淺議連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性

代宇勇

（廣州特希達科技有限公司，廣東 廣州 528300）

1 連續(xù)箱梁橋概述

當(dāng)前我國的道路橋梁設(shè)計和施工中連續(xù)箱梁橋技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力橋梁中連續(xù)箱梁橋是其主要的設(shè)計方式。連續(xù)箱梁橋具有整體穩(wěn)定性好，橋體結(jié)構(gòu)剛度較大，使用過程中產(chǎn)生的形變較小，對地震或其他自然災(zāi)害的抗擊能力較強。連續(xù)箱梁路橋在當(dāng)前的施工中施工技術(shù)較為成熟，施工人員在連續(xù)箱梁橋梁施工中施工效率較高，施工質(zhì)量能夠得到有效的控制，橋梁在后期的維護和養(yǎng)護中工程量較小，有效地保證了交通運輸?shù)臅惩ㄐ裕诋?dāng)前的公路和鐵路橋梁施工中得到了技術(shù)人員的廣泛青睞。上世紀(jì)50年代中期我國開始自主設(shè)計和建設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，其技術(shù)在改革開放之后特別是近年來得到了極大地改善和提高。連續(xù)箱梁路橋的施工工藝、建設(shè)材料和施工工藝都有了較大的突破。當(dāng)前連續(xù)箱梁路橋的施工機械設(shè)備和設(shè)計理念都有了快速的發(fā)展。通過與信息科學(xué)的結(jié)合能夠很好地進行連續(xù)箱梁設(shè)計和施工的結(jié)構(gòu)分析和實驗研究，有效保證連續(xù)橋梁設(shè)計和施工的科學(xué)性和穩(wěn)定性。連續(xù)箱梁路橋的箱型截面能夠適應(yīng)多種施工條件和自然環(huán)境，特別是當(dāng)前應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)路橋和寬度變化的橋梁。連續(xù)箱梁橋的箱梁能夠適應(yīng)抗扭剛度較大的設(shè)計，并且其預(yù)應(yīng)力數(shù)值較低，后期使用過程中變形較小。連續(xù)橋梁箱梁截面根據(jù)其設(shè)計不同可以分為單箱結(jié)構(gòu)和多箱結(jié)構(gòu)，單箱結(jié)構(gòu)又可分為單箱單室和單箱雙室、多室。在早期的連續(xù)橋梁施工中應(yīng)用較多的是矩形箱，后來經(jīng)過改進和發(fā)展出現(xiàn)了斜腰板梯形箱。連續(xù)箱梁在施工中其橋面的接縫較少，整體穩(wěn)定性較好，橋梁施工完成后外形美觀，養(yǎng)護方便。連續(xù)箱梁路橋在施工中可采用的技術(shù)較多，施工人員在進行項目的施工中需要根據(jù)工程所處的自然環(huán)境和交通設(shè)計流量采用合適的施工方法，保證工程項目科學(xué)、高效、安全的施工。

2 連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性分析和探討

2.1 連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性分析意義探析

我國的連續(xù)箱梁橋梁建設(shè)項目越來越多，施工技術(shù)亦越來越成熟。連續(xù)箱梁橋梁設(shè)計和施工中橋梁結(jié)構(gòu)工程師對橋梁的使用年限和使用周期較為重視，但部分企業(yè)為了片面追求經(jīng)濟效益，忽視了連續(xù)箱梁橋梁抗傾覆性和穩(wěn)定性的設(shè)計，導(dǎo)致后期大橋在使用過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，極大的影響了當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\輸?shù)陌l(fā)展和交通通行的安全。當(dāng)前我國經(jīng)濟發(fā)展勢頭較為迅猛，道路橋梁的交通流量日益增加，通行車輛超載現(xiàn)象亦較為嚴重，這給連續(xù)箱梁路橋使用過程中造成較大的壓力，連續(xù)箱梁路橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗傾覆性研究至關(guān)重要。橋梁設(shè)計人員在進行連續(xù)箱梁橋梁設(shè)計時充分重視箱梁的抗彎能力、抗裂性能和抗剪強度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對這些技術(shù)規(guī)范貫徹較為徹底，但對于連續(xù)箱梁橋梁的箱梁橫向穩(wěn)定性缺乏關(guān)注和考慮，不了解連續(xù)箱梁的結(jié)構(gòu)空間特性，僅從支座脫空方面進行連續(xù)箱梁橋梁橫向穩(wěn)定性作為大橋穩(wěn)定性設(shè)計的指標(biāo)，不能很好地對連續(xù)箱梁橋梁上方箱梁抗傾覆性進行必要的考慮和設(shè)計，這些設(shè)計階段的瑕疵會導(dǎo)致連續(xù)箱梁橋梁在施工完成后穩(wěn)定性和抗傾覆性存在先天的不足，影響連續(xù)箱梁橋梁的后期使用的安全。因此科學(xué)地進行連續(xù)箱梁橋梁的穩(wěn)定性和抗傾覆性設(shè)計對大橋的安全性影響是至關(guān)重要的。

2.2 連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性探析

通過對近幾年連續(xù)箱梁橋梁傾覆倒塌事故相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可以得出事故發(fā)生橋梁具有相當(dāng)部分的共性。發(fā)生事故的連續(xù)箱梁橋梁均存在嚴重超載的現(xiàn)象，并且事故連續(xù)箱梁橋梁的橋梁平面線型都較為平直，其傾覆和斷裂的位置主要位于橋面的直線段以及曲率半徑數(shù)值較大或混合曲線的圓曲線上，發(fā)生事故的連續(xù)箱梁橋梁中間部位的橋墩都發(fā)生不同程度的損壞。由于連續(xù)箱梁路橋的曲線橋空間約束體系形成較為穩(wěn)定的約束曲面，但是連續(xù)箱梁橋梁橋面接近直線或為直線型的支點對橋梁橫向扭轉(zhuǎn)的約束力較弱，主要是依靠橋梁梁端的支座完成，在相同的負載和地質(zhì)條件下，直線橋面的連續(xù)箱梁橋梁上部箱梁的橫向穩(wěn)定性不如曲面橋面的連續(xù)箱梁橋梁。通常的連續(xù)箱梁橋梁的橋墩頂端設(shè)計內(nèi)力以豎向軸力為主，水平方向遭受的外力主要是突發(fā)的地震水平波。通行車輛的制動力和離心力沒有得到較好的控制。在發(fā)生事故的連續(xù)箱梁橋梁中橋墩的底面截面遭受較大的壓彎損壞，橋墩的頂端在水平方向因為較大的形變致使橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的脫落，故可知發(fā)生事故的連續(xù)箱梁橋梁柱頂由于較大的橫向水平破壞力致使立柱破壞。通過對連續(xù)箱梁橋梁的空間力學(xué)分析，采用建模軟件進行箱梁的空間立體有限元的建模，對連續(xù)箱梁橋梁的橫載進行分析，橋梁的箱梁的自重按照按26 kN/m3來計算；連續(xù)箱梁橋梁橋面鋪裝的重量按3.8 kN/m2載荷均勻分布來計算；橋梁的防撞護欄可根據(jù)9.0 kN/m線性負載來計算。連續(xù)箱梁橋梁的活性負載用活標(biāo)準(zhǔn)的5軸掛車滿載重量為55 t計算，見圖1、圖2。橋梁的梁底約束力均根據(jù)支座的實際情況來進行設(shè)置。連續(xù)箱梁橋梁的荷載組為自身重量、恒定負載、預(yù)應(yīng)力、活性負載在乘以相關(guān)的超載系數(shù)進行計算。實驗的時候車輛超載率不小于1，檢查超重汽車荷載作用下箱梁是否會傾覆。

圖1 掛車立面（單位：m）

圖2 掛車平面（單位：m）

通過上面的理論分析和數(shù)學(xué)建模，能夠科學(xué)地對連續(xù)箱梁橋梁的抗傾覆性穩(wěn)定性進行定性的分析。當(dāng)連續(xù)箱梁橋梁的橋墩抗壓性能較差或箱梁的扭轉(zhuǎn)力矩較小時，會造成連續(xù)箱梁橋梁的邊支座在沒有脫空情況下造成橋梁立柱的較大的破壞，嚴重影響到連續(xù)箱梁橋梁的穩(wěn)定性，致使其抗傾覆性較差。在數(shù)據(jù)分析中對連續(xù)箱梁橋梁的箱梁自身的縱向剪力強度不加以考慮，在超載的情況下連續(xù)箱梁橋梁的箱梁先于獨立橋墩發(fā)生破壞與橋梁結(jié)構(gòu)及載荷分布密切相關(guān)。橋梁的墩柱由于受到水平推力作用產(chǎn)生壓彎破壞，致使橋梁在超重負載下發(fā)生傾覆和垮塌。梁端脫空沒出現(xiàn)時當(dāng)車輛僅以單側(cè)支座進行橫向有支撐時，如果梁端支架橫向限位失效或者橫向限位脫空，橋梁的橋墩不受水平力約束，連續(xù)箱橋梁不受到外力的彎矩破壞。連續(xù)箱梁橋梁橫向穩(wěn)定性進行評判時根據(jù)上面的分析的箱梁橫向失穩(wěn)的過程，可得出對箱梁橫向穩(wěn)定性的評價可以通過對箱梁自身的截面受力度、橋梁橋墩的墩身截面強度和支座受力三個主要影響因素進行考慮。科學(xué)合理地進行連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性設(shè)計和計算，能夠得出梁橋主要的設(shè)計技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)，技術(shù)人員經(jīng)過分析能夠得出結(jié)果，進行連續(xù)箱梁橋抗傾覆和穩(wěn)定性的設(shè)計和施工。結(jié)合建模分析，技術(shù)人員和設(shè)計施工人員根據(jù)以上三種驗算情況可以確定較為科學(xué)和完善的橋梁橫向穩(wěn)定性評價指標(biāo)體系，進行連續(xù)箱梁橋的設(shè)計，并能夠以此制定科學(xué)的施工方案，有針對性的施工，提高工程的施工質(zhì)量和效率，見表1。

表1 梁橋穩(wěn)定性指標(biāo)評價

連續(xù)箱梁橋梁截面的強度和截面受力強度、底座是否完整、底座反向作用力當(dāng)做連續(xù)箱梁穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)。其中連續(xù)箱梁橋梁的橋墩受力強度以及箱梁的受力強度可作為評價連續(xù)箱梁的橋梁結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生垮塌的指標(biāo)。出現(xiàn)概率較高的事故情況1和情況2，技術(shù)人員需要保證橋梁結(jié)構(gòu)的強度以及正常功能，故需要進行全面的科學(xué)指標(biāo)進行評價；針對出現(xiàn)概率較小的情況3，可以只對安全性指標(biāo)進行評價，允許支座出現(xiàn)負反力或者支座損壞的狀況，但需要保證連續(xù)箱梁橋梁的結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)垮塌，以方便后期的養(yǎng)護修復(fù)。通過上面的分析可知，連續(xù)箱梁橋梁的穩(wěn)定新與工程的多方面因素相關(guān)，不僅包括連續(xù)箱梁橋梁橋面載荷的分布情況和布置方式，而且與連續(xù)箱梁橋梁的主梁線型、橋墩分布、支座分布、連續(xù)箱梁的剛度和強度等橋梁基本結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。連續(xù)箱梁的抗傾覆性和穩(wěn)定性不僅需要考慮上端箱梁抗傾覆，還需要進行上、下端橋梁結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計以保證其穩(wěn)定性。連續(xù)箱梁墩柱由于受到水平力而造成壓彎破壞，是在連續(xù)箱梁橋梁超重負載作用下出現(xiàn)垮塌和傾覆的直接原因。對于連續(xù)箱梁橋梁橫向的穩(wěn)定性，過去的設(shè)計理念和評測方法較多關(guān)注橋梁上端箱梁抗傾覆性能，忽視了傾覆問題中最關(guān)鍵的因素。設(shè)計人員在設(shè)計和加固中更需要注意橋梁墩柱橫向的剛度和強度。根據(jù)上面的分析，對于連續(xù)箱梁橋梁的加固，需要加大橋墩立柱斷面的面積、增加橋墩墩身的強度。在立柱頂端加設(shè)抗扭支座，增加扭力拉桿的主要作用是加大上端箱梁的扭轉(zhuǎn)剛度，控制連續(xù)箱梁的梁體防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形致使支座損壞，其對橋梁的墩柱橫向穩(wěn)定性，抗扭力支座和扭力拉桿等能夠起到的作用有限，甚至可能起到反面效果。通過對連續(xù)箱梁橋梁出現(xiàn)傾覆和倒塌原因的科學(xué)分析，進行橋梁抗傾覆性和提高穩(wěn)定性的針對性、有效性的設(shè)計和加固，保證橋梁工程的使用安全。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，連續(xù)箱梁橋梁設(shè)計方法和施工工藝都在不斷進步。設(shè)計人員通過對連續(xù)箱梁橋梁的準(zhǔn)確建模,可有效提高連續(xù)箱梁橋梁的抗傾覆性，以保證橋梁使用過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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