獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析

■楊慶嶸 張玥（內(nèi)蒙古科技大學建筑與土木工程學院，包頭014010）

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獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析

■楊慶嶸 張玥
（內(nèi)蒙古科技大學建筑與土木工程學院，包頭014010）

獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋憑借自身優(yōu)點被橋梁工程廣泛應用，但其在偏心偶然超載作用下，很容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。本文以（20+32+20）m混凝土連續(xù)箱梁為實例，介紹了連續(xù)彎箱梁橋的特點，并利用相關(guān)軟件模擬半徑和支座布置對獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋穩(wěn)定性的影響作用，為同類工程設(shè)計提供必要的技術(shù)參考。

獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋穩(wěn)定性模擬分析

0引言

獨柱墩橋梁由于具有結(jié)構(gòu)輕巧、易適應地形、整體結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點，被廣泛應用于城市立交橋、城市高架橋以及匝道橋上。但由于獨柱墩墩頂較窄，使得墩頂支座橫向間距很小，甚至只能采用單支座支承，這種結(jié)構(gòu)在汽車超重偏載作用下，對傾覆穩(wěn)定性非常不利。同時由于曲線梁橋受曲率的影響產(chǎn)生了扭矩，梁體結(jié)構(gòu)發(fā)生彎扭組合變形，且截面還伴隨有的翹曲和畸變。隨著曲線梁橋傾覆事故的出現(xiàn)，使得社會各界對它的橫向抗傾覆穩(wěn)定性能給予極大的關(guān)注和重視。

1連續(xù)彎箱梁橋的受力特點

彎箱梁橋的主體結(jié)構(gòu)為頂板、腹板、底板和加勁肋等，根據(jù)承重結(jié)構(gòu)的不同又分為簡支梁橋和連續(xù)梁橋。其中簡支梁橋?qū)儆陟o定結(jié)構(gòu)，各跨單獨受力；而連續(xù)梁橋為超靜定結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小等優(yōu)點，因而被更廣泛的應用。此外，連續(xù)彎箱梁橋在受力時有如下特點：

（1）主梁對彎曲和扭轉(zhuǎn)有較大的抵抗力，而且由于主要結(jié)構(gòu)上下面有著相似結(jié)構(gòu)，使橋梁能夠承受相近的正負彎矩作用；

（2）連續(xù)箱梁在受力時各跨會分擔載荷，會大大減小橋主梁畸變的產(chǎn)生，從而保證橋梁的穩(wěn)定性；

（3）當連續(xù)箱梁產(chǎn)生縱向彎曲時，由于縱向彎曲載荷作用而出現(xiàn)“剪力滯”現(xiàn)象，由此看出連續(xù)箱梁橋剪切變形分布具有較明顯的不均勻性。

2工程概況

某聯(lián)混凝土續(xù)箱梁的孔徑布置為（20+32+20）m；橋面寬度為2×0.5m（防撞墻）+凈11.0m；橋面鋪裝為10cm厚C50混凝土；支座布置為獨柱墩，設(shè)單支座，橋臺設(shè)雙支座，橫向間距6.5m；主梁構(gòu)造為C50混凝土，單箱雙室截面，跨中截面尺寸如圖1所示。

圖1　跨中截面尺寸（單位：cm）

3獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析

3.1模型的建立

本文運用midas梁格法建模助手建立彎橋模型，支座單元上部節(jié)點與主梁采用剛性連接，支座單元上下節(jié)點采用彈性連接，輸入剛度模擬實際板式橡膠支座，其具體參數(shù)如下表1所示。支座單元局部坐標及支座布置形式分別見下圖2和圖3所示。

表1　板式橡膠支座具體剛度

圖2　支座單元局部坐標

圖3　支座布置形式

3.2半徑對支座轉(zhuǎn)角的影響模擬分析

為對支座轉(zhuǎn)角進行對比分析，分別設(shè)立如下三種工況：工況1，公路-I級車道荷載；工況2，1.3倍公路-I級車道荷載；工況3，55t車輛組成的3輛密集排列車隊，車隊縱向相鄰車輛前后軸的間距為3.2m。橋墩支座轉(zhuǎn)角是在荷載組合：支座沉降+恒荷載+徐變二次+收縮二次+車輛下取得最小值。橋梁半徑分別設(shè)立50m、100m、150m、 157.5m、165m、200m、300m、500m、800m。

在此采用橋墩支座處轉(zhuǎn)角來分析橋梁半徑對支座轉(zhuǎn)角的影響。在三種工況下靠近車輛駛?cè)胫髁悍较虻?號橋墩支座轉(zhuǎn)角和遠離車輛駛?cè)胫髁悍较虻?號橋墩支座轉(zhuǎn)角變化曲線如下圖4所示。

根據(jù)圖4可知，3號與4號支座的半徑越大，其轉(zhuǎn)角越小。而橋墩支座轉(zhuǎn)角越大，橋臺內(nèi)外側(cè)支座反力越不均勻，支座也越容易脫空，這在橋梁使用過程中是不允許發(fā)生的。工況三作用下橋墩支座處轉(zhuǎn)角要明顯大于其他工況，其支座越易發(fā)生脫空。可見重載車隊作用于橋梁外側(cè)車道是獨柱墩箱梁發(fā)生傾覆的直接原因。

3.3支座布置對橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響模擬分析

3.3.1橋臺支座間距對橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響

對于獨柱墩橋梁來說，改變支座布置形式是提高其抗傾覆穩(wěn)定性的重要途徑。在此通過設(shè)置不同橋臺支座間距來模擬其對橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響，間距分別設(shè)置為6.5m、6.7m、6.9m、7.1m，模擬結(jié)果（部分）如下表2所示。

圖4　橋墩支座轉(zhuǎn)角變化曲線

由表2可知：增大支座間距，橋墩處的支座轉(zhuǎn)角總體是減小的，有利于橋臺支座反力分布均勻，降低支座脫空的可能性，增大獨柱墩彎梁橋的抗傾覆穩(wěn)定性。但其趨勢并不明顯。

3.3.2不同橋墩支座外側(cè)預偏心對橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響

分別設(shè)置橋墩外側(cè)偏距分別0.1m、0.2m的梁格模型，計算橋墩處支座轉(zhuǎn)角變化情況（部分）如下表3所示。

表2　不同支座間距下橋墩支座轉(zhuǎn)角變化（部分）

表3　不同橋墩支座外側(cè)預偏心對橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響（部分）

由表3可知：設(shè)置橋墩外側(cè)支座預偏心可以有效減少橋墩支座轉(zhuǎn)角，支座預偏心設(shè)置越大，橋墩支座轉(zhuǎn)角減小越多，這也表明橋臺支座反力分布會越均勻，有利于支座的穩(wěn)定。設(shè)置0.2m橋墩支座預偏心與設(shè)置0.1m橋墩支座預偏心相比，其橋墩支座轉(zhuǎn)角平均提高20%，因此得出設(shè)置橋墩預偏心是降低橋墩支座轉(zhuǎn)角的有效方法。

4結(jié)束語

本章通過對板式橡膠支座的抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析，得出以下結(jié)論：（1）雖然增大橋臺支座間距會使橋墩支座轉(zhuǎn)角減小，但其效果并不明顯；（2）增大橋墩支座預偏心可以有效減小橋墩支座轉(zhuǎn)角，且設(shè)置0.2m預偏心的轉(zhuǎn)角要比0.1m預偏心平均減小20%左右。因此，設(shè)置預偏心是當前提高獨柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性的重要途徑。

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