現(xiàn)澆箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)敏感性分析

吳代生

(山東省公路設(shè)計咨詢有限公司 濟南市 250102)

0 引言

傾覆橋梁多為匝道橋，除過渡墩采用雙支座或多支座外，中間墩部分或者全部采用單支座[1]，加上車輛超載的影響，易造成橋梁傾覆。

國內(nèi)外對橋梁抗傾覆影響因素的研究較多，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)可知，傾覆橋梁的破壞過程會經(jīng)歷兩種特征狀態(tài)，特征狀態(tài)1為單向受壓支座脫空；特征狀態(tài)2為整聯(lián)箱梁抗扭支撐失效，發(fā)生箱梁翻轉(zhuǎn)等破壞。應(yīng)根據(jù)條文4.1.8規(guī)定的兩種工況進行抗傾覆分析計算[1]：

(1)在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài)。即

RGki+1.4RQki>0

其中：RGki為永久作用標準值組合；RQki為失效支座對應(yīng)最不利汽車荷載的標準值效應(yīng)。

(2)按作用標準值進行組合時，整體式截面簡支梁和連續(xù)梁的作用效應(yīng)應(yīng)符合下式要求：

式中：kqf為橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取值2.5；∑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。

∑Sbk,i=∑RGkili

∑Ssk,i=∑RQkili

式中：li為第i個橋墩處失效支座與有效支座的支座中心間距。

通過工程實例，利用橋梁博士V4.4.0建立橋梁上部現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁模型，通過修改支座布置形式、支座橫向間距和超載量，分析各參數(shù)對橋梁抗傾覆的影響，為類似現(xiàn)澆箱梁橋的抗傾覆驗算提供參考。

1 工程實例

1.1 工程概況

京滬高速公路工程萊蕪東樞紐A匝道第一聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用4×25m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；該橋平面位于R=140m的右偏圓曲線上，縱斷面位于R=2000m的豎曲線上。橋梁全寬12m，兩側(cè)設(shè)置SS級混凝土防撞護欄，橫向布置3車道，支座橫向間距6.8m；下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，布置雙支座，支座布置形式見圖1[2]。

圖1 支座布置圖

1.2 建立橋梁博士模型

采用橋梁博士V4.4.0建立有限元模型，現(xiàn)澆箱梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，全橋共計122個節(jié)點，121個單元，成橋階段模型見圖2。

圖2 成橋階段橋梁模型

1.3 參數(shù)的選擇

荷載類型選擇公路-I級，橫向布置為(-5，5，3)，在運營階段進行抗傾覆驗算，最不利失穩(wěn)效應(yīng)算法采用最不利合計，抗傾覆定義如表1。

表1 抗傾覆定義表

1.4 計算結(jié)果

1.4.1支座脫空驗算

支座脫空驗算見表2。

表2 支座脫空驗算

1.4.2結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

2 支座布置對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

2.1 2#墩支座為固定單支座

2.1.1支座布置

2#墩支座僅采用固定單支座，其他橋墩支座布置形式仍同圖1。

表3 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

2.穩(wěn)定效應(yīng)采用橋梁博士V4.4.0中2018規(guī)范08a恒載標準值組合，失穩(wěn)效應(yīng)采用橋梁博士V4.4.0中2018規(guī)范08b活載標準值組合。

2.1.2結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算見表4。

表4 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

2.2 中間墩支座為單支座

2.2.1支座布置

1#橋墩和3#橋墩采用單向活動的單支座，2#橋墩采用固定單支座，0#橋臺和4#橋墩支座形式同圖1。

色度作為檸檬果醋的外在因素，很大一部分影響著檸檬果醋的售賣。對表3進行數(shù)據(jù)處理，計算得出ΔE21=2.01，ΔE32=0.22?？芍勗?個月的檸檬果醋較1個月的檸檬果醋的色差嚴重，而釀造3個月的樣品較2個月的樣品的色差可忽略不計。由此可推斷出釀造時間超過3個月后，檸檬果醋的色度將不再有大幅度改變?？傻脵幟使椎腖值隨發(fā)酵時間的增加有遞增趨勢且趨于平穩(wěn)，即亮度值不斷增加，產(chǎn)品更加鮮艷。

2.2.2結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算見表5。

表5 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

2.3 比較分析

圖3 抗傾覆系數(shù)與支座布置類型關(guān)系圖 注：圖中橫坐標1代表所有支座均采用雙排支座，2代表僅2#墩采用單支座，3代表中間墩均采用單支座。

由圖3可知：當僅2#墩支座采用單支座時，抗傾覆系數(shù)陡降，右傾系數(shù)下降83%，左傾系數(shù)下降79.2%；當中間支座均改為單支座后，與僅2#墩支座改為單支座相比，抗傾覆系數(shù)下降稍有減緩，右傾系數(shù)下降81.3%，左傾系數(shù)下降77.9%。由此可知，雙支座的數(shù)量對橋梁抗傾覆影響巨大，但中間墩均采用單支座時在公路-I級荷載作用下抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3 支座間距對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

在均采用雙支座條件下給出支座間距對抗傾覆穩(wěn)定性影響的詳細分析數(shù)據(jù)。

3.1 支座橫向間距為7.2m時抗傾覆驗算

表6 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

支座間距與橋梁寬度的比值：7.2/12=0.6。

3.2 支座橫向間距為6.4m時抗傾覆驗算

表7 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

支座間距與橋梁寬度的比值：6.4/12=0.53。

3.3 支座橫向間距為6.0m時抗傾覆驗算

表8 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

支座間距與橋梁寬度的比值：6.0/12=0.5。

3.4 比較分析

圖4 雙支座時抗傾覆系數(shù)與支座間距關(guān)系圖

由圖4可知：當所有支座均采用雙支座時，支座間距與抗傾覆系數(shù)的關(guān)系呈非線性變化，抗傾覆系數(shù)隨著支座間距的減小而減小，在合理的支座間距范圍內(nèi)抗傾覆系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且安全儲備較大。

圖5 單支座時抗傾覆系數(shù)與支座間距關(guān)系圖

由圖5可知：當中間墩均采用單支座時，支座間距與抗傾覆系數(shù)的關(guān)系呈線性變化，抗傾覆系數(shù)隨著支座橫向間距的減小而減小。當中間墩全部采用單支座時，在支座間距小于6.4m時，左傾抗傾覆系數(shù)小于2.5，不滿足規(guī)范要求。

與此同時，支座間距的確定不僅要考慮抗傾覆的影響，還應(yīng)根據(jù)橫梁計算和支座大小確定，建議支座橫向間距與橋梁寬度的比值取0.567(=6.8/12)，此時既可以滿足抗傾覆要求，也有利于支座的安裝和橫梁的計算。

4 超載對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

荷載類型分別選用公路-I級(qk=10.5kN/m，Pk=207～360kN)[3]、1.5×公路-I級、2.0×公路-I級和2.5×公路-I級類型，并以2#墩采用單支座，其他支座均為雙支座(橫向間距取6.8m)為例進行詳細計算分析。

4.1 公路-I級對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算內(nèi)容見表4。

4.2 1.5×公路-I級對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

表9 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

4.3 2×公路-I級對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

表10 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

4.4 2.5×公路-I級對現(xiàn)澆箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響

表11 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算

4.5 對比分析

由圖6可知：抗傾覆系數(shù)與荷載等級呈非線性變化，抗傾覆系數(shù)隨荷載等級的增加而減小。2#墩采用單支座時，在2.5×公路-I級荷載作用下抗傾覆仍能滿足規(guī)范要求，但此時已經(jīng)超過公路-I級荷載作用下設(shè)計的現(xiàn)澆混凝土梁的承載能力極限狀態(tài)，不能為了滿足抗傾覆要求而進行超筋設(shè)計。

圖6 2#墩單支座時抗傾覆系數(shù)與荷載等級關(guān)系圖

由圖7可知：抗傾覆系數(shù)與荷載等級呈非線性變化，抗傾覆系數(shù)隨荷載等級的增加而減小。中間墩均采用單支座時，1.5×公路-I級荷載作用下抗傾覆已經(jīng)不滿足規(guī)范要求，抗傾覆能力較差。

圖7 單支座時抗傾覆系數(shù)與荷載等級關(guān)系圖

綜上，不論支座如何布置，抗傾覆穩(wěn)定性均隨超載量的增大而減小。當中間墩均采用單支座布置時抗超載能力較差，在超載嚴重路段應(yīng)注重對中間墩采用單支座的橋梁進行抗傾覆驗算。

為保證行車安全，應(yīng)加強橋梁的管理與養(yǎng)護，限制超載車輛通行。確需大件超限運輸時，應(yīng)進行承載力和抗傾覆驗算。

5 結(jié)論

通過分析可知，支座的布置形式、支座的橫向間距和超載量對曲線上現(xiàn)澆箱梁橋的抗傾覆穩(wěn)定性影響顯著。

(1)雙支座的布置數(shù)量對橋梁抗傾覆影響巨大，但中間墩均采用單支座時在公路-I級荷載作用下抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

(2)當所有支座均采用雙支座時，支座間距與抗傾覆系數(shù)的關(guān)系呈非線性變化；當存在單支座時，支座間距與抗傾覆系數(shù)的關(guān)系呈線性變化。抗傾覆系數(shù)隨著支座間距的減小而減小。建議支座橫向間距與橋梁寬度的比值取0.567。

(3)抗傾覆系數(shù)與荷載等級呈非線性變化，抗傾覆系數(shù)隨荷載等級的增加而減小。不宜為滿足橋梁抗傾覆驗算而進行過度設(shè)計，應(yīng)加強橋梁的管理與養(yǎng)護，限制超載車輛通行。

(4)右偏圓曲線上的橋梁右傾穩(wěn)定系數(shù)總是比左傾穩(wěn)定性系數(shù)大，曲率半徑對抗傾覆穩(wěn)定性的影響仍需進一步論證。