單支點支撐橋梁抗傾覆加固設(shè)計

李井輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

在公路及城市橋梁建設(shè)過程中，受地形、地物、下部結(jié)構(gòu)布置、行車視野、美觀等影響個別橋墩往往采用獨柱支撐方式，在這種條件下，與其他形式橋墩相比獨柱墩展現(xiàn)出了明顯的自身優(yōu)勢，在橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著獨柱墩橋梁的大量應(yīng)用，一些突出問題逐步顯現(xiàn)，近年來國內(nèi)發(fā)生了多起橋梁傾覆事故，給人民生命財產(chǎn)安全造成了損失，同時產(chǎn)生了不良的社會影響。

正式頒布的《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)在橋梁抗傾覆計算方面與傳統(tǒng)的“劃定傾覆軸線進行抗傾覆計算”相比調(diào)整較大，為此我院對全省范圍內(nèi)高速公路已建單支點支撐橋梁進行了抗傾覆排查驗算，對不滿足新規(guī)范抗傾覆驗算要求的單支點支撐橋梁進行加固設(shè)計。

1 單支點支撐橋梁抗傾覆驗算

遼新高速新民東互通式立交G匝道橋，橋梁跨徑布置4×20 m、全寬10 m、總長84.40 m，橋梁平面位于半徑R=220 m的左偏圓曲線上，墩臺徑向布置。上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室的鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.3 m；下部墩臺采用獨柱墩、肋板臺，墩臺基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)。

橋梁抗傾覆計算軟件選用空間有限元計算程序“橋博4.1”，模型建立時注意考慮以下幾點因素。

(1)箱梁平面線形、支座布置、支座活動方向按施工圖、竣工圖實際位置(本橋獨柱墩相對箱梁中心線外偏10 cm)。

(2)考慮箱梁腹板、箱梁頂?shù)装?、鋪裝、護欄長度在橋梁軸線內(nèi)外側(cè)長度差異引起的偏載效應(yīng)。

(3)考慮支座沉降的影響。驗算結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)狀橋梁抗傾覆驗算結(jié)果

依據(jù)表1結(jié)果，橋梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)及支座脫空驗算均不滿足規(guī)范要求，需對該橋進行加固設(shè)計。

2 單支點支撐橋梁抗傾覆加固設(shè)計

對抗傾覆驗算不滿足JTG 3362-2018要求的單支點支撐橋梁制定了加固設(shè)計流程圖，如圖1所示。

圖1 抗傾覆加固設(shè)計流程圖

2.1 調(diào)查建設(shè)條件

搜集橋梁的設(shè)計資料并進行現(xiàn)場踏勘，情況如下。

(1)橋梁的上部結(jié)構(gòu)類型、孔跨布置、墩臺形式、獨柱墩個數(shù)、橋臺支座布置與設(shè)計圖紙一致。

(2)現(xiàn)場底面起伏情況與設(shè)計圖紙一致。

(3)橋梁長度、跨徑、橋面寬度、主要構(gòu)件截面尺寸，測量結(jié)果與原設(shè)計一致。

(4)橋下凈高、墩臺至橋下構(gòu)造物的相對距離與圖紙一致。

(5)依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)，該橋技術(shù)狀況評定等級為2類。

2.2 橋梁加固方案

結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場調(diào)查資料，制定了三種抗傾覆加固方案，各方案示意圖、方案簡介見表2。

表2 橋梁加固方案匯總表

2.3 加固方案計算分析

橋梁抗傾覆加固計算分析軟件選用空間有限元程序“橋博4.1”，模型建立及結(jié)果分析時考慮了以下幾點因素。

(1)箱梁平面線形、支座布置、支座活動方向按施工圖、竣工圖實際位置(本橋獨柱墩相對箱梁中心線外偏10 cm)。

(2)考慮箱梁腹板、箱梁頂?shù)装?、鋪裝、護欄長度在橋梁軸線內(nèi)外側(cè)長度差異引起的偏載效應(yīng)。

(3)考慮橡膠支座軸向剛度、墩柱抗彎剛度的影響；本橋模型中橡膠支座剛度取1.05×106KN/m，加蓋梁方案的橡膠支座與墩柱合成的軸向剛度取3.15×105KN/m。

(4)考慮支座沉降的影響。

(5)新增支座不承受恒載引起的支座反力，也不承受活載引起的軸向拉力，僅承受活載軸向壓力。

(6)右傾加載時加固墩處僅考慮右側(cè)新增支座與原支座起作用，箱梁的扭轉(zhuǎn)變形通過右側(cè)新增支座與原支座來約束；左傾加載時加固墩處僅考慮左側(cè)新增支座與原支座起作用，箱梁的扭轉(zhuǎn)變形通過左側(cè)新增支座與原支座來約束；

(7)采取加固措施后，按JTG 3362-2018第4.1.8條驗算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于3.0。

采取加固措施后各方案的計算結(jié)果見表3～表4。

表3 加固后橋梁抗傾覆驗算結(jié)果-左傾驗算

(2)方案3中支座反力值為橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)達3.0時，抗拔銷需提供的拉力。

表4 加固后橋梁抗傾覆驗算結(jié)果-右傾驗算

(2)方案3中支座反力值為橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)達3.0時，抗拔銷需提供的拉力。

2.4 加固方案經(jīng)濟技術(shù)比選

表5 橋梁加固方案經(jīng)濟技術(shù)比選表

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)4.1.8條對一座互通式立交匝道橋進行了抗傾覆穩(wěn)定性驗算，結(jié)合橋梁建設(shè)條件提出了三種改善橋梁支座脫空、提高抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的加固設(shè)計方案，并對三種方案進行了經(jīng)濟技術(shù)比選，最終確定方案一：“獨柱墩頂增設(shè)蓋梁”為本橋的加固設(shè)計方案。