鋼箱梁橋抗傾覆穩定性分析

譚偉

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518029）

0 引言

鋼箱梁橋具有抗扭剛度大、受力性能好、結構自重輕、加工方便、施工期短等優點，在城市高架橋中得到了廣泛的運用，尤其在跨線等特殊場合下應用非常方便。

在城市高架橋橋下部結構設計時，為減少占用橋下空間、增加視野和橋形美觀，橋墩往往采用獨柱支承方式。這種形式的鋼箱梁橋受力狀態較為復雜，對橫向抗傾覆穩定非常不利。

本文以深圳市寶安區觀瀾民和路（觀瀾大道—觀光路）市政工程第三標段連續鋼箱梁為例，對其橫向抗傾覆穩定性進行分析。綜合結果，提出對此類橋結構設計的建議。

1 工程實例

1.1 工程概況

深圳市寶安區觀瀾民和路市政工程第三標段全橋共七聯，分左、右兩幅。該工程實例為右幅第6聯連續鋼箱梁，跨徑為（33.5+40+26.5）m，位于半徑800 m的圓曲線上。該橋跨越觀光路，中墩為單支座獨柱支承，兩端為蓋梁加雙柱墩，蓋梁上設雙支座，支座間距為6 m。

1.2 有限元模型的建立

本文采用Midas建立連續鋼箱梁的有限元模型，如圖1所示。箱梁頂寬12.5 m，箱梁底寬8.5 m，中心梁高1.6 m，如圖2所示。上部結構共離散為49個節點，48個單元，單元最大長度為2 m。

連續鋼箱梁橋荷載取值如下：主梁自重由程序自動計算，考慮到模型中未包含橫隔板等構件重量，自重系數取1.15；二期恒載包括防撞護欄與橋面鋪裝，以均布荷載計入；汽車荷載為公路I級，3車道，利用Midas的車道偏載功能考慮1～3車道的偏載情況，取最不利的情況；溫度作用包括整體升、降溫與梯度溫度，參照規范選取；支座沉降考慮各墩不均勻沉降1 cm。

圖1 連續鋼箱梁計算模型

圖2 鋼箱梁標準橫斷面圖（單位：cm）

1.3 計算結果

為了防止橋梁的橫向傾覆，設計中采用保證每一個支座都不出現負反力，即均不脫空的方式來進行控制。

用Midas進行建模計算，對結果進行比較分析，發現使結構出現最大負反力的原因為汽車的偏載。如圖3所示。

圖3 汽車偏載最大負反力圖

選取結構的兩種典型工況進行分析：

工況一：自重+二期恒載+汽車偏載最不利+支座沉降最不利；

工況二：自重+二期恒載+汽車偏載最不利+支座沉降最不利+整體升溫+梯度降溫。

兩種工況下，結構的最大負反力如圖4～5所示。從圖中可以看出，鋼箱梁橋在成橋狀態各種荷載組合下，端支座會出現負反力，即原設計存在橫向傾覆問題。

圖4 工況一最大負反力圖

圖5 工況二最大負反力圖

2 結果分析

當中墩支座不變，蓋梁上的支座間距由6m變為6.8 m、7.2 m時，結構在工況三下的支座反力如表1所列。

表1 端支座間距變化時，結構反力表（單位：kN）

從表1可以看出，端支座的間距越大，鋼箱梁橋在成橋狀態下的負反力值越小，結構的橫向抗傾覆穩定性越好。

當端支座不變，中墩由單支座變為雙支座時（支座間距也為6 m），結構在工況三下的支座反力如表2所列。

從表2可以看出，中墩設置雙支座以后，鋼箱梁橋在成橋狀態下不出現負反力，有利于結構的橫向穩定。

表2 中墩變為雙支座時，結構反力表（單位：kN）

當所有支座不變，在鋼箱梁兩端5 m的范圍內灌注一半梁高的混凝土時，結構在工況三下的支座反力如表3所列。

表3 兩端混凝土壓重時，結構反力表（單位：kN）

從表3可以看出，在設置一定的混凝土壓重的情況下，鋼箱梁橋在成橋狀態下不出現負反力，結構的橫向抗傾覆穩定性比原設計情況好。

以上三種方法如根據具體情況結合使用，也可以達到使結構不出現負反力，且優化設計目的。

3 結論

（1）深圳市寶安區觀瀾民和路市政工程第三標段鋼箱梁橋存在傾覆問題，應根據實際情況修改原設計，提高結構的橫向穩定性。

（2）對于連續鋼箱梁橋，其橫向傾覆穩定性與其是否位于平曲線上、梁端的支座間距、中墩是否單點支承、結構是否壓重等因素有關。建議以后在設計此類型橋梁時應謹慎考慮以上因素。

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