独柱墩桥梁抗倾覆稳定性分析

独柱墩桥梁抗倾覆稳定性分析

0具有中间独柱墩,发生倾覆事故由于桥下空间少，整体结构美观，独柱桥广泛应用于城市桥梁、城市桥梁和高速公路的曲线桥上。但由于独柱墩墩顶较窄,使得墩顶支座横向间距很小,甚至只能采用单支座支承,这种结构在汽车超重偏载作用下,对倾覆稳定性非常不利。2012年8月,哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上行匝道发生箱梁整体倾覆事故,这次事故给桥梁设计人员敲响了警钟。调查分析表明,该桥采用中间独柱墩,在严重超载偏载作用下发生倾覆事故。本文选取已运营的某独柱墩桥梁为例,对独柱墩桥梁抗倾覆稳定性作了计算分析,并在此基础上,通过设置不同的预偏心、设置不同个数双支座和支座间距进行了对比计算分析,得到了一些结论,希望对正在运营的独柱墩桥梁和以后此类桥梁的设计工作提供一些指导性的建议。1中间墩柱的型式某互通匝道桥第二联为6×20m现浇连续箱梁,处于半径为90m的圆曲线上(见图1),中间墩柱采用独柱墩单支座(设有20cm的预偏心)、中间墩柱和桥台处采用双支座(支座间距为3.6m)的型式。2抗倾覆稳定性分析现行的公路桥梁规范对抗倾覆稳定性的计算相关的规定较少,仅在《公路桥涵设计通用规范JTGD60—2004》中的第3.5.8条和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62—2004》中的第9.7.4条提出了禁止支座脱空的描述。本文以此为计算原则对该桥梁进行抗倾覆稳定性分析,计算荷载包括恒载、活载、汽车离心力、预应力效应、温度效应和基础不均匀沉降等,并在以下三种汽车荷载工况的基础上进行荷载组合。工况一:现行《公路桥涵设计通用规范JTGD60—2004》中公路—Ⅰ级;工况二:55t重车组成的密集排列车队(见图2);工况三:极限偏载作用,以折算线荷载的形式加载于车道上。3计算3.1预偏心设置的影响对箱梁桥分别设置0、20、40cm的预偏心,采用MidasCivil软件进行对比计算,计算结果如表1所示。从表1可以看出:当未设置预偏心和设置20cm的预偏心时,该桥在工况二作用下,内侧支座均出现了负反力,由此可知,在此工况下该桥不满足抗倾覆稳定性的要求;对比未设置预偏心、设置20、40cm预偏心的计算结果,可知设置40cm的预偏心时内外侧支反力最为平均,抗倾覆稳定性的能力更强。经计算分析,当设置一定的预偏心时,独柱墩曲线桥的支反力分布相对来说更加均匀,对抗倾覆稳定性更为有利。3.2中间墩柱双支柱抗倾覆力分析在箱梁桥中间墩柱位置,分别设置1个双支座、3个双肢和5个双支座,支座间距均与桥台双支座一致,间距为3.6m,采用MidasCivil软件进行对比计算,计算结果如表2所示。从表2可以看出:当中间墩柱只设置1个双支座时,该桥在工况二作用下,桥台内侧支座出现了负反力,由此可知:在此工况下该桥不满足抗倾覆稳定性的要求;对比中间墩柱设置1个双支座、3个双支座和5个双支座的计算结果,当中间墩柱均采用双支座的型式时,箱梁在折算线荷载为55kN/m的荷载作用下抗倾覆力仍存在很大的富余,但此时要考虑桥梁的上部结构承载能力、抗裂和下部墩柱的墩身强度等方面的结构安全验算。经计算分析,当中间墩柱采用双柱双支点形式时,对抗倾覆稳定性更为有利。3.3不同支护间距下抗倾覆稳定性分析在箱梁桥中间墩柱均采用双支座型式,分别选取设置不同参数的2组模型来进行对比分析。第一组为设置1.2、2.4、3.6m的支座间距;第二组为分别设置支座间距为1.2、1.5、1.5m兼设0.3m的预偏心。两组模型桥台支座间距为3.6m;采用MidasCivil软件进行对比计算,计算结果见表3和表4。续表4设置不同支座间距时各工况下的最小支反力从表3和表4可以看出:当支座间距为1.2m和1.5m时,该桥在工况一作用下,中间墩柱内侧支座出现了负反力,由此可知,在此工况下该桥不满足抗倾覆稳定性的要求;而当支座间距为2.4m和3.6m时,箱梁在折算线荷载为55kN/m的荷载作用下抗倾覆力仍存在很大的富余,但此时要考虑桥梁的上部结构承载能力、抗裂和下部墩柱的墩身强度等方面的结构安全验算。对比支座间距为1.2、2.4、3.6m的计算结果,当支座间距增大时,箱梁桥的支反力分布相对来说更加均匀,对抗倾覆稳定性更为有利。而从表4中可以看出:采用双支座对箱梁桥抗倾覆稳定性并不是完全有利的,在支座间距很小并没有设置预偏心的情况下,箱梁桥抗倾覆稳定性的能力很差,而当在支座间距很小时,设置适当的预偏心对箱梁桥抗倾覆稳定性是非常有利的。4关于独柱墩桥梁的抗倾覆稳定性综合近几年国内外发生的独柱墩桥梁倾覆事故和上述计算结果的对比分析,可以得到以下结论:(1)现行独柱墩桥梁均满足现行规范中汽车荷载的抗倾覆要求,但在严重超重偏载下,均存在一定的安全隐患。(2)现行国内桥梁设计时,对上部箱梁结构的抗弯、抗剪强度以及抗裂性能等方面比较注重,但对抗倾覆稳定性缺乏必要的重视。(3)从国内近几年发生的独柱墩倾覆事故的总结分析中可以得出:位于直线段、缓和曲线或曲率半径较大的圆曲线上的独柱墩桥梁更容易发生倾覆事故,这是由于曲线桥的支座位置位于一个稳定的空间约束面上,而直线桥或位于缓和曲线(半径比较大的圆曲线)上的桥梁,其支座位置位于一条直线上,对于横向倾覆稳定性仅仅靠桥台双支座来完成。(4)独柱墩桥梁设计时,边墩和中墩均宜采用双柱墩或独柱双支点型式,并尽量拉开支座间距,增加梁体抗扭能力;当采用独柱双支点型式时,尽量拉开支座间距或设置的预偏心,并经计算设置合适的支座间距和预偏