關于連續(xù)箱梁橋獨柱墩單雙支座方案設計對比分析

張 義， 唐 發(fā) 明

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610031)

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關于連續(xù)箱梁橋獨柱墩單雙支座方案設計對比分析

張 義， 唐 發(fā) 明

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610031)

城市橋梁下部結構的布置形式經(jīng)常受到城市空間及市政路網(wǎng)、管網(wǎng)的影響。有時，為了適應橋梁周圍環(huán)境，需采用獨柱墩的結構形式，而獨柱墩橋梁支座的布置方式對橋梁的使用安全起到了決定性的作用。介紹了采用midas civil軟件建模對此類橋梁進行有限元計算分析的過程，旨在為今后同類工程設計提供參考。

曲線梁橋; 獨柱墩；支座布置；抗傾覆穩(wěn)定性

1 概 述

獨柱墩橋梁結構形式輕巧，橋下通透性好，可以使駕駛人員獲得開闊的視野。然而，近年來采用獨柱墩橋梁出現(xiàn)事故的幾率卻很高，如哈爾濱群力路高架橋獨柱墩橋整體側翻，浙江上虞立交橋獨柱墩引橋側翻等。通過對這些事故進行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)并不是梁體或者是橋墩亦或是其余構件的承載力不足而引發(fā)的事故，究其原因是獨柱墩上布置了不合理的單支撐而使梁體抗傾覆穩(wěn)定性不滿足要求從而引發(fā)了梁體側翻。

其實，通過調整梁底支座的布置方式完全可以防止以上事故的發(fā)生。筆者通過一個工程實例分析了曲線連續(xù)橋梁在單雙支座時的受力情況，運用分析結果指導工程實踐，能夠確保橋梁結構運營安全。

2 實例分析

2.1 工程概述

筆者論述的是某市政立交橋匝道橋，該橋平面位于半徑為150 m的圓曲線上，孔跨布置為3×25 m，結構形式為預應力混凝土連續(xù)箱梁(單箱單室)。1#和2#橋墩采用獨柱墩，0#和3#為橋臺，橋臺處采用雙支座并將橋臺端橫梁橫向加寬以將支座間距盡可能地拉大。

筆者分別計算、分析了1#和2#橋墩在設置蓋梁和未設置蓋梁時不同的支座布置方式對梁體的抗傾覆穩(wěn)定性、抗彎承載力、抗剪承載力、抗扭承載力、各項應力值以及最小支座反力的影響。

該橋寬8 m，梁高1.6 m，懸臂長2 m，在橋墩處無論設置雙支座、還是單支座，都統(tǒng)一將支座中心線較梁體中心線向曲線外側偏移15 cm。

2.2 計算模型的建立

運用空間桿系理論，采用midas civil 2013軟件對上述結構進行模擬。為比較1#墩、2#墩單支座和雙支座對橋梁結構的影響，筆者對兩種情況分別進行了建模計算，計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

2.3 支座豎向反力計算結果

2.3.1 僅恒載作用下的豎向支撐反力

僅恒載作用下的豎向支撐反力見圖2和圖3。

圖2 僅為恒載作用下雙支座豎向支撐反力示意圖(單位：kN)

圖3 僅為恒載作用下單支座豎向支撐反力示意圖(單位：kN)

2.3.2 標準組合下最小豎向支撐反力

標準組合下最小豎向支撐反力見圖4、5。

圖4 標準組合下雙支座最小豎向支撐反力 示意圖(單位：kN)

圖5 標準組合下單支座最小豎向支撐反力 示意圖(單位：kN)

由圖2～5可以看出：該橋在以上兩種支座布置方式下支座均未出現(xiàn)負反力，即支座未脫空；而且可以很明顯地看出：在雙支座布置方式下，支座反力的分布相對更均勻，從而更有利于上部梁體的受力。

2.4 梁體在使用階段應力和承載能力計算分析結果

通過對以上兩種模型、兩種支座布置方式的計算，得到梁體在使用階段各項計算結果(表1～3)。梁體是按A類預應力結構設計的。

表1 橋墩布置雙支座時的梁體應力表 /MPa

表2 橋墩布置單支座時的梁體應力表 /MPa

表3 橋墩布置雙支座時的梁體承載能力表

注：表中數(shù)字為抗力/內力。

從以上計算結果可以看出：對于獨柱墩，采用雙支座與采用單支座的方式對梁體的受力影響為：(1)在抗彎、抗剪承載能力相差不大的情況下，采用單支座的梁體抗扭承載能力不足；(2)在應力方面，采用單支座的梁體主拉應力不滿足規(guī)范要求。

2.5 梁體抗傾覆計算結果

筆者在文中的梁體抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計算依據(jù)為2012年發(fā)布的《公路鋼筋混凝土及預應用力混凝土橋涵設計規(guī)范—征求意見稿》中第4.1.9條的規(guī)定。根據(jù)《征求意見稿》的規(guī)定，梁體布置雙支座和單支座的傾覆軸線分別見圖6和圖7；該橋抗傾覆安全系數(shù)γqf計算公式為：

式中γqf為抗傾覆安全系數(shù)；qk為車道荷載中的均布荷載；Pk為車道荷載中的集中荷載；Ω為傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積；e為橫向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離；μ為沖擊系數(shù)；RGi為成橋狀態(tài)時各個支座的支反力；xi為各個支座到傾覆軸線的垂直距離。

2.5.1 橋墩布置雙支座時抗傾覆系數(shù)的計算

橋墩布置雙支座時抗傾覆結果見表4。

2.5.2 橋墩布置單支座時抗傾覆系數(shù)的計算

橋墩布置單支座時抗傾覆計算結果見表5。

圖6 橋墩布置雙支座時傾覆軸線的位置示意圖(單位：cm)

圖7 橋墩布置單支座時傾覆軸線的位置示意圖(單位：cm)

軸線類型∑RGixi/kN·mμqk/kN·m-1Pk/kNΩ/m2e/m(1+μ)×(qkΩ+Pke)γqf軸線1505310.32810.531025.71.07798.963.3軸線2294950.32810.531037.21.371082.727.2

表5 按傾覆軸線1和軸線2作用下梁體抗傾覆系數(shù)計算表

從以上計算結果可以明顯地看出：梁體在橋墩布置雙支座情況下的抗傾覆安全系數(shù)大于在橋墩布置單支座的情況；如果考慮現(xiàn)實情況中汽車普遍超載，此時若仍然在橋墩上布置單支座，則其抗傾覆系數(shù)可能會小于2.5，從而有可能引起梁體側翻。

3 對文中涉及到的一些曲線橋其余問題的探討

曲線橋的支座偏心對于整個橋梁結構受力有著非常重要的影響，在設計中找到一個合適的偏心就需要對支座的布置位置不斷地進行試算，并對試算過程中的支座反力、梁體受到的扭矩等多方面因素進行綜合分析，從而從試算結果中找到一個合適的支座布置位置。

對于該工程來說，橋臺支座的布置對整個橋的安全性同樣起到了不可忽視的影響。將橋臺支座盡可能地拉開，不但可以使橫向上內外側支座的支反力盡可能地均勻，同時亦增強了梁體抗扭的作用，使扭轉變形相對減小。

4 結論與建議

從該實例可以看出，由于曲線橋對扭轉更敏感，即彎橋存在明顯的彎-扭耦合作用，在橋墩布置單支座時亦增大了扭矩力的作用，于是在橋墩布置單支座時使曲線橋的梁體抗扭承載力不足并使得梁體主拉應力儲備不足。在抗傾覆方面，橋墩布置雙支座比橋墩布置單支座的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)富裕量大很多，從而更安全。

綜上所述：在滿足凈空和結構尺寸要求的前提下，橋梁的支座布置應盡量采用雙支座或多支座型式并盡量將支座的間距拉開。在受到壞境或其他方面的限制且必須在獨柱墩上設置單支撐的情況下，首先需要通過合理的計算、設置合理的支座偏心，從而使結構的受力更合理，然后再采用其他方面的的措施，使結構處于安全運行中，如合理配置鋼束、配置足夠的鋼筋、設置可靠的限制梁體橫向位移的限位裝置等。

[1] JTG D60-2015，公路橋涵通用設計規(guī)范[S].

[2] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

(責任編輯：李燕輝)

中國水電五局公司長河壩施工局QC小組獲中國建筑業(yè)協(xié)會QC成果一等獎

日前，從中國建筑業(yè)學會2016年QC成果發(fā)布會上傳出消息，中國水電五局公司長河壩施工局參賽的“陡坡混凝土基面泥漿”及“搭接帷幕布孔裝置研發(fā)”QC小組分別榮獲全國工程建設優(yōu)秀QC小組活動成果一等獎和三等獎。

長河壩施工局高度重視質量管理小組QC創(chuàng)新成果研發(fā)工作并取得了喜人成績。尤其在2016年，是長河壩施工局開展QC小組活動以來獲得成果最為豐碩的一年，總結形成的5項成果分別榮獲省部級一等獎6項，二等獎2項，三等獎1項。小組成員充分發(fā)揮主觀能動性，廣泛帶動現(xiàn)場操作人員參與，遵循“小、實、活、新”的活動理念，開展了系列服務于生產的小組活動，真正做到了提高思想認識、落實責任要求、強化溝通協(xié)調，確保了QC成果達到高標準、高質量的要求，為提升施工質量、改進創(chuàng)新能力和工程建設質量起到了推進作用。

由中國水電五局公司承建的川藏鐵路成雅段工程近況

新建川藏鐵路位于我國四川省和西藏自治區(qū)境內，全線運營長度約1 900千米，建筑長度約1 800千米。其中川藏鐵路成雅段始于成都朝陽湖站，終至雅安車站，全長42千米，屬于蘆山地震災后重建重點項目，具有有利于四川省加速構建現(xiàn)代綜合交通運輸體系，進一步發(fā)揮川西重鎮(zhèn)雅安“東聯(lián)成都、西進康藏、南下攀西”的重要樞紐作用，有助于發(fā)揮成都平原經(jīng)濟區(qū)的輻射帶動作用，對推動地震災區(qū)振興、輻射藏區(qū)、帶動民族地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、維護民族安定團結等具有十分重要的戰(zhàn)略意義。 中國水電五局公司在與二十幾家專業(yè)鐵路施工單位的競爭中脫穎而出，單獨中標川藏鐵路成雅段站前二標，中標金額達11.76億元，合同工期為2014年12月1日至2018年5月31日，共計42個月。本標段全長25.907千米，主要建筑物包含路基工程、橋梁工程、隧道工程、框架涵工程、站場工程。施工難點主要體現(xiàn)在自然環(huán)境因素和工程本身特點兩個方面。首先，由于所中標段地處四川盆地邊緣，地形起伏大，多有懸崖分布，滑坡、巖堆發(fā)育，地質以卵石土地層為主，邊坡極不穩(wěn)定。加之雅安四季多雨的氣候條件，給線性工程施工造成很大干擾，沿線人口密集，征拆工作難度大；其次，本標段橋梁多屬大跨度、高墩身類型，部分承臺墩身位于陡坡位置，與地面高差最高達41米，便道無法通往，部分橋梁跨越河溝，雨季河水隨時暴漲，現(xiàn)澆連續(xù)梁支架施工需密切關注水位變化，從而加大了施工難度。該標段隧道地質條件復雜，埋深較淺，全部為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，根據(jù)該段地質情況，項目部決定現(xiàn)場依據(jù)“管超前、嚴注漿、短進尺、弱(不)爆破、快封閉、強支護、勤量測、緊襯砌”的原則進行施工，確保了隧道的施工安全和質量。 中國水電五局公司極為重視川藏鐵路建設，選派精兵良將，組建了川藏鐵路成雅段工程項目經(jīng)理部。項目部自2014年11月進場后，始終秉承“謙虛、嚴謹、精益、創(chuàng)新、超越”的理念，實現(xiàn)了“管理制度標準化、人員配備標準化、現(xiàn)場管理標準化、過程控制標準化”。其中蒙頂山拌合站、金雞關2號隧道出口標準化、信息化建設得到多方贊譽，多次被建設單位作為迎檢點接受大型檢查團的檢閱。項目部履約情況良好，總體工期受控，得到了建設單位、監(jiān)理單位、地方政府等各方的充分肯定。 截止目前，川藏鐵路成雅段工程項目經(jīng)理部主體工程路基、站場已全部開工，完成設計總量的60.3%，全線橋梁工程共17座，開工15座，累計完成7 423.9延米，為設計總量11 471成橋米的64.7%。全線隧道4座，開工4座，累計完成2 422.3成洞米，為設計總量3 726成洞米的65%。全線涵洞36座，開工28座，完成15座，折合907.58橫延米，占設計總量的63.7%，工程進展良好。

2016-06-06

U443.2;U441;U442;U443

B

1001-2184(2016)05-0100-04

張 義(1975-)，男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，學士，從事交通工程設計技術與管理工作；

唐發(fā)明(1985-)，男，四川巴中人，工程師，學士，從事橋梁設計工作.