设置 4cm 沥青混凝土。设计荷载为汽 车 -超 20 级， 挂车 -120 。于 2000 年建成通车。二、抗倾覆验算一验算方法 箱梁桥倾覆过程是在汽车荷载的倾覆作用下， 单 向受压支座 依次脱空，由边界条件失效而失去平衡的过程

4、。因此，首 先需要 确定倾覆轴线，再根据倾覆轴线计算出倾覆扭矩及抗倾覆扭矩， 那么可判断其稳定性能， 这里， 倾覆扭矩为活载与其至倾覆轴线的 乘 积，抗倾覆扭矩为恒载作用下各支座反力与其至倾覆轴线的乘 积之和。由于该桥原设计采用中交 85 系列标准，而目前运营荷载为 中交 04 系列标准，故验算同时采用中交 85 及中交 04 系列标准。 并且， 由于目前实际交通中重载车较多，抗倾覆验算考虑?公路 桥涵设计通 用标准? JTG D60- 2004 规定的 55t 限载 55t 重载车组成的密 集排列车队，前后车间距按 0.5m 考虑。二中交 85 系列标准设计荷载作用下抗倾覆计算1. 抗倾覆轴

5、线确实定2. 抗倾覆计算结果 箱梁抗倾覆平安系数为 式中： - 成桥状态恒 载作用下支座反力。- 支座距倾覆轴的垂直距离。U-冲击系数。- 倾覆轴线与横向加载车道围成的面积。35.5- 将汽超 -20 车辆荷载换算成车道均布荷载。- 荷载组合作用下各支座反力。 计算采用桥梁专用空间有限元分析软件 midas Civil2021 ， 精确 模拟桥梁结构尺寸、支座位置、预应力设置、活载布置等， 计算出支 反力。表 1 K 值计算结果表恒载支座反力 (KN 距倾覆轴距离 (m) S (m2 卩平安 系数 K 限值3# 915 D1 4 205.8 0 4.3 1.34# 3990 D2 25# 39

6、00 D3 26# 3990 D4 27# 915 D5 4表 2 荷载组合作用下支反力计算结果表 墩台号 荷载组合 支座反力 ( KN) 最大弯矩 最小弯矩 最大剪力 最小剪力3# 组合 I 1830 1830 2890 16704# 3990 3990 5630 3650 5# 3900 3900 5560 34606# 3990 3990 5630 3650 7# 1830 1830 2890 16703# 组合 II 1830 1830 3050 15104# 3990 3990 5830 34505# 3900 3900 5660 33706# 3990 3990 5830 3450

7、7# 1830 1830 3050 15103# 组合 III 1830 1830 2930 16804# 3990 3990 5330 36805# 3900 3900 5280 35206# 3990 3990 5330 36807# 1830 1830 2930 1680由表 1、表 2 可知，该桥抗倾覆平安系数大于限值，支座未 出现 负反力状况， 所以，在设计荷载汽车 -超 20 作用下不会出现 倾覆失 稳。三中交 04 系列标准设计荷载作用下抗倾覆计算1. 抗倾覆轴线确实定2.抗倾覆计算结果箱梁抗倾覆平安系数为式中： e- 横向家在车道到倾覆轴线垂直距离最大值表 3 K 值计算结果表

8、恒载支座反力 KN 距倾覆轴距离 m S m2 u e m 平安系 数 K 限值3# 910 D1 4 205.8 0.229 2.1 9.2 1.34# 3920 D2 25# 3870 D3 26# 3920 D4 27# 910 D5 4表 4 荷载组合作用下支反力计算结果表墩台号 荷载组合 支座反力 KN 最大弯矩 最小弯矩 最大剪力 最小剪力3# 标准组合 1820 1820 2460 16504# 3920 3920 4860 35105# 3870 3870 4830 35006# 3920 3920 4860 35107# 1820 1820 2460 1650由表 3、表 4

9、 可知，该桥在公路 -I 级荷载作用下不会出现 倾覆失 稳。四55T 重车作用下抗倾覆计算A、抗倾覆轴线确实定B 抗倾覆计算结果箱梁抗倾覆平安系数为表 5 K 值计算结果表恒载支座反力 (KN 距倾覆轴距离 (m) S (m2 卩平安系数 限值3# 910 D1 4 205.8 0.229 3.4 1.34# 3920 D2 25# 3870 D3 26# 3920 D4 27# 910 D5 4表 6 荷载组合作用下支反力计算结果表墩台号 荷载组合 支座反力 ( KN)最大弯矩 最小弯矩 最大剪力 最小剪力3# 标准组合 1820 1820 2460 16504# 3920 3920 4770 35105# 3870 3870 4740 35206# 3920 3920 4770 35107# 1820 1820 2460 1650由表 5、表 6 可知，该桥在 55T 重车作用下不会出现倾覆失 稳。