獨(dú)柱曲線梁橋的抗傾覆設(shè)計(jì)與研究

高超，朱琳，王明偉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市100082）

獨(dú)柱曲線梁橋的抗傾覆設(shè)計(jì)與研究

高超，朱琳，王明偉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市100082）

城市立交的飛速發(fā)展，使獨(dú)柱曲線梁橋形式得到廣泛應(yīng)用。由于設(shè)計(jì)的不足和車輛的超載問(wèn)題，近年來(lái)橋梁傾覆事件頻有發(fā)生。從事故原因入手，針對(duì)我國(guó)近年來(lái)發(fā)生的橋梁傾覆事故及病害，總結(jié)其規(guī)律和特點(diǎn)后，得出兩種類型的破壞形式和導(dǎo)致傾覆破壞的關(guān)鍵因素，并指出抗傾覆設(shè)計(jì)思路的兩個(gè)步驟。針對(duì)活載影響下的抗傾覆設(shè)計(jì)提出抗傾覆安全系數(shù)的定義，通過(guò)對(duì)北京市現(xiàn)有獨(dú)柱支承梁橋影響參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，建立典型模型進(jìn)行計(jì)算分析，得出不同臨界狀態(tài)下安全系數(shù)的取值。而針對(duì)內(nèi)外力組合影響下的抗傾覆設(shè)計(jì)則是采用工程實(shí)例分析的方法進(jìn)行闡述，經(jīng)空間有限元計(jì)算分析、試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)論等一系列做法，為獨(dú)柱曲線梁橋設(shè)計(jì)提供了重要案例參考。

獨(dú)柱曲線梁；抗傾覆設(shè)計(jì)；安全系數(shù)；空間有限元

0　引言

曲線橋的出現(xiàn)是橋梁設(shè)計(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，與直橋相比，曲線橋的建設(shè)并不經(jīng)濟(jì)，且在施工工藝方面還有其特殊的要求，但就道路線形設(shè)計(jì)和城市空間利用而言，采用曲線橋所帶來(lái)的效益是不可估量的。

我國(guó)常見(jiàn)的曲線梁橋一般分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼混等幾類結(jié)構(gòu)。近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程的加快，立交橋的建設(shè)促進(jìn)了曲線匝道梁橋的發(fā)展，其特點(diǎn)是橋梁寬度窄、半徑較小、跨徑分配不合理，且絕大多數(shù)受地形地物限制，下部結(jié)構(gòu)采用獨(dú)柱墩的形式。在眾多不利因素的綜合影響下，曲線梁橋受力狀態(tài)十分復(fù)雜。

20世紀(jì)80年代，主要在大型城市，如北京、上海、廣州、深圳、沈陽(yáng)等地建造了不少立交匝道曲線橋，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)不發(fā)達(dá)，很多簡(jiǎn)單的空間問(wèn)題都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能解決。90年代后，計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，曲線橋?qū)Ｓ贸绦虿粩喔倪M(jìn)提高，現(xiàn)在對(duì)曲線梁橋的一般空間效應(yīng)采用程序分析已經(jīng)較為準(zhǔn)確，對(duì)曲線橋的研究以計(jì)算為主，實(shí)驗(yàn)為輔。在最初的曲線橋建設(shè)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)過(guò)事故，1969年瑞士、德國(guó)、美國(guó)和澳大利亞相繼出現(xiàn)彎箱梁橋施工事故，以及國(guó)內(nèi)深圳華強(qiáng)立交橋A匝道、浙江上虞立交橋、哈爾濱陽(yáng)明灘大橋等。其中部分事故是由于車輛超載引起的，但是不少原因是由于設(shè)計(jì)者對(duì)曲線梁橋結(jié)構(gòu)特性缺乏深入理解導(dǎo)致的，在沒(méi)有對(duì)其正確且充分認(rèn)識(shí)前，以經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工往往會(huì)導(dǎo)致病害及事故的發(fā)生，造成不必要的損失。

本文從城市橋梁中最典型的獨(dú)柱曲線梁橋入手，研究其特點(diǎn)和原理，并針對(duì)易發(fā)生的傾覆事故進(jìn)行分析和計(jì)算，得出事故產(chǎn)生的原因及解決辦法，以指導(dǎo)今后的設(shè)計(jì)工作。

1　獨(dú)柱曲線梁橋的特點(diǎn)

1.1與曲線梁橋的共同特征

首先，獨(dú)柱曲線梁橋?qū)儆谇€梁橋的一種特殊形式，它擁有一般曲線梁橋的結(jié)構(gòu)屬性特征，即在恒載和活載的作用下，將會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲、剛性扭轉(zhuǎn)、畸變及橫向撓曲四種變形狀態(tài)。直橋僅是曲線橋一種特例，若荷載作用在剪切中心，則結(jié)構(gòu)只發(fā)生彎曲，若荷載偏心作用，才會(huì)在產(chǎn)生彎曲變形的同時(shí)也產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。而曲線橋即便沒(méi)有活載的作用下，單單在自重作用下就存在彎矩和扭矩，產(chǎn)生彎扭耦合作用［1］。

其次，曲線梁在溫度、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力、制動(dòng)力、離心力等作用下的變形也不可以按平面問(wèn)題處理。而且扭轉(zhuǎn)引起的截面翹曲和畸變一般比直梁橋大，在大曲率、較大跨徑的曲線梁橋中，主梁組合最大扭矩值有時(shí)可達(dá)縱向最大彎矩值的50%以上，這些特征點(diǎn)對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)都是不容忽視的。

1.2獨(dú)柱梁橋的特點(diǎn)

而獨(dú)柱曲線梁橋又是曲線梁橋的形式之一，它所特有的地方在于它的結(jié)構(gòu)尺寸和支承形式。

（1）結(jié)構(gòu)尺寸

獨(dú)柱曲線梁橋一般多為高速公路、城市立交的出口或轉(zhuǎn)向的匝道，往往橫向?qū)挾容^窄，一般為單車道或雙車道外加緊急停車帶，寬度大致在6～11m左右，為了整體視覺(jué)的美觀和減少空間的占用，寬度是導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)選為獨(dú)柱墩形式的原因之一。

縱向上跨徑分配較不合理，有些城市匝道橋受地面構(gòu)筑物及地下管線影響，邊中跨比過(guò)小，邊反力整體值小，而曲線梁橋內(nèi)外側(cè)反力有較大的反力差，兩者迭加，極易出現(xiàn)負(fù)反力造成主梁偏轉(zhuǎn)。

由于匝道用來(lái)實(shí)現(xiàn)道路的轉(zhuǎn)向功能，在城市中立交往往受到占地面積的限制，所以匝道橋多為小半徑的曲線梁橋，平曲線最小半徑可在30m左右，曲線匝道橋上多設(shè)置較大超高值。

（2）支承形式

理論上講， 連續(xù)曲線梁橋的所有支承均可采用點(diǎn)鉸支承， 但在荷載作用下梁端將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形， 從而在梁端與橋臺(tái)背墻間產(chǎn)生上下相對(duì)變形，這會(huì)導(dǎo)致伸縮縫破壞。一般在兩端的橋臺(tái)設(shè)置能抵抗外扭矩的抗扭支座， 中間支承可以采用抗扭支承， 或點(diǎn)鉸支承， 或者交替使用兩種支承形式，從而限制梁端的扭轉(zhuǎn)變形，以保證伸縮縫正常工作。

獨(dú)柱曲線梁也符合此種形式，大體上可分為3類［2］，見(jiàn)圖1。

圖1　獨(dú)柱曲線梁橋類型示意圖

在獨(dú)柱點(diǎn)鉸支承橋墩上，上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的扭轉(zhuǎn)是不能通過(guò)這些點(diǎn)鉸支承傳到基礎(chǔ)上去的，中支點(diǎn)鉸支承的作用只是起到減小彎曲長(zhǎng)度的作用，而一般做橫向預(yù)偏心的作用是調(diào)整梁內(nèi)扭矩分布的目的，可使梁端支反力分配均衡，并不起到抗扭效果。

而中墩設(shè)置抗扭支承，可減小梁的抗扭長(zhǎng)度，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力。在工程中具體表現(xiàn)為可把墩柱頂部擴(kuò)大成榔頭狀或Y形，并在上面放雙支座，這種形式可通過(guò)調(diào)整支座橫向間距，達(dá)到抗扭的效果?；蛘咧苯影讯樟汗探Y(jié)，墩柱可承擔(dān)一部分主梁扭矩，對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)變形有一定約束。

2　獨(dú)柱曲線梁橋傾覆機(jī)理分析

2.1事故及病害的調(diào)查

近年來(lái)，全國(guó)各地獨(dú)柱橋梁傾覆事故頻發(fā)，2009年7月15日凌晨，津晉高速公路港塘收費(fèi)站800m外匝道橋坍塌，5輛載貨車墜落，造成6人死亡，7人受傷（見(jiàn)圖2）；2010年11月26日江蘇南京快速內(nèi)環(huán)西線南延工程進(jìn)行鋼箱梁防撞墻施工時(shí)，鋼箱梁發(fā)生傾覆，造成7死3傷（見(jiàn)圖3）；2011年，浙江上虞立交橋引橋坍塌，現(xiàn)場(chǎng)匝道上有四輛貨車側(cè)翻，事故造成3人受傷（見(jiàn)圖4）；2012年8月24日凌晨哈爾濱陽(yáng)明灘橋引橋傾覆（見(jiàn)圖5）。

圖2　津晉高速公路匝道橋傾覆

圖3　南京“11.26”橋梁傾覆事故

圖4　上虞春暉立交匝道橋傾覆

圖5　哈爾濱陽(yáng)明灘引橋傾覆

常見(jiàn)病害主要體現(xiàn)在梁端出現(xiàn)較大的變位，直接影響橋梁的正常使用，具體體現(xiàn)為邊支座脫空、梁體側(cè)向位移、梁體水平位移及梁體豎向位移，見(jiàn)圖6～圖9。

圖6　邊支座脫空

圖7　梁體側(cè)向位移

圖8　梁體水平位移

圖9　梁體豎向位移

2.2傾覆破壞的分類

總結(jié)以上事故及病害發(fā)生的規(guī)律和特點(diǎn)，大致把獨(dú)柱墩曲線橋傾覆破壞形式分為兩類：結(jié)構(gòu)破壞和整體失穩(wěn)。

（1）結(jié)構(gòu)破壞

結(jié)構(gòu)破壞是指曲線梁上部及下部結(jié)構(gòu)在荷載的彎剪扭作用下導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)自身承載能力的破壞，從以往發(fā)生的事故中觀察，大多數(shù)垮塌后的橋梁上部仍具完整性，橋面及梁體損傷并不嚴(yán)重，可見(jiàn)設(shè)計(jì)者對(duì)主梁構(gòu)件強(qiáng)度比較重視。而下部結(jié)構(gòu)即固接的墩柱的破壞確是屢見(jiàn)不鮮，當(dāng)采用墩柱與梁固接的支承形式時(shí)就必須注意墩柱的彎矩變化。

（2）整體失穩(wěn)

整體失穩(wěn)是絕大多數(shù)獨(dú)柱點(diǎn)鉸支承曲線梁橋傾覆的破壞形式。橋梁的整體失穩(wěn)實(shí)際上是梁體支承體系的轉(zhuǎn)換，它是具有空間性和時(shí)間性的。獨(dú)柱點(diǎn)鉸支承曲線梁主要靠邊墩的兩點(diǎn)或多點(diǎn)支承的反力矩提供抗扭約束，隨著扭矩的增大，會(huì)造成端部各支座橫向受力分布嚴(yán)重不均，當(dāng)扭矩達(dá)到反力平衡極限后體現(xiàn)為一側(cè)（通常為內(nèi)側(cè)）主梁支座的脫空，隨著荷載的進(jìn)一步增加，主梁與支座的偏角快速增大，邊支座可能因偏角過(guò)大而破壞或擠出而改變支承體系的穩(wěn)定。

如圖10所示，以獨(dú)柱大半徑曲線梁為例，中墩為點(diǎn)鉸支承，邊支承起抗扭主要作用。結(jié)構(gòu)所受外荷載為T（以活載為例，結(jié)構(gòu)次內(nèi)力同理），結(jié)構(gòu)自重為N。在階段1時(shí)，支反力均為壓力，支承中線位于兩支座連線中心，重力與外荷載的扭矩平衡，體系穩(wěn)定。當(dāng)外荷載不斷加大，左側(cè)支座反力增大，右側(cè)減小直到脫空，支承中線即扭轉(zhuǎn)軸平移，原體系被打破，左側(cè)支座與中墩支座形成新的支承體系，如階段2，重力與外荷載的扭矩再次平衡，體系再次達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)外荷載繼續(xù)增大，中墩支座脫空，扭轉(zhuǎn)軸移到左側(cè)支座處，支承點(diǎn)僅為兩點(diǎn)，體系失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)傾覆。

圖10　結(jié)構(gòu)失穩(wěn)過(guò)程示意圖

可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)是一個(gè)過(guò)程，它經(jīng)歷了多次支承體系的轉(zhuǎn)換，在一次又一次的打破平衡后最終失穩(wěn)。支座脫空是結(jié)構(gòu)傾覆的病害之一，但不直接導(dǎo)致傾覆。

2.3傾覆破壞的因素

橋梁的傾覆破壞是具有時(shí)間性的，類似于結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)的脆性和延性。

（1）直接因素：汽車的超載

“脆性”破壞，破壞前無(wú)明顯結(jié)構(gòu)變形和預(yù)兆，防范困難，一旦發(fā)生將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。此類破壞一般是由汽車超載直接引起的，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)安全系數(shù)取值不高的情況下，這種超限的活載在不利的偏載作用下極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定體系的轉(zhuǎn)換，造成傾覆落梁。即便有限位措施的設(shè)置，也很難能抵抗超載所帶來(lái)的災(zāi)害。

（2）間接因素：內(nèi)外力的不利組合

“延性”破壞，表現(xiàn)為梁體在恒載、溫度、收縮徐變、預(yù)應(yīng)力、離心力、制動(dòng)力等與活載的多種組合下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形、爬移、支座反力減小，轉(zhuǎn)角增大等病害，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的初始狀態(tài)破壞。尤其是對(duì)曲線橋產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)是不能夠忽視的，它雖然不能引起梁體瞬時(shí)的傾覆塌落，但在長(zhǎng)期不斷的作用下，可使穩(wěn)定體系改變，是傾覆破壞的第二關(guān)鍵因素。

3　獨(dú)柱曲線梁橋抗傾覆設(shè)計(jì)

3.1抗傾覆設(shè)計(jì)思路

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初始階段時(shí)，需根據(jù)這兩方面因素要求，首先滿足結(jié)構(gòu)在活載狀態(tài)下抗傾覆的安全度，變“脆性”為“延性”，然后再根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立空間模型，準(zhǔn)確模擬其力學(xué)行為，減小“延性”的病害問(wèn)題，并采取抗傾覆設(shè)施，提高橋梁抗整體傾覆能力，同時(shí)發(fā)揮警示功能。

3.2抗傾覆安全系數(shù)的定義

在確定抗傾覆分析的對(duì)象后，需要采取適合的力學(xué)分析方法和合理的控制指標(biāo)來(lái)把握結(jié)構(gòu)安全性的判定。但現(xiàn)行的城市及公路橋梁規(guī)范對(duì)于獨(dú)柱曲線梁橋抗傾覆安全系數(shù)的定義還沒(méi)有明確的指導(dǎo)，可借鑒鐵路橋規(guī)范對(duì)梁式橋傾覆系數(shù)的取值，再通過(guò)對(duì)城市匝道梁橋的橋?qū)?、梁端支座間距、曲率半徑、聯(lián)長(zhǎng)等影響參數(shù)進(jìn)行有限元數(shù)值分析，得到了獨(dú)柱墩抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)隨以上參數(shù)改變而變化的規(guī)律，并以此建立了能夠較為全面的反映傾覆破壞臨界狀態(tài)的抗傾覆穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.3-2005）第4.1.1條的規(guī)定“梁式橋跨結(jié)構(gòu)在計(jì)算荷載最不利組合作用下，橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.3”［3］；

《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）第5.1.1條規(guī)定：一般認(rèn)為，支座屬剛體，故穩(wěn)定力矩及傾覆力矩沿橫向指對(duì)支座邊緣而言，沿縱向指對(duì)支座鉸中心而言，計(jì)算公式如下：

式中：K-傾覆穩(wěn)定系數(shù)；Md-抵抗力矩；Mq-傾覆力矩［4］。

參照以上規(guī)范，以獨(dú)柱曲線梁橋整體失穩(wěn)的兩個(gè)階段特點(diǎn)為傾覆臨界點(diǎn)，將以上公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

式中：K——橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)；

SP——導(dǎo)致支座脫空最不利荷載工況的規(guī)范汽車荷載；

Sq——按Sp的加載方式，邊支座出現(xiàn)脫空和中支點(diǎn)轉(zhuǎn)角達(dá)到0.03 rad時(shí)的最大汽車荷載。

3.3抗傾覆安全系數(shù)的比較分析

（1）典型模型選取

對(duì)北京市五環(huán)內(nèi)（含五環(huán)）已有獨(dú)柱支承梁式橋的統(tǒng)計(jì)分析，共樣本400余聯(lián)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖11［5］。

采用有限元程序Midas Civi1進(jìn)行計(jì)算，建立空間梁?jiǎn)卧Ｐ?，在?zhǔn)確模擬中墩及邊墩支座力學(xué)特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行影響線加載計(jì)算，分析中墩固結(jié)獨(dú)柱支承梁式橋固結(jié)墩內(nèi)力；中墩鉸接獨(dú)柱支承梁式橋在邊墩支座脫空和中邊墩支座達(dá)到0.03 rad時(shí)結(jié)構(gòu)的傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)。（通過(guò)對(duì)盆式橡膠支座、球形支座性能分析，一般情況下支座豎向轉(zhuǎn)角大于0.03 rad時(shí)，已超出支座正常工作范圍，結(jié)構(gòu)受力體系已經(jīng)發(fā)生變化。因此偏安全的將中墩支座轉(zhuǎn)角大于0.03 rad作為此類橋梁傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算的控制指標(biāo)）。

（2）分析結(jié)果（見(jiàn)圖12、圖13）［6］

（3）小結(jié)

a. 定義中墩鉸接獨(dú)柱支承梁式橋傾覆過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化的2個(gè)狀態(tài)：邊墩支座出現(xiàn)脫空為第一傾覆臨界狀態(tài)，中墩支座轉(zhuǎn)角達(dá)到0.03 rad為第二傾覆臨界狀態(tài)。

圖11　獨(dú)柱支承梁式橋的統(tǒng)計(jì)分析

圖12　三跨橋梁抗傾覆能力變化趨勢(shì)

b. 參考鐵路規(guī)范并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果，建議結(jié)構(gòu)第一傾覆臨界狀態(tài)下汽車荷載的傾覆安全系數(shù)適當(dāng)提高，不應(yīng)小于1.5；為避免梁端發(fā)生較大轉(zhuǎn)角和位移影響到橋梁附屬構(gòu)造，建議結(jié)構(gòu)第二傾覆臨界狀態(tài)下汽車荷載的傾覆安全系不應(yīng)小于2.5。

c. 從發(fā)生邊支座脫空到中支點(diǎn)轉(zhuǎn)角達(dá)到0.03 rad的汽車荷載增量的比較看，一般直橋由第一臨界狀態(tài)控制，彎橋由第二臨界狀態(tài)控制。中墩鉸接曲線獨(dú)柱支承梁式橋抗傾覆能力優(yōu)于直橋。

圖13　四跨橋梁抗傾覆能力變化趨勢(shì)

d. 固接墩可有效約束主梁的扭轉(zhuǎn)變形，在傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.5時(shí)，中墩處轉(zhuǎn)角可忽略；由于采用中墩固結(jié)體系，偏心荷載作用下固結(jié)墩產(chǎn)生較大的彎矩、剪力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分重視。

e. 中墩鉸接橋傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)隨著橋面寬度的增加而減小，且趨勢(shì)明顯；隨邊支承間距的增加而增加，趨勢(shì)較緩；總體而言，窄橋傾覆穩(wěn)定性優(yōu)于寬橋；

f. 邊支座脫空時(shí)的汽車荷載系數(shù)隨著聯(lián)長(zhǎng)的增加而降低，因此設(shè)計(jì)時(shí)直線及大半徑曲線橋應(yīng)盡量控制橋梁一聯(lián)長(zhǎng)度。

g. 中墩鉸接直線獨(dú)柱支承梁式橋，中支座轉(zhuǎn)角達(dá)到0.03 rad時(shí)的汽車荷載系數(shù)隨著聯(lián)長(zhǎng)的增加而降低；中墩鉸接曲線獨(dú)柱支承梁式橋，中支座轉(zhuǎn)角達(dá)到0.03 rad時(shí)的汽車荷載系數(shù)隨著聯(lián)長(zhǎng)的增加而增加，因此設(shè)計(jì)時(shí)小半徑曲線橋可采用相對(duì)較大的聯(lián)長(zhǎng)。

4　獨(dú)柱曲線梁橋抗傾覆的措施及對(duì)策

4.1限制超載

近些年來(lái)超載問(wèn)題已經(jīng)成為使橋梁傾覆垮塌最嚴(yán)重的問(wèn)題，橋梁都是依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)的，用無(wú)限制的提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決超載的所帶來(lái)的影響是不合理也是不經(jīng)濟(jì)的。因此還需相關(guān)路政管理部門要嚴(yán)格限制超載、超限車輛的通行，應(yīng)嚴(yán)格控制貨車的排隊(duì)間距，避免橫向傾覆效應(yīng)超越規(guī)范荷載，從而減少對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。

4.2采用合理的結(jié)構(gòu)形式

（1）墩梁固結(jié)

墩梁固結(jié)是提高橋梁抗傾覆性能的措施之一，固結(jié)后的墩柱可承擔(dān)一部分主梁扭矩，對(duì)主梁的扭轉(zhuǎn)變形起到有效的約束作用。其傾覆穩(wěn)定性主要依賴于中墩的受力性能，此類橋梁傾覆穩(wěn)定性的驗(yàn)算為中墩及其基礎(chǔ)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算。在偏心荷載作用下，墩柱橫向彎矩較大，溫度荷載、混凝土收縮、徐變、主梁預(yù)應(yīng)力效應(yīng)等因素均對(duì)墩柱的內(nèi)力也有較大影響，因此采用此種結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)引起足夠的重視。在主梁的扭轉(zhuǎn)變形過(guò)大同時(shí)墩柱彎矩也很大（一般墩柱較矮）的情況下，建議采用矩形截面墩柱，其沿主梁縱向抗彎剛度較小，而沿主梁橫向抗彎剛度較大，既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉(zhuǎn)變形，更適合其受力特點(diǎn)。

（2）調(diào)整支座位置

a. 加大支座間距：可減小懸臂長(zhǎng)度，增加梁底寬度或?qū)M梁外伸，為支座擺放提供空間。

b. 設(shè)置預(yù)偏心：中墩通過(guò)設(shè)置橫向預(yù)偏心，相當(dāng)于在中支點(diǎn)處施加集中扭矩，人為的調(diào)整梁內(nèi)的扭矩分布，使得橋梁縱向扭矩的分布趨于均勻，減小端支點(diǎn)控制截面的扭矩，避免支座脫空。

（3）增加限位措施

限位措施不僅能夠起到警示作用，而且能顯著提高橋梁抗傾覆能力。如抗震措施、拉力支座、擋塊等。

中墩采用支座的獨(dú)柱支承曲線梁橋應(yīng)設(shè)置防止橋梁出現(xiàn)較大豎向、水平和扭轉(zhuǎn)變形的限位措施。橋臺(tái)或分聯(lián)處應(yīng)設(shè)置橋梁橫向限位措施，防止橋梁出現(xiàn)較大的橫向變位。限位措施與主梁之間應(yīng)保留主梁正常變形空間，不能盲目的設(shè)置，導(dǎo)致主梁及下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的增加。

5　結(jié)論

本文通過(guò)以上各章節(jié)的論述，對(duì)獨(dú)柱曲線梁橋的抗傾覆問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，得出如下結(jié)論及建議，希望可供參考和借鑒：

（1）在設(shè)計(jì)前應(yīng)充分考慮到獨(dú)柱曲線梁橋可能發(fā)生傾覆的各種不利情況，注意初始條件的設(shè)置，盡量避免跨徑、分聯(lián)、支承形式選擇的不合理問(wèn)題。

（2）合理的支座預(yù)偏心可有效地改善扭矩的分配；設(shè)置抗扭支承可減小抗扭長(zhǎng)度，達(dá)到抗扭的效果；而墩梁固結(jié)能夠約束主梁的扭轉(zhuǎn)變形，抗扭效果最好，但需注意墩柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（3）超載和偏載極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，造成橋梁傾覆。具體表現(xiàn)為邊支座的脫空和中墩支座轉(zhuǎn)角的超限兩種傾覆臨界狀態(tài)。為避免傾覆現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)合理的參照規(guī)范要求，以臨界狀態(tài)為控制標(biāo)準(zhǔn)，改善結(jié)構(gòu)體系，以提高橋梁抗傾覆安全系數(shù)。

（4）獨(dú)柱支承梁式橋傾覆穩(wěn)定為空間受力行為，尤其對(duì)于曲線梁橋，自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、混凝土收縮、徐變及溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的扭矩和扭轉(zhuǎn)變形對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆穩(wěn)定性影響較大，因此驗(yàn)算時(shí)必須根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立空間模型，準(zhǔn)確模擬其力學(xué)行為。

（5）應(yīng)采取必要的抗傾覆措施，并重視超載車輛通行對(duì)獨(dú)柱曲線橋梁穩(wěn)定帶來(lái)的不利影響。

［1］ 邵容光，夏淦.混凝土彎梁橋［M］.北京：人民交通出版社，1994.

［2］ 楊昀，周列茅，周勇軍.彎橋與高墩［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［4］ 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.獨(dú)柱支承橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力及穩(wěn)定性分析報(bào)告［R］.2012.

［5］ 吳西倫.彎梁橋設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，1995.

［6］ 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，北京國(guó)道通公路設(shè)計(jì)研究院，北京市市政專業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司，等.城市橋梁安全檢查復(fù)核工作報(bào)告［R］.2009.

U441

A

1009-7716（2015）01-0038-007

2014-09-19

高超（1982-），男，北京人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。