独柱墩桥梁抗倾覆稳定分析

独柱墩桥梁抗倾覆稳定分析

单柱桥结构简单，外形美观，在桥梁工程建设中得到了广泛应用。采用该桥梁结构形式,不仅能够减少占用桥下的空间,还能够使桥梁工程建设显得美观,深受人们的喜爱。但是,由于桥梁采用的是单支点支撑形式,结构的横向抗倾覆能力在汽车偏载的作用下受到极为不利的影响。事实证明,在偶然偏心荷载的影响下,独柱墩桥梁往往会受到极为不利的影响,甚至会出现整体横向失稳的现象。在工程建设中,施工单位都比较关注这些问题,遵循相关的工程建设标准和规范的规定,重视采取相应的措施,以提高桥梁的抗弯承载力、抗剪承载力,为车辆的安全通行创造良好的条件。但是,在施工中往往忽视提高桥梁的横向抗倾覆能力,对桥梁的正常运行和车辆的安全通行产生不利影响。文中以某一墩梁固结独柱墩桥梁为实例,验算了其抗倾覆能力,评价了该桥梁的安全性能,并根据验算的结果,提出了相应的加固处理方法,希望通过这样的探讨分析能够对将来的施工和加固设计的实际工作提供参考。1互通立交桥原因分析该大桥上部结构采用的是6×30m+7×30m+6×30m现浇预应力混凝土连续-刚构箱梁,梁高为1.6m,是单箱双室截面,箱梁的顶板宽为13.5m,底板宽8.0m。下部结构过渡墩采用双柱墩,中间墩采用独柱墩,其中,1,2,17,18号墩顶设支座,其余的都采用墩梁固结体系。大多数墩高一般在10m左右,墩柱直径1.3m,桥下有很大的空间。此外,在墩底还设置了承台,采用4根1.2m钻孔灌注桩基础。大桥开工于2000年,2002年12月建成通车。桥梁建成之后,外形结构美观,质量良好,为加强地区之间的联系创造了良好的条件。然而,在桥梁运行的过程中,出现了匝道桥倒塌的事故,给行车带来极大的不利影响。因此,必须分析其成因,并采取相应的处理措施,为车辆安全运行创造良好的条件。2防倾覆设计的荷载选择通过对匝道桥倒塌事故进行全面的分析,可以得出以下几点认识:在车辆通行的时候,对于桥梁来说,极端不利荷载与常规设计荷载往往存在着很大的差异。通过分析那些倒塌桥梁可以得知,在桥梁倒塌时,最大的超重车辆达146.72t,而在常规设计验算当中,最大荷载挂-120仅重120t,并且在1座桥上,只允许布置1辆挂车。而在该倒塌桥梁上却同时分布了5辆货车,并且有3辆是严重超载的。针对这种情况,此次在进行防倾覆设计的时候,不能采用常规标准荷载进行验算。根据具体情况,决定采用以下方式:(1)运用设计标准荷载,对大桥的倾覆安全性进行复核性验算;(2)选取特殊荷载,进行非常规倾覆安全性验算。采用这样的方式,有利于提高验算的科学性,也有利于采取更加科学合理的加固方案。(1)汽-超20荷载。以桥梁原来设计的荷载等级为基础和依据,选取2列汽-超20车队,并且在偏载满布的作用下,按最不利偏载布置。(2)自定义荷载。荷载布置的时候,考虑到匝道桥发生倾覆坍塌的时候,桥梁的具体的布载情况,选取4辆荷载都为165t的汽车编队作为验算荷载,按照最不利偏载布置在独柱墩间的主梁上,纵向布置间距为5m,单列布置。3偏心荷载作用下的验算结果在对原结构进行验算的时候,首先选取验算对象,建立计算模型,然后分析计算结果,具体操作步骤如下。(1)计算模型。选取中间7跨1联(对应7~12号墩)作为验算对象,在进行复核性验算的时候,按照标准荷载进行。而在对桥梁结构倾覆安全性进行验算的时候,选取特殊荷载进行,通过验算,然后判定大桥的倾覆安全性。在进行验算的时候,还要考虑该桥梁采取的是墩梁固结的结构形式,因而在进行偏心受压构件验算的时候,所选取的墩柱是按照承载能力极限状态法进行的。本桥选用Midas进行计算,全桥一共有352个单元,369个节点。(2)计算结果。计算结果主要包括在汽-超20级的偏心荷载作用下和在自定义偏心荷载作用下2种情况。由于偏心荷载作用不同,二者的计算结果也有不同。(1)在汽-超20级的偏心荷载作用下,计算独柱墩偏心承载力,具体计算结果见表1。从上述验算结果我们可以得知:在设计标准荷载作用下,墩柱受压满足承载能力极限状态偏心受压构件要求,不存在倾覆安全隐患。(2)在自定义偏心荷载作用下,计算独柱墩偏心承载力,具体计算结果见表2。从上述验算结果我们可以得知:在自定义偏心荷载作用下,墩柱受力不满足承载能力极限状态要求,墩柱发生弯压破坏,主梁发生倾覆。4增设支撑柱的效果(1)加固方案。由于该桥梁在自定义荷载作用下存在着安全隐患,为了消除隐患,保证结构的安全,方便施工,应该采取有效措施解决独柱结构主梁发生倾覆的安全隐患。改造独柱结构为3柱结构,在箱梁两腹板附近增设支撑柱,分担活载的作用,通过这样的加固措施,大大提高了主梁的稳固性,使得主梁即使在极端荷载作用下,也不会由于偏载而发生倾覆现象,或者出现支撑柱承载力不足的情况。(2)加固效果计算。增设支撑柱之后,在自定义偏心荷载作用下,得出了独柱墩的验算结果,具体数据见表3。从计算结果可以得知:在自定义倾覆性验算荷载作用下,增设支撑柱之后,原来墩柱的受力情况得到了明显的改善,满足了偏心受压承载能力的验算要求,主梁不会发生倾覆现象。5固结桥墩设置的影响独柱墩桥梁具有良好的性能和显著的优势,不仅外形美观,而且结构轻巧,占用空间小,在立交桥、高速公路的互通立交匝道桥中得到了广泛的运用。然而,由于独柱墩桥梁抗扭性能较差,往往容易出现变形过大,桥梁出现裂缝等现象,给结构功能的正常发挥和车辆的通行带来严重的不利影响。此外,固结桥墩的设置减少了全桥扭矩峰值,使得桥梁的整体性得到了