独柱墩箱梁桥抗倾覆设计研究

GONGCHENGSHE J I
２１０㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第２期
收稿日期:２０１９Ｇ０２Ｇ１８;修改日期:２０１９Ｇ０３Ｇ２９
作者简介:曹爱虎(１９８７－),男,安徽宿州人,硕士,工程师．独柱墩箱梁桥抗倾覆设计研究
曹爱虎
(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥㊀２３００８８
)摘㊀要:近年来,各地相继发生箱梁匝道桥横桥向倾覆失稳直至垮塌的事故,对交通安全产生恶劣影响.本文主要依据最新修订的关于桥梁抗倾覆验算的规范要求,采用M I D A SC i v i lD e s i g n e r 有限元模型研究独柱墩箱梁桥抗倾覆设计的主要影响因素及防治措施,可为同类型桥梁的设计提供参考.关键词:抗倾覆设计;影响因素分析;防治措施
中图分类号:u ４４８．２１＋３㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０２Ｇ０２１０Ｇ０２
０㊀引言
２００７年１０月,内蒙古包头一简支钢箱梁桥发生倾覆,三辆单车重约１００t 重车偏载通行,
主梁绕中心轴一侧支座倾覆,钢主梁㊁混凝土桥墩无结构性破坏[１
].２００９年７月,
天津某钢筋混凝土结构连续梁桥发生整体倒塌,三辆单车重约１４０t 重车偏载
通行,倒塌后的桥梁结构整体性基本完好[２
].２０１１年２月,
浙江上虞某钢筋混凝土结构连续梁桥倾覆,三辆单车重约１２０t 的重车偏载通行,梁体发生扭转倾斜并向右侧滑移,结构整体性保持基本完好.２０１２年８月,黑龙江哈尔滨某钢Ｇ混凝土组合结构连续梁桥发生倾覆,四辆单车重约１２０t 重车偏载通行,主梁翻落至底面,结构整体性基本完好,盖梁局部破损.
图１㊀桥梁梁体倾覆现场
分析事故桥梁的基本特征主要有:①截面形式:
整体式箱梁;②支承形式:跨中为单向受压支座,过渡墩和桥台为双支座;③破坏原因:偏心荷载作用,结构的支承体系失效;④破坏类型:事前无明显预兆,猝然发生,事后结构整体性基本完好.
此类独柱墩箱梁桥多应用于公路互通㊁城市道路立交枢纽中,因其线条流畅㊁视觉通透㊁外形美观㊁节约占地而广泛
应用于占地条件受限的立交匝道桥中[
３]
.该类桥梁设计的主要重点是抗倾覆验算,识别导致倾覆的主要影响因素就显
得尤为重要.
１㊀影响因素分析
根据最新«公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规
范»(J T G３３６２－２０１８)４．１．８条文要求,
桥梁横桥向抗倾覆稳定系数k q
f 应满足下列要求[４]
.ðS
b k ,i ðS
s k ,i
ȡk q f
式中:k q f 为横桥向抗倾覆稳定系数,取k q f ＝２．５;ðS b k ,i 为使上部结构稳定的效应设计值;ðS s k ,i 为使上部结构稳定的效应设计值.
本文主要依据最新修订的桥梁抗倾覆的验算要求,采用M I D A SC i v i lD e s i g n e r 有限元模型分析桥梁倾覆的影响因素,主要研究支座横向间距d ㊁抗扭跨径l ,平曲线半径r 等因素对
桥梁倾覆的影响[
５]
.图２㊀有限元模型图
分别建立３ˑ２０m ㊁４ˑ２０m ㊁２ˑ２０＋２ˑ２０m 的单箱梁模
型.模型中中墩均为独柱墩,边墩为双支座.通过改变支座横向间距d ㊁平曲线半径r ,计算各模型的抗倾覆稳定系数.模型计算分析过程中均按改变其中一个变量而保持其余变量不变的原则进行.
１．１㊀支座横向间距d 与抗倾覆稳定系数k 的关系
模型在保证曲线半径r ＝２００m 不变的情况下,
通过调整支座间距d ,计算不同跨径下箱梁的抗倾覆稳定系数.通过模型计算分析,横向支座间距d 与抗倾覆稳定系数k 的关系如图３所示.
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㊀图３㊀支座间距d 与k 的关系图
由图３可以看出增大支座横向间距d ,能够降低汽车荷载
偏载作用引起的支座负反力,从而提高箱梁桥的抗倾覆性能.１．２㊀抗扭跨径l 与抗倾覆稳定系数k 的关系
模型在保证支座间距d ＝３m 不变的条件下,
通过调整抗扭跨径l ,计算不同曲线半径下箱梁的抗倾覆稳定系数.通过模型
计算分析,抗扭跨径l 与抗倾覆稳定系数k 的关系如图４所示.
图４㊀抗扭跨径l 与k 的关系图
由图４可以看出增大抗扭跨径l ,使汽车荷载偏载作用引
起的支座负反力增大,降低了箱梁桥的抗倾覆性.在跨中设置双支座的抗扭支承㊁减小抗扭跨径,能提高箱梁桥的抗倾覆性能.
１．３㊀平曲线半径r 与抗倾覆稳定系数k 的关系
模型在保证支座间距d ＝３m 不变的条件下,
通过调整平曲线半径r ,计算不同抗扭跨径下箱梁的抗倾覆稳定系数.通过模型计算分析,曲线半径r 与抗倾覆稳定系数k 的关系如图
５所示.
图５㊀曲线半径r 与k 的关系图
由图５可以看出随着曲线半径r 减小,箱梁的弯扭耦合效
应增大,箱梁桥的抗倾覆性能降低.
２㊀防治措施
通过以上计算分析可知,改变支座间距㊁抗扭跨径及曲线
半径均可以改变箱梁的抗倾覆稳定系数.桥梁的平曲线半径往往要服从路线总体,在不改变平曲线半径的情况下,提高箱型桥梁的抗倾覆稳定性可以采取以下几个措施:
(１
)改变破坏模式.将跨中独柱单支座桥墩改造为墩梁固结,上部结构的静力平衡问题转换为强度问题[
６]
.图６㊀单支座改为墩梁固结
(２
)增大墩台双支座横向间距,跨中独柱单支座改造为多支座支承.
图７㊀单支座改为多支座
(３
)设置限位构造㊁抗拔装置,防止支座脱空.图８㊀增设限拉构造㊁抗拔装置
３㊀结束语
桥梁倾覆事关生命财产安全,桥梁设计中应引起足够重视.通过以上分析,桥梁的抗倾覆稳定系数主要与支座间距
d ㊁
抗扭跨径l ㊁平曲线半径r 等因素有关,设计过程中应注重这些因素对桥梁倾覆的影响.设计中尽量不采用独柱墩,确因空间受限必须采用时,建议增大支座间距或设计限位装置来增加箱梁的抗倾覆性能,以保证桥梁结构的安全.
参考文献
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