钢筋混凝土桥梁设计分析

钢筋混凝土桥梁设计分析

阳明滩大桥倾覆

哈尔滨市发布了“8.24”三环群力高架桥鸿福路段上行匝道倾覆事故调查结果，官方将事故性质定性为由于车辆严重超载而导致匝道倾覆、车辆翻落地面，造成人员伤亡的特大道路交通事故。

结合新闻发布的现场图片及相关数据来看，虽然桥梁发生了倾覆，桥面和桥墩的完整程度说明了桥梁的质量过关，我们所要关注的是这座桥的独柱墩设计。大城市的立交桥设计不少采用独柱墩这种设计，因为可以节省桥下空间。但是这种独柱墩最大的弱点就是抗横向倾覆能力弱，如果一侧载重超过设计值就有可能失去平衡，发生倾覆。我们只能说在条件允许的情况下，尽量不采用独柱墩。但是，地面各种条件相对关系的问题，不是都能设双墩的。我国的浙江省对于独柱墩的设计进行了关于独柱墩桥梁处治方案专家审查会议，讨论已有的独柱墩桥梁如何进行加固处理，并提出了处置方案主要为端横梁处理、拉杆处理、独柱墩拼宽改双支座、设置拉压支座以及墩顶设限位装置等方案。

结合桥梁倾覆案例进行分析，按照《公路桥涵通用设计规范》规定的方法验算，这段121米的桥只要能单向荷载164吨，就达到了国家标准。设计师在这个基础上又提高了20%，这座桥单向荷载做到了197吨。

1号车车货总重18.625吨，2号车车货总重153.29吨，紧随其后，此时桥面整体载重为171.915吨，还在承载极限之内。当车货总重163.59吨的3号车驶入桥板，桥面载重达到335.505吨，而设计极限为197.3吨，已经超出138.205吨。当车货总重149.68吨的4号车也进入桥板，此时四辆货车恰巧行驶在同一块桥板右侧，总重量为485.185吨，超过设计值287.885吨，也就是2.45倍。

倾覆的这段匝道桥，下部结构采用四根独柱墩支撑，两端设双柱墩，中间都是独柱墩。上部结构为钢、混凝土叠合梁，放置在独柱墩上面，两端的独柱墩为带盖梁的设计，盖梁是受力结构，防滑墙则是为了防止地震中，梁体横向甩出，盖梁上方是两个支座，在受力结构中起弹性缓冲的作用，中间的两根独柱墩则没有盖梁，在墩柱和桥面之间，直接设立一个单支座，只要在设计值范围内，平衡就不会被破坏，桥面的载重传递给支座，支座传递给盖梁，盖梁传递给墩柱，最终传入地下。

此时，桥板整体因为偏载压力过大，盖梁的悬臂端无法承受箱梁的侧向倾覆力矩，被压断后导致箱梁倾覆，内侧支座脱空翘起，受力结构失去平衡，后部首先发生位移，盖梁上的防滑挡墙，在桥板冲击下断裂。前部也随之位移，防滑挡墙同样受冲击断裂，整体桥板滑落，坠地后向内侧倾倒，砸中了中间的独柱墩，致使柱墩倾斜。

【1】关于独柱墩桥梁处治方案专家审查会议纪要

阪神地震高架桥倒塌

1995年1月17日在日本神户附近发生了强烈的阪神大地震，地震中有长达635m的阪神高速公路高架桥被震倒。

桥墩间距为32-35m，桥墩直径为3.0-3.2m。

根据日本现行的设计规范，对于地震这种短期载荷的许容应力，是将长期载荷的许容应力值乘以1.5。

按照日本的设计规范，对于地震力的强度校核是把桥墩作为下端固定的悬臂梁，假想一个水平力作用于桥体重心，计算该水平力产生的弯曲应力。这个水平力是预定的设计震度与桥体自重的乘积。设计震度一般取为0.2。

不认为过大的地震水平加速度是造成高架桥倒塌的原因。

可以说特殊的地质条件造成了高架桥倒塌的推断是讲不通的。

在横向力作用下桥体的弯曲破坏先于剪切破坏。

从桥体倒塌的现象看．所有桥墩都在根部折断，这也说明是弯矩造成的破坏。在横向地震力作用下。桥墩根部产生了过大的恢复弯矩。

独墩式

桥墩纵向钢筋过早切断, 导致离墩底310 m左右的桥墩截面抗弯能力下降, 在该截面首先屈服,桥墩根部的塑性铰区在地震中发生了上移现象。

独柱式桥墩的倒塌是一个损伤逐步积累的量变过程, 表现为其根部塑性铰区的发展, 当这种量变积累到一定程度时, 将发生飞跃性的质变———倒塌。这种倒塌的形式表现为塑性铰区的混凝土由于损伤积累, 抗剪能力下降而造成突然剪切破坏, 由于剪切破坏是脆性的, 桥墩相当于在根部突然受到一个很大的反向冲击荷载, 因此倒塌瞬间桥墩的反应表现出很大的加速度。

【1】在结构设计方面关于地震力计算的新思考—关于阪神大地震中倒塌的高速公路高架桥的力学分析

【2】独柱式桥墩在横向地震下的倒塌机理分析