獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固方案對比

魏劍峰

摘要：獨柱墩連續(xù)箱梁橋具有結(jié)構(gòu)簡單，外形美觀，占地面積小，施工難度較小等優(yōu)點，在交通工程得到了廣泛的應(yīng)用。但獨柱墩橋梁因其獨特的受力特點導致橫向抗傾覆能力不足，獨柱墩橋梁傾覆事故也時有發(fā)生。對于獨柱墩的加固增加其橫向抗傾覆能力，加固方式有很多，比如增加蓋梁，增設(shè)支撐柱，橋臺支座外移等方法。本文將根據(jù)不同加固方法的加固效果進行獨柱墩加固方案比選

Abstract： Continuous box girder bridge with single column pier has many advantages， such as simple structure， beautiful appearance， small floor space and less construction difficulty. It has been widely used in traffic engineering. However， due to the unique stress characteristics of the single pier bridge， the transverse anti-overturning ability is insufficient， single pier bridge overturning accident also occurs frequently. There are many strengthening methods for the single column pier to increase the transverse anti-overturning ability， such as increasing the number of support beam and column， moving support abutment outside. In this paper， single column pier reinforcement scheme is selected according to the reinforcement effect of different reinforcement methods.

關(guān)鍵詞：獨柱墩；連續(xù)箱梁；橫向抗傾覆；加固

Key words： single column pier；continuous box girder；transverse anti-overturning；reinforcement

中圖分類號：U445.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0123-02

0 引言

獨柱墩連續(xù)橋梁具有外形美觀，節(jié)省橋下空間等一系列優(yōu)點，在公路工程和市政工程中有著廣泛的應(yīng)用。但由于在獨柱墩常布置一個支座，采用單支點支撐的方式對其橫向抗傾覆能力不利。在橋梁建成后期運營的過程中，獨柱墩橋梁傾覆事故時有發(fā)生，并且開始重視獨柱墩橋梁橫向抗傾覆能力。對于建成的既有橋梁，通過橫向抗傾覆驗算，不滿足的獨柱墩橋梁需要加固。加固采用的方法為增加蓋梁，增設(shè)支撐柱，橋臺支座外移。下面將對一座未通過驗算的獨柱墩連續(xù)箱梁橋采用增加蓋梁，增設(shè)支撐柱，端支座外移的方法，建立有限元模型進行計算，分別對比三種加固方式計算結(jié)果，分析比較三種不同加固方式的加固效果。

1 橋梁概況及計算參數(shù)

橋梁跨徑組合：13+21+21+13（m）；結(jié)構(gòu)形式：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；平面布置：直線；墩柱布置：0#、4#橋臺設(shè)置兩個板式橡膠支座，0#臺支座間距4.24m，4#臺支座間距4.62m；中間1#～3#墩為獨柱墩，采用板式橡膠支座，2#墩為固結(jié)墩，柱中心與箱梁中心重合；墩柱采用C30混凝土；橋面寬度：11m；施工方法：滿堂支架法施工；材料參數(shù)：箱梁梁體采用C40混凝土。

計算荷載：

1.1 恒荷載 恒荷載包括結(jié)構(gòu)自重和二期恒載。混凝土自重按25.5kN/m3計，二期恒載由橋面鋪裝和防撞墻組成，橋面鋪裝按18.63kN/m、單側(cè)防撞墻按8.313kN/m計。

1.2 活荷載 設(shè)計荷載等級為：公路一級，按《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014）取值；汽車荷載沖擊系數(shù)按規(guī)范《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）計算。

1.3 混凝土收縮徐變 混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)按相應(yīng)規(guī)范由程序自動計算。

1.4 溫度作用 常年溫差按±20℃考慮。橋面為混凝土鋪裝，箱梁升溫溫差T1=25℃、T2=6.7℃，降溫效應(yīng)為升溫效應(yīng)的0.5倍。

1.5 基礎(chǔ)沉降 計算按沉降5mm取值。

1.6 驗算組合工況 驗算活載組合工況一：根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014），基本組合下按各橋橋面寬度進行橫向車道布置，計算車道橫向、縱向折減系數(shù)和沖擊系數(shù)；驗算活載組合工況二：最外側(cè)車道汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）分析系數(shù)采用3.4，其余同組合工況一。

2 計算要點

2.1 單向受壓支座脫空驗算

在作用基本組合荷載組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)；當汽車荷載分項系數(shù)為3.4時，單向受壓支座宜保持受壓狀態(tài)。主要計算要點如下：①對結(jié)構(gòu)按設(shè)計進行最不利車道布載，考察在作用基本組合下（汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)1.4）支座是否出現(xiàn)負反力，從而判斷單向受壓支座是否保持受壓狀態(tài)；②對結(jié)構(gòu)進行最不利單車道布載，考察在作用基本組合下、汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4時支座是否出現(xiàn)負反力，從而判斷單向受壓支座是否保持受壓狀態(tài)。

2.2 上部結(jié)構(gòu)橫向抗傾覆穩(wěn)定性驗算

當箱梁橋整聯(lián)只采用單向受壓支座支承時，應(yīng)滿足

∑Sbk，i/∑Ssk，i？叟kqf

式中：kqf—橫向傾覆安全系數(shù)，取kqf=5；∑Sbk，i—使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用標準組合的效應(yīng)設(shè)計值；∑Ssk，i—使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的作用標準組合的效應(yīng)設(shè)計值。

2.2.1 傾覆軸線

根據(jù)規(guī)范JTG D62-20XX（總校稿），橫向抗傾覆驗算傾覆軸線按如下方法確定：①對于正交橋梁、斜交角30°以內(nèi)的斜交橋梁，傾覆軸線為位于橋梁中心線同側(cè)的聯(lián)端支座連線；②對于曲線梁橋，當全部聯(lián)中支座位于聯(lián)端外側(cè)支座連線內(nèi)側(cè)時，傾覆軸線為聯(lián)端外側(cè)支座連線；當全部聯(lián)中支座位于聯(lián)端外側(cè)支座連線外側(cè)時，傾覆軸線取為跨中支座連線，或聯(lián)端外側(cè)支座與聯(lián)中支座連線。

2.2.2 使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用

使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用按下式計算：∑Sbk，i=∑RGixi

式中： RGi—成橋狀態(tài)時各支座的反力；xi—各支座到傾覆軸線的垂直距離。

2.2.3 使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的作用

對于正交橋梁，使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的作用按下式計算：

∑Ssk，i=（1+μ）（qkl+Pk）e

式中：μ—汽車荷載沖擊系數(shù)；Pk—汽車車道荷載的集中荷載標準值；qk—汽車車道荷載的均布荷載標準值；e—橫向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離。

對于曲線梁橋，使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的作用按下式計算：

∑Ssk，i=（1+μ）（qkΩ+Pke）

式中：Ω—傾覆軸線與車道荷載中心線圍成的面積。

2.3 獨柱中墩支座轉(zhuǎn)角驗算

在作用基本荷載組合下，汽車荷載分項系數(shù)為3.4時，獨柱中墩支座轉(zhuǎn)角應(yīng)小于0.02rad。

對結(jié)構(gòu)進行最不利單車道布載，考察在作用基本組合下、汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4時支座是否出現(xiàn)負反力，若出現(xiàn)負反力，應(yīng)首先解除相應(yīng)支座，再判斷獨柱中墩的支座轉(zhuǎn)角值是否超限。

3 計算結(jié)果

3.1 加固前狀況

采用midas civil建立有限元模型，全橋共143個單元，支座采用一般點彈性支承模擬，有限元建模情況見圖1。

小結(jié)：在未加固的情況下，橋梁一側(cè)支座出現(xiàn)負反力，不滿足橫向抗傾覆相關(guān)規(guī)定的要求。

3.2 增加蓋梁

采用增加蓋梁的方法對獨柱墩橋梁進行加固。

小結(jié)：由表2可見，本聯(lián)箱梁對獨柱墩進行蓋梁加固后，基本組合下端支座仍出現(xiàn)負反力，汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4時仍存在負反力，且獨柱中墩轉(zhuǎn)角滿足要求，加固效果不明顯。

3.3 增設(shè)支撐柱

采用增設(shè)支撐柱的方法對獨柱墩橋梁進行加固。

小結(jié)：由表3可見，本聯(lián)箱梁采用增設(shè)支撐柱方法加固后，基本組合下和汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4下端支座均未出現(xiàn)負反力，且獨柱中墩轉(zhuǎn)角滿足要求，加固效果與增加蓋梁方法相比較好。

3.4 端支座外移

采用端支座外移的方法對獨柱墩橋梁進行加固。

小結(jié)：由表4可見，本聯(lián)箱梁將橋臺梁端支座外移后，在基本組合下仍存在負反力，加固方案效果較差。

4 結(jié)論

對比三種加固方法，其中增設(shè)支撐柱加固效果最為明顯，端支座外移加固效果最差，增加蓋梁方法效果居中。在經(jīng)濟效益方面，增設(shè)支撐柱加固方法造價最高，且施工過程中對周邊環(huán)境已經(jīng)交通影響較大，增加蓋梁和端支座外移加固方法造價較低，且施工過程對交通影響不大。從上面計算結(jié)果可知，采用增設(shè)支撐柱的加固方法可以基本滿足獨柱墩抗傾覆驗算的要求，但是在汽車荷載效應(yīng)分項系數(shù)為3.4下，支座仍然存在脫空現(xiàn)象。所以本橋采用增設(shè)支撐墩加固后，在日后的養(yǎng)護運營管理的過程中，要嚴格防止各類汽車的嚴重超載過橋現(xiàn)象的發(fā)生。

參考文獻：

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[2]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].中華人民共和國交通部，2004.

[3]陳新，賴增成，王標才.獨柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆加固技術(shù)[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2016（06）.