曲線獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋橫向抗傾覆穩(wěn)定性研究

王 強(qiáng)

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430056）

連續(xù)箱梁橋以其較大的結(jié)構(gòu)剛度、較小的橋面變形、優(yōu)良的動(dòng)力性能等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展[1-3]。但是，由于橋梁支座設(shè)置不科學(xué)、過(guò)載等原因，亦出現(xiàn)不少連續(xù)箱梁橋整體性失穩(wěn)事故，尤以獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋居多[4，5]。本文以廣東省仁化至博羅公路TJ5標(biāo)獨(dú)柱墩橋梁為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬并結(jié)合理論分析[6-8]，對(duì)丹霞互通D匝道橋、E匝道2號(hào)橋以及G匝道橋進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性研究。

1 穩(wěn)定性研究依據(jù)

（1）在計(jì)算中，保證單向受壓支座自始至終處于受壓狀態(tài)之下；

（2）在計(jì)算中，考慮整體抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)；

（3）考慮中墩支座轉(zhuǎn)角變形限制和固結(jié)中墩壓彎強(qiáng)度。

2 穩(wěn)定性分析計(jì)算

2.1 計(jì)算荷載

混凝土容重以及瀝青混凝土橋面鋪裝容重分別取26 kN/m3、25 kN/m3，驗(yàn)算車(chē)輛荷載為公路I級(jí)。

2.2 計(jì)算模型

采用Midas Civil 2015 建立模型。對(duì)各橋、各聯(lián)，根據(jù)不同跨徑、聯(lián)長(zhǎng)、曲線半徑、橋?qū)挼纫蛩兀敿?xì)列出其驗(yàn)算過(guò)程。以丹霞互通D匝道橋、E匝道2號(hào)橋、G匝道橋?yàn)槔M(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 丹霞互通D匝道橋（0#～3#）

丹霞互通D匝道橋跨徑組合為（28+36+28）m，橋面寬度為10.5m，圓曲線半徑R=120 m；整聯(lián)支架澆注施工，3 #、1#墩、0#臺(tái)支座間距4.82 m，采用雙支承；2#墩為獨(dú)柱單支承。

全聯(lián)箱梁模型消隱圖見(jiàn)圖1；荷載基本組合下，對(duì)邊支座脫空進(jìn)行驗(yàn)算，其反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 模型消隱圖

圖2 反力計(jì)算結(jié)果圖

由圖2可知，在荷載基本組合下，邊支座處反力值為393.6 kN，支座處處于受壓狀態(tài)，支座沒(méi)有脫空。計(jì)算箱梁的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，傾覆軸線見(jiàn)圖3。

我國(guó)自20世紀(jì)80年代引起全科醫(yī)學(xué)以來(lái)，在一定程度上緩解了全科醫(yī)生嚴(yán)重不足的局面。接受全科醫(yī)學(xué)完整訓(xùn)練的專(zhuān)業(yè)人才，可為個(gè)人、家庭、社區(qū)提供優(yōu)質(zhì)、便捷、經(jīng)濟(jì)、一體化的基層醫(yī)療保健服務(wù)，并提供生命與健康的全方位、全過(guò)程負(fù)責(zé)式管理[1]。如何教育和培訓(xùn)高質(zhì)量的全科醫(yī)生是未來(lái)全科醫(yī)生培養(yǎng)亟待解決的問(wèn)題。

圖3 本聯(lián)箱梁傾覆軸線圖

成橋狀態(tài)下，箱梁傾覆軸線到各個(gè)支座處的垂直距離及其反力取值見(jiàn)表1。

表1 傾覆軸線到支座處垂直距離及其反力

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)采用式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：RGi為成橋狀態(tài)時(shí)各個(gè)支座的支反力，xi為各個(gè)支座到傾覆軸線的垂直距離；qk為車(chē)道荷載中均布荷載，qk=10.5 kN；Pk為車(chē)道荷載中集中荷載，Pk=332 kN；Ω為傾覆軸線與橫向加載車(chē)道圍成的面積，Ω=153 m2；e為橫向最不利車(chē)道位置到傾覆軸線的垂直距離，e=3.78 m；μ為沖擊系數(shù)，μ=0.226。

由式（1）計(jì)算可知，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為17.77，大于5，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。單車(chē)道偏載情況下汽車(chē)荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)等于3.4時(shí)，對(duì)箱梁扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 箱梁扭轉(zhuǎn)角計(jì)算結(jié)果

由圖4可知，箱梁中墩處扭轉(zhuǎn)角0.002＜0.02，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.2 丹霞互通E匝道2號(hào)橋（0#～3#）

丹霞互通E匝道橋2號(hào)橋跨徑組合為（36+36+31）m，橋面寬度為10.5 m，圓曲線半徑R=150 m；整聯(lián)支架澆注，1#、3#墩、0#臺(tái)座間距4.82 m，采用雙支承；2#墩為獨(dú)柱單支承。

全聯(lián)箱梁模型消隱圖見(jiàn)圖5；荷載基本組合下，對(duì)邊支座脫空進(jìn)行驗(yàn)算，其反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖5 模型消隱圖

圖6 反力計(jì)算結(jié)果圖

由圖6可知，在荷載基本組合下，邊支座處反力值為585.3 kN，支座處處于受壓狀態(tài)，支座沒(méi)有脫空。計(jì)算箱梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，傾覆軸線見(jiàn)圖7。

圖7 本聯(lián)箱梁傾覆軸線圖

計(jì)算相關(guān)參數(shù)：qk=10.5 kN；Pk=332 kN；Ω=156.5 m2；e=3.56 m；μ=0.226。成橋狀態(tài)下，箱梁傾覆軸線到各個(gè)支座處的垂直距離及其反力取值，見(jiàn)表2。

表2 傾覆軸線到支座處垂直距離及其反力

根據(jù)式（1），計(jì)算得到抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為23.15，大于5，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。單車(chē)道偏載情況下汽車(chē)荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)等于3.4時(shí)，對(duì)箱梁扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 箱梁扭轉(zhuǎn)角計(jì)算結(jié)果

由圖8可知，箱梁中墩處扭轉(zhuǎn)角0.002＜0.02，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.3 丹霞互通G匝道橋（0#～4#）

丹霞互通G匝道橋跨徑組合為（28+36+36+28）m，橋面寬度為10.5 m，圓曲線半徑R=120 m，緩和曲線A=110 m；整聯(lián)支架澆注，1#、2#、4#墩、0#臺(tái)支座間距4.82 m，采用雙支承；3#墩為獨(dú)柱單支承。

全聯(lián)箱梁模型消隱圖見(jiàn)圖9；荷載基本組合下，對(duì)邊支座脫空進(jìn)行驗(yàn)算，其反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖9 模型消隱圖

圖10 反力計(jì)算結(jié)果圖

由圖10可知，在荷載基本組合下，邊支座處反力值為403.4 kN，支座處處于受壓狀態(tài)，支座沒(méi)有脫空。計(jì)算箱梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，傾覆軸線見(jiàn)圖11。

圖11 本聯(lián)箱梁傾覆軸線圖

計(jì)算相關(guān)參數(shù)：qk=10.5 kN；Pk=332 kN；Ω=152.4 m2；e=3.77 m；μ=0.226。成橋狀態(tài)下，箱梁傾覆軸線到各個(gè)支座處的垂直距離及其反力取值，見(jiàn)表3。

根據(jù)式（1），計(jì)算得到抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為64.27，大于5，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。單車(chē)道偏載情況下汽車(chē)荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)等于3.4時(shí)，對(duì)箱梁扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖12。

表3 傾覆軸線到支座處垂直距離及其反力

圖12 箱梁扭轉(zhuǎn)角計(jì)算結(jié)果

由圖12可知，箱梁中墩處扭轉(zhuǎn)角0.002＜0.02，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）汽車(chē)超載等因素使得橋梁負(fù)載過(guò)大，在承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)下均對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生不良影響，不利于其橫向抗傾覆穩(wěn)定性；同時(shí)，橋梁負(fù)載過(guò)大引起混凝土產(chǎn)生裂縫，降低橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，嚴(yán)控橋面負(fù)載過(guò)大是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、提高橋梁橫向抗傾覆穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要舉措。

（2）對(duì)比丹霞互通不同匝道橋抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)可知，D匝道橋抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)相對(duì)最小，其傾覆軸所在位置相對(duì)最危險(xiǎn)。

（3）對(duì)本次抗傾覆驗(yàn)算可以滿(mǎn)足相關(guān)要求的獨(dú)柱墩橋梁，待建設(shè)完成運(yùn)營(yíng)后也應(yīng)加強(qiáng)日常的檢查和維護(hù)。除此以外，還需采取限制超載的措施，如采取臨時(shí)護(hù)欄等措施使車(chē)輛盡量位于箱梁中心線附近，以確保安全。

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