曲線匝道橋抗傾覆分析及加固設(shè)計方法

洪一樽

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 400074）

曲線匝道橋抗傾覆分析及加固設(shè)計方法

洪一樽

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 400074）

近年來橋梁傾覆事故頻頻發(fā)生，汲取獨柱墩橋梁傾覆事故的教訓(xùn)，文章就某高速公路匝道橋抗傾覆能力進(jìn)行計算和分析，根據(jù)驗算結(jié)果提出了相應(yīng)的加固處理措施，保障高速公路的止常運行。

1 引言

大量的事實證明，在汽車偏載作用下，獨柱墩橋梁可能發(fā)生整體橫向失穩(wěn)，而我國大部分橋梁工作者比較關(guān)注的是橋梁抗彎、抗剪承載力是否滿足規(guī)范要求，而沒有注重于橋梁的橫向抗傾覆能力。本文以河北某高速公路一墩梁固結(jié)獨柱墩橋梁為例，對其抗傾覆能力進(jìn)行驗算，并針對驗算結(jié)果，對于下部結(jié)構(gòu)的承載力評估并且進(jìn)行提出相應(yīng)的加固處理方法。

2 工程概況

該橋某匝道橋跨越自然山坡，是一座預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋，橋長77.121m，橋?qū)?m，跨徑組合為3×20m+9.12m。下部結(jié)構(gòu)1#～3#墩采用獨柱墩，墩身直徑1.3m，其中2#墩為固結(jié)墩，3#、4#墩頂設(shè)有鋼筋混凝土蓋梁，4#墩采用三柱式橋墩，墩身直徑1.3m；橋臺采用混凝土重力式橋臺。

3 荷載工況

現(xiàn)行的公路橋梁規(guī)范對抗傾覆穩(wěn)定性的計算相關(guān)的規(guī)定較少，僅在《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTGD60-2004》中的第3.5.8條和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004》中的第9.7.4條提出了禁止支座脫空的描述。本文以此為計算原則對該橋梁進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性分析，利用公路-Ⅰ級荷載進(jìn)行荷載組合。

4 抗傾覆計算及結(jié)果

4.1 抗傾覆計算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 征求意見稿》（JTG D62-2012），在彎橋情況下，當(dāng)跨中橋墩全部支座位于橋臺外側(cè)支座連線內(nèi)側(cè)時，傾覆軸線為橋臺外側(cè)支座連線；當(dāng)跨中橋墩全部支座位于橋臺外側(cè)支座連線外側(cè)時，傾覆軸線取為一橋臺外側(cè)支座和跨中橋墩支座連線。彎橋主梁在活荷載作用下的抗傾覆系數(shù)為：

該聯(lián)半徑較大，較有可能出現(xiàn)傾覆問題。選取固結(jié)墩中心和橋臺外側(cè)支座的連線為傾覆軸線，這樣可以使傾覆軸線與加載車道圍成的面積Ω較大，盡量計算出最不利情況的傾覆系數(shù)。實際情況存在固結(jié)墩，可以提供抗傾覆力，實際的抗傾覆系數(shù)應(yīng)該更高。

根據(jù)圖4.1中布置車道，最后量取Ω、Xi和e值。

圖4.1 匝道橋傾覆軸線確定示意

4.2 抗傾覆計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)的支座反力由Midas Civil模型中提取，外側(cè)支座和固結(jié)墩的支反力不考慮。結(jié)構(gòu)在成橋狀態(tài)（包括二期恒載）的基頻為 3.16Hz，其沖擊系數(shù)計算μ為0.046。

計算結(jié)果如表4.1所示。

表4.1 某匝道抗傾覆驗算結(jié)果

1 3596.6 0.18 647.39 2 3500.2 0 0.00 3-1 1930 9.13 17620.90 3-2 1589.6 7.29 11588.18 4-1 222.7 26.05 5801.34 4-2 352.8 20.11 7094.81 4-3 455.3 15.74 7166.42 qk Ω Pke Ssk10.587.2645363.12.482157.415.253.1986181.550.2880.31

經(jīng)表驗算，匝道的抗傾覆系數(shù)達(dá)到了10.47＞2.5，滿足規(guī)范要求。

但是為防止此類匝道橋梁在上部結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向傾覆或斷裂前，其下部機(jī)構(gòu)就已經(jīng)發(fā)生破壞，為此，對該匝道橋的主梁、橋墩蓋梁、橋墩、承臺、樁基等構(gòu)件的實際承載能力進(jìn)行計算，通過計算，發(fā)現(xiàn)橋墩蓋梁在傾覆荷載作用下承載能力不滿足要求。

根據(jù)驗算結(jié)果，應(yīng)對橋墩蓋梁和橋墩承臺進(jìn)行加固，使其承載能力提高到與其他構(gòu)件相當(dāng)?shù)乃?，避免蓋梁在上部結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向傾覆或斷裂前就已經(jīng)破壞。

5 加固方案

5.1 加固設(shè)計目標(biāo)

本次抗傾覆穩(wěn)定性加固的設(shè)計目標(biāo)為：根據(jù)上一節(jié)所示的驗算結(jié)果，對該匝道3#獨柱墩蓋梁進(jìn)行抗傾覆加固，使其承載能力安全系數(shù)提高到1.5以上，裂縫寬度小于0.15mm，避免蓋梁在上部結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向傾覆或斷裂前就已經(jīng)破壞。

5.2 加固設(shè)計方案

本次抗傾覆穩(wěn)定性加固方案定為在3#墩的橋墩樁基正上方，采用在承臺上鉆孔植筋方式，重新增設(shè)兩個直徑為1.2m的新橋墩，采用增加截面法增大原橋墩蓋梁，將支座中心移動到與橋墩盡量對齊，達(dá)到混凝土強(qiáng)度后廢棄原橋墩。

具體處治方法如下：

1）開挖B3#墩至原樁基承臺頂面，清洗墩身表面泥土和灰塵。

2）在承臺頂面鉆孔植筋。

3）立模，涂刷界面劑，澆筑墩身C30微膨脹混凝土。

4）搭設(shè)支架，在蓋梁底面和側(cè)面植筋，采用增大截面法加固橋墩蓋梁，與新增橋墩頂部節(jié)段同時澆筑。

5）拆除模板、支架。

本加固方案有著結(jié)構(gòu)傳力方式清晰，能夠利用現(xiàn)有樁基，施工較為方便并且工程造價較為。缺點是：加固后會一定程度上影響橋梁的外觀。

6 結(jié)束語

外形輕巧、美觀的整體板(箱)梁配以獨柱式橋墩已廣泛應(yīng)用于城市立交橋、高速公路互通立交匝道橋中，其較差的抗扭性能常造成變形過大，出現(xiàn)裂縫等問題，固結(jié)橋墩的設(shè)置極大的減小了全橋扭矩峰，本文通過對依托工程的分析計算，發(fā)現(xiàn)了在上部結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求的情況下，下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性安全而不能得到保障，并且針對此類情況，提出了一套較為合理的加固方案，為類似工程提供借鑒之處。

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TU7

B

1007-6344（2017）02-0115-01

洪一樽（1992.9-），男，貴州遵義人，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院2014級碩士研究生，橋梁工程專業(yè)，研究方向：大跨徑橋梁設(shè)計（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074）