某獨(dú)柱墩橋梁偏載作用下抗傾覆驗(yàn)算

褚莉花

（湖州市公路與運(yùn)輸管理中心，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

某獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋橋跨組合為17 m+2×20 m+17 m，橋長(zhǎng)74 m。 上部結(jié)構(gòu)采用等截面單箱單室連續(xù)箱梁，箱梁全梁段等高，梁高為130 cm，頂寬為8 m，底寬為5 m，懸臂長(zhǎng)度為1.3 m。 箱梁施工采用支架現(xiàn)澆施工，箱梁、橋面鋪裝采用30#混凝土。 下部結(jié)構(gòu)：橋墩采用獨(dú)柱墩，全橋不設(shè)固定支座，橋墩采用P2-2X-500 t 盆式支座，每墩一個(gè)，橋臺(tái)采用板式支座，每臺(tái)兩塊，支座橫向間距為4.4 m。

2 有限元模型建立

本文抗傾覆驗(yàn)算按支座豎向正常有效支承為計(jì)算基礎(chǔ)，橋梁處于良好使用中，無(wú)發(fā)生支座失效、損壞，橋墩未發(fā)生位移變化，且結(jié)構(gòu)安全可靠。 采用MIDAS/Civil 有限元分析軟件進(jìn)行該橋模型建立，結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，該橋的支座布置形式如圖2 所示，模型建立過(guò)程中材料性能參考如下規(guī)范取值。

圖1 結(jié)構(gòu)有限元模型

圖2 支座示意圖

2.1 恒載

1）結(jié)構(gòu)重力：混凝土重度按26 kN/m3計(jì)算。

2）二期恒載：混凝土鋪裝層重量取21.46 kN/m 計(jì)算，一側(cè)防撞護(hù)欄等效荷載按4.55 kN/m 計(jì)算。

2.2 活載

本橋現(xiàn)澆箱梁為直線橋， 按左側(cè)偏載移動(dòng)荷載工況來(lái)驗(yàn)算支座反力及其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。

車(chē)道荷載采用公路Ⅱ級(jí)，按JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》布置兩車(chē)道，計(jì)算車(chē)道橫向、縱向折減系數(shù)和沖擊系數(shù)。

2.3 收縮徐變

考慮10 年收縮徐變。

2.4 溫度梯度荷載

參照J(rèn)TG D60—2015 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》表4.3.12-3 的規(guī)定，本橋橋面鋪裝為水泥混凝土，橋面板最高溫度T1取25 ℃，T2取6.7 ℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

2.5 支座沉降

各支座考慮5 mm 沉降。

3 橫橋向抗傾覆性能驗(yàn)算

按照J(rèn)TG 3362—2018 《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》進(jìn)行驗(yàn)算。

1）首先，計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)在成橋狀態(tài)下的恒載支反力和汽車(chē)荷載作用下的最小支反力， 然后計(jì)算上述各荷載基本組合下的支座反力，判斷單向受壓支座是否保持受壓狀態(tài)。

2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)組合下箱梁抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：

式（1）～式（3）中，kqf為橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取kqf=2.5；ΣSbk,i為使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；ΣSsk,i為使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；ΣRGKi為在永久作用下，第i個(gè)橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計(jì)算確定，按標(biāo)準(zhǔn)值組合取值；ΣRQKi為在可變作用下，第i個(gè)橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計(jì)算確定，按標(biāo)準(zhǔn)值組合取值，汽車(chē)荷載效應(yīng)（考慮沖擊）按各失效支座對(duì)應(yīng)的最不利布置形式取值；li為理論跨徑。

3.1 基本組合下支座反力驗(yàn)算

基本組合作用下，橋梁各支座反力最小值如圖3 所示，最小反力驗(yàn)算結(jié)果如表1 所示。

表1 基本組合下支座反力最小值驗(yàn)算結(jié)果 kN

圖3 基本組合作用下各支座反力最小值（單位：kN）

3.2 標(biāo)準(zhǔn)組合下橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)驗(yàn)算

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，左側(cè)偏載作用時(shí)0#、4#橋臺(tái)內(nèi)支點(diǎn)（0-1、4-1）為失效支座，按作用標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合，由失效支座計(jì)算法所得的結(jié)果如表2 所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)組合下橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)驗(yàn)算結(jié)果

4 主要結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行橫橋向抗傾覆性能驗(yàn)算，在基本組合下，該橋邊支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，特征狀態(tài)1 驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求；該橋在標(biāo)準(zhǔn)組合下， 失效支座的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小為1.34＜2.5，特征狀態(tài)2 驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。 依據(jù)《公路危舊橋梁排查和改造技術(shù)要求》（交辦公路函[2021]321 號(hào)）附錄C中C.3 安全評(píng)估的相關(guān)要求，本橋存在連續(xù)3 個(gè)獨(dú)柱橋墩，安全評(píng)估結(jié)果為“較大安全風(fēng)險(xiǎn)”。

該橋在偏載作用下存在傾覆的可能性， 為了避免發(fā)生支座脫空現(xiàn)象導(dǎo)致側(cè)傾，提高橋梁的抗傾覆能力，筆者提出以下建議。

1）從前述結(jié)構(gòu)分析上看，該獨(dú)柱墩橋梁不滿足現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的車(chē)道荷載的抗傾覆性能要求， 現(xiàn)階段交通量未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載水平， 但隨著交通量的增長(zhǎng)和超載車(chē)輛的增多，給該獨(dú)柱墩橋梁的安全性帶來(lái)極大的隱患，因此，應(yīng)該加強(qiáng)該獨(dú)柱墩橋梁的檢測(cè)及動(dòng)態(tài)觀察，制定有效的養(yǎng)護(hù)措施，確保其能夠安全運(yùn)行。

2）針對(duì)該連續(xù)箱梁橋連續(xù)處獨(dú)墩單支座抗扭能力最為薄弱的情形，可對(duì)該獨(dú)柱墩橋梁進(jìn)行必要的改造加固，增強(qiáng)梁體整體應(yīng)對(duì)不利傾覆荷載的能力。

3）該橋管養(yǎng)部門(mén)應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)對(duì)橋梁使用的管理，杜絕超重車(chē)輛上橋行駛， 一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)堵停卸貨或由有資質(zhì)的單位做特載車(chē)輛單獨(dú)驗(yàn)算、制定專門(mén)的通行方案，切不可僥幸盲目上橋。