獨(dú)柱墩連續(xù)梁橋抗傾覆安全評(píng)價(jià)及加固設(shè)計(jì)

喬星昇

摘 要：在交通事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，獨(dú)柱墩因其占地面積小、橋下視野開闊好以及結(jié)構(gòu)外觀簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。在已建成的多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式中，中墩多以獨(dú)柱墩、單支座為主。這種結(jié)構(gòu)形式具有橫向抗扭支承不足的“先天缺陷”，同時(shí)，貨車超載、運(yùn)營(yíng)管理不到位等也成為了橋梁橫向失穩(wěn)的重要因素。近期，獨(dú)柱墩連續(xù)梁橋的傾覆事故頻發(fā)，造成了極大的社會(huì)影響，本文以工程實(shí)際為案例，進(jìn)行理論分析及驗(yàn)算，并提出加固方案。

關(guān)鍵詞：獨(dú)柱墩連續(xù)梁橋;抗傾覆安全評(píng)價(jià);加固設(shè)計(jì)

在“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的指引下，我國(guó)交通事業(yè)突飛猛進(jìn)，橋梁工程作為交通事業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也得到較快發(fā)展。在橋梁建設(shè)過程中，獨(dú)柱墩因其占地面積小、橋下視野開闊好、結(jié)構(gòu)外觀簡(jiǎn)潔以及造價(jià)相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。在已建成的多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式中，中墩多以獨(dú)柱墩、單支座為主。這種結(jié)構(gòu)形式具有橫向抗扭支承不足的“先天缺陷”，實(shí)際運(yùn)營(yíng)中又免不了有貨車超載的情況發(fā)生，這就導(dǎo)致了橋梁傾覆事故時(shí)有發(fā)生?？v觀近些年國(guó)內(nèi)發(fā)生的橋梁傾覆事故，大多數(shù)具有相同的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式為獨(dú)柱墩連續(xù)梁，并且中墩為單支座。此類橋梁多建于2018年以前。2018年以前《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）還未施行，其余規(guī)范沒有完善的橋梁抗傾覆驗(yàn)算理論，所以橋梁抗傾覆性能驗(yàn)算容易成為被忽視的因素，這也給橋梁傾覆問題埋下了巨大隱患。

1 工程案例

本文列舉的獨(dú)柱墩橋梁位于南方某處的高速公路，為4孔1聯(lián)的形式，橋梁跨徑組合為25 m+20 m+20 m+25 m，梁高處于1.23 m～1.315 m的區(qū)間中，單面橫坡2%左右，幅橋?qū)挿謩e是6.85 m，下部結(jié)構(gòu)形式為獨(dú)柱墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）中的橋梁抗傾覆驗(yàn)算理論，運(yùn)營(yíng)期間，在偏載作用下，獨(dú)柱墩、單支座無法給整聯(lián)橋梁提供足夠的抗扭支承，就會(huì)出現(xiàn)單向受壓支座脫空乃至整聯(lián)橋梁上部結(jié)構(gòu)抗扭支承失效并出現(xiàn)梁體翻轉(zhuǎn)、滑移、支座擠出甚至橋墩斷裂的情況[1]。

2.1 計(jì)算持久工況下橋梁抗扭承載力

圍繞本文列舉的工程項(xiàng)目，按照規(guī)范要求計(jì)算橋梁的截面抗剪扭承載能力，橋梁剪力設(shè)計(jì)值Vd與轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)值Td的最大值分別為2 817 kN、1 878 kN·m，同時(shí)二者的應(yīng)允許值分別為32 160 kN、4 963 kN·m，上部結(jié)構(gòu)的抗扭承載能力達(dá)到規(guī)范要求。

2.2 計(jì)算橋梁在偏載狀況中，上、下部結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能

橋梁上、下部結(jié)構(gòu)在偏載作用下，其抗傾覆性能受到一定程度的影響，在車輛超載行駛的過程中，會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加一定的壓力，獨(dú)墩柱可能出現(xiàn)變形與移位的情況，引發(fā)傾覆事故，此種情況較為常見。

支座是橋梁結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，其質(zhì)量將會(huì)直接影響到梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，計(jì)算支座反力，發(fā)現(xiàn)支座在公路—Ⅰ級(jí)荷載的條件下沒有出現(xiàn)脫空的問題。但當(dāng)車輛出現(xiàn)超載并且偏載時(shí)，橋梁內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)脫空問題，在該荷載條件下橋梁傾覆的概率會(huì)大幅度提升[2]。

3 加固設(shè)計(jì)方案

3.1 方案概述

在橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中獨(dú)柱墩偏心承載力數(shù)值較低，獨(dú)柱墩在橋梁結(jié)構(gòu)自身承載方面，也存在安全系數(shù)低的情況，由此致使橋梁存在一定的安全隱患。橋梁投入運(yùn)營(yíng)，需要保證橋梁不存在安全隱患，為了達(dá)到相關(guān)要求，在橋梁結(jié)構(gòu)中，將三個(gè)獨(dú)柱墩橫橋向設(shè)置為雙支座，提高橋梁橫向穩(wěn)定性。在相關(guān)設(shè)計(jì)下，擁有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）通過加固設(shè)計(jì)方式，提高獨(dú)柱墩抗傾覆穩(wěn)定性，降低橋梁立柱在偏心受壓下出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況的概率，還可以規(guī)避橋梁立柱橫向彎矩值引發(fā)的問題;（2）在橫橋向設(shè)置雙支座，可以降低橋梁上部結(jié)構(gòu)因傾覆力矩引發(fā)事故的概率。在加固設(shè)計(jì)方式下還可以有效的降低橋梁上部結(jié)構(gòu)的傾覆力矩設(shè)計(jì)值;（3）控制上部結(jié)構(gòu)傾覆力矩值，可以規(guī)避橋梁支座脫空問題[3]。

3.2 加固方案具體內(nèi)容

在加固方案中設(shè)置支座，橋梁上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在提升，獨(dú)柱墩出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損毀的概率也在不斷減小，可以提高橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。但是為了更好的滿足大眾對(duì)橋梁的使用需求，從技術(shù)層面、經(jīng)濟(jì)層面進(jìn)行考量，給出下面的方案[4]。

考慮到橋梁結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性方面的需求，圍繞本文提出的高速橋梁工程項(xiàng)目，提出在原獨(dú)柱墩兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)鋼管混凝土立柱，柱頂設(shè)置支座，為橋梁上部結(jié)構(gòu)提供抗扭支承，從而加強(qiáng)橫向支承以提高橋梁結(jié)構(gòu)抗傾覆性能。采用相應(yīng)的加固方式，可以提高橋梁整體結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。在鋼管混凝土立柱安設(shè)期間，考慮到橋墩承臺(tái)尺寸對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性形成的影響（工程的承臺(tái)尺寸大），所以將鋼管混凝土立柱安放在原結(jié)構(gòu)承臺(tái)部位，在柱腳施工環(huán)節(jié)利用植筋的方法作業(yè)，在新方案下將原來的承臺(tái)與鋼管混凝土立柱緊密的連接在一起。

本次工程在鋼管立柱選擇方面，考慮到工程需要與經(jīng)濟(jì)方面的限制，所以挑選直徑711 mm、壁厚13 mm的螺旋鋼管，為了進(jìn)一步提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，讓鋼管立柱與承臺(tái)可以良好的連接在一起，在鋼管中設(shè)置植筋，同時(shí)選擇H型鋼，由此可以提高結(jié)構(gòu)的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

獨(dú)柱墩橋梁擁有占地面積小、結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)橋梁相比綜合效益更高。在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)期間，橋梁建設(shè)被大眾關(guān)注，在設(shè)計(jì)階段獨(dú)柱墩橋梁設(shè)計(jì)需要關(guān)注多方面內(nèi)容，保證設(shè)計(jì)方式科學(xué)、合理，同時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁存在的安全隱患。面對(duì)獨(dú)柱墩、單支座橋梁沒有條件設(shè)置雙支座的問題，本文給出方案，在原獨(dú)柱墩兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)鋼管混凝土立柱，柱頂設(shè)置支座，為橋梁上部結(jié)構(gòu)提供抗扭支承，從而加強(qiáng)橫向支承以提高橋梁結(jié)構(gòu)抗傾覆性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]游科華.獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋抗傾覆驗(yàn)算和加固設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪，2020（6）：82-84+90.

[2]劉鵬.獨(dú)柱墩曲線梁橋傾覆參數(shù)敏感性分析[J].工程建設(shè)，2020（4）：41-44.

[3]張愛民.獨(dú)柱墩橋梁縱向單車過橋限載研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020（3）：151-155+174.

[4]楊洋.高速公路匝道橋獨(dú)柱墩加固的實(shí)施及評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水運(yùn)，2020（8）：128-129.