連續(xù)梁橋抗傾覆穩(wěn)定問題分析

楊富光 李井輝

摘 要：摘 要：隨著橋梁建筑水平不斷提高，連續(xù)梁橋越來越多。其中連續(xù)梁橋的抗傾覆穩(wěn)定性是衡量橋梁質(zhì)量的重要因素。本文結(jié)合新頒布的《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 3362—2018）中關(guān)于橋梁抗傾覆穩(wěn)定性的驗算方法，利用有限元計算軟件，對某高速公路一座分離立交橋抗傾覆穩(wěn)定性進行了驗算和分析。在簡述連續(xù)梁橋加固措施后，詳細闡述驗算過程。通過對比原結(jié)構(gòu)與加固后橋梁抗傾覆支反力與穩(wěn)定系數(shù)，驗證了加固處理方案的合理性。

關(guān)鍵詞：抗傾覆;支座脫空;加固

中圖分類號：U441文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0119-04

Analysis of Stability Against Overturning of Continuous Beam Bridge

YANG Fuguang1 LI Jinghui2

（1. Jilin Transportation Planning and Design Institute，Changchun Jilin 130021;2. Liaoning Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.，Shenyang Liaoning 110166）

Abstract：Abstract： As the level of bridge construction increases， there are more and more continuous beam bridges. The anti-overturn stability of continuous beam bridges is an important factor in measuring the quality of bridges. In this paper， combined with the newly promulgated "Code for Design of Highway Reinforced Concrete and Prestressed Concrete Bridges and Culverts" （JTG 3362-2018）， the method for checking the anti-overturning stability of bridges was? used to stabilize the anti-overturning? of? a separate overpass on a highway using finite element calculation software. Sexuality was checked and analyzed. After a brief description of the continuous beam bridge reinforcement measures， the verification process was elaborated. The rationality of the reinforcement treatment scheme was verified by comparing the anti-overturning reaction force and stability coefficient between the original structure and the strengthened bridge.

Keywords： anti overturning;support void;reinforcement

連續(xù)梁橋是指兩跨或兩跨以上的連續(xù)橋梁，是一種超靜定體系。在我國公路道路及城市交通中，多采用混凝土橋梁。近年來，橋梁事故頻發(fā)，這主要是因為橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性會隨著橋梁服役時間的增長而有所變化。為保證橋梁使用安全，應(yīng)定期對橋梁的抗傾覆穩(wěn)定性進行檢驗。本文根據(jù)最新頒布的《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 3362—2018），對某立交橋的抗傾覆穩(wěn)定性進行驗算。

某分離立交為高速公路與三級公路交叉設(shè)置。高速公路為雙向四車道，路基寬26m;三級公路路基寬7.5m。兩路交角47°，高速公路下穿。橋梁上部結(jié)構(gòu)為16m+22m+22m+16m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋臺為雙柱式，橋墩均為獨柱式，橋墩、橋臺均采用球形支座，荷載等級為公路-II級，支座平面布置如圖1所示。

1 加固措施

近年來，隨著國內(nèi)外幾起橋梁傾覆事故的發(fā)生，橋梁抗傾覆性能逐步引起人們關(guān)注，此類設(shè)置連續(xù)單支座的整體式箱梁的抗傾覆性能備受人們重視[1，2]。為了提高本橋的抗傾覆性，采取了如圖2所示的加固措施，即在1、3號橋墩墩頂與主梁之間設(shè)置了拉桿，該拉桿可以限制橋梁上部結(jié)構(gòu)繞橋梁縱軸方向的扭轉(zhuǎn)，當箱梁有傾覆傾向時，拉桿組件會鎖成一體，阻擋箱梁傾覆。

2 驗算過程

新版橋梁設(shè)計規(guī)范《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 3362—2018）已于2018年11月1日開始實施。規(guī)范認為，橋梁傾覆過程存在兩個明確特征狀態(tài)：在特征狀態(tài)1，箱梁的單向受壓支座開始脫離受壓，即支座脫空;在特征狀態(tài)2，箱梁的抗扭支撐全部失效[3]。規(guī)范中采用這兩個特征狀態(tài)作為抗傾覆驗算工況。

針對特征狀態(tài)1，在作用基本組合下，箱梁橋的單向受壓支座處于受壓狀態(tài);箱梁橋同一橋墩的一對雙支座構(gòu)成一個抗扭支撐，起到對扭矩和扭轉(zhuǎn)變形的雙重約束;當雙支座中一個支座豎向力變位零、失效后，另一個有效支座僅起到對扭矩的約束，失去對扭轉(zhuǎn)變形的約束;當箱梁的抗扭支撐全部失效時，箱梁處于受力平衡或扭轉(zhuǎn)變形失效的極限狀態(tài)，即達到特征狀態(tài)2[4]。此時，各個橋墩都存在一個有效支座，穩(wěn)定效應(yīng)和失穩(wěn)效應(yīng)按照失效支座的力矩計算。規(guī)范中做了如下規(guī)定，當按作用標準值組合時，整體式截面簡支梁和連續(xù)梁的作用效應(yīng)應(yīng)符合如下要求：

[∑Sbk，i∑Ssk，i=∑RGkili∑RQkili≥2.5]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[∑Sbk，i]為使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計值;[∑Ssk，i]為使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計值。穩(wěn)定性系數(shù)為2.5，綜合考慮了簡化分析方法的偏差系數(shù)和實際車輛密集排布情況下汽車荷載效應(yīng)的放大系數(shù)[5]。

如圖3所示，采用有限元計算程序Midas建立單梁模型，按照橋梁實際結(jié)構(gòu)形式和所采用的球形鋼支座形式建立約束條件，根據(jù)橋梁設(shè)計荷載等級和橋?qū)捲O(shè)置偏心的車道荷載，本橋車道荷載偏心距離按偏離箱梁中心線2.1m計，計算出永久作用（自重、預(yù)應(yīng)力、二期恒載）在各支座處產(chǎn)生的反力、移動荷載（偏載）在各支座處產(chǎn)生的最不利反力以及每個支座出現(xiàn)最不利反力時其余各支座的并發(fā)反力。

抗傾覆驗算過程如表1、表2和表3所示。支反力的單位為kN。

原設(shè)計該橋的支反力項和穩(wěn)定性系數(shù)項驗算均不滿足新規(guī)范要求，表明其抗傾覆性能不足，存在傾覆風險。

采取如前所述的加固措施，即在1、3號橋墩墩頂與主梁之間設(shè)置拉桿裝置，可有效限制橋梁上部結(jié)構(gòu)在1、3號橋墩處繞橋梁縱軸方向的扭轉(zhuǎn)，抗扭轉(zhuǎn)的約束剛度可以根據(jù)植筋的強度以及此裝置的變形條件計算得到，在模型中重新設(shè)置約束條件，得到支座反力，再次進行驗算，過程如表4、表5和表6所示。支反力的單位為kN。

結(jié)果表明，經(jīng)過加固處置后，該箱梁橋的傾覆風險得到有效控制，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

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》（JTG 3362—2018），對分離立交橋加固前后的抗傾覆穩(wěn)定性進行驗算，采取加固措施后，橫橋向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)由1.24增長到18.88，滿足新規(guī)范中抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于2.5的要求。分離立交抗傾覆的加固，提高了該橋的抗傾覆安全度，保證了該橋的安全使用性能。

參考文獻：

[1]王志浩.獨柱墩梁橋的抗傾覆分析及加固對策研究[D].西安：長安大學，2014.

[2]曾燊平.獨柱墩箱梁橋抗傾覆影響因素分析及加固方法探討[D].廣州：華南理工大學，2018.

[3]交通運輸部.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 3362—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4]周驍.連續(xù)獨柱墩橋梁抗傾覆安全評價及加固設(shè)計方案[J].科學技術(shù)創(chuàng)新， 2017（8）：220-220.

[5]李濤，丁雪.高速公路連續(xù)箱梁橋獨柱墩橫向抗傾覆計算及安全性評估[J].廣東公路交通，2017（1）：12-14.