公路獨柱墩橋梁抗傾覆穩(wěn)定性影響因素分析

文 / 玉環(huán)市公路與運輸管理中心 徐巍

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，全國基礎(chǔ)性建設(shè)也得到了不斷的完善，但隨著重型車輛的大量出現(xiàn)及交通量的迅猛增長，對公路橋梁的影響越來越嚴峻。預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在我國城市互通立交匝道上被廣泛應(yīng)用。

近年來，頻繁出現(xiàn)獨柱墩橋梁的橫向失穩(wěn)傾覆事故，造成多起人員傷亡，對經(jīng)濟造成較大損失。而另一種情況是，由于嚴重超載作用及超載車輛靠一邊行駛，橋梁受偏心荷載作用，導致主梁側(cè)翻至橋底，而側(cè)翻時結(jié)構(gòu)整體性基本完好。事實上，這是一個關(guān)于預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁應(yīng)用的課題。

目前，國內(nèi)外已有大量學者對預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的抗傾覆影響因素和破壞機理進行了深入研究。陳彥江等以小半徑曲線梁橋為工程依托，對不同橋梁參數(shù)對抗傾覆能力的影響進行對比分析。

曹景等分別以直線橋和曲線梁橋為工程依托，推導得出兩種橋梁的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的計算公式。熊文等以實際工程破壞實例為工程依托，對獨柱墩橋梁的傾覆機理進行深入研究，并對其安全性進行了評價。但是，目前對預應(yīng)力混凝土梁橋在多種因素影響下的橋梁抗傾覆驗算研究較少。

因此，本文以某三跨預應(yīng)力混凝土梁橋為工程依托，采用進行有限元分析，以支座沉降、橫向偏位、豎向溫度梯度及二維溫度梯度為變量，對橋梁抗傾覆驗算的影響進行深入研究。

工程簡介

某立交橋上部結(jié)構(gòu)采用跨徑組成為25+30+25m的預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，0、3號臺采用樁柱式橋臺，1、2號墩均采用樁柱式橋墩，其中1、2號墩均為獨柱墩。設(shè)計荷載為公路-II級。橋梁正面照如圖1所示。

采用Midas/civil對該三跨連續(xù)箱梁進行有限元建模，主粱采用梁單元進行模擬，不考慮箱梁橫坡，支座與主粱間采用剛性連接，邊界條件同實際支座滑動方向。有限元模型如圖2所示。

基礎(chǔ)變位的影響

豎向沉降

以支座沉降為變量，僅考慮支座沉降對獨柱墩抗傾覆驗算下的狀態(tài)1和狀態(tài)2的影響。本例以各個支座下沉10mm為參數(shù)，對該3跨連續(xù)梁進行獨柱墩驗算，同時對未考慮基礎(chǔ)變位和溫度梯度影響下進行獨柱墩驗算。

橫向偏心

以橫向偏心為變量，僅考慮橫向偏心對獨柱墩抗傾覆驗算下的狀態(tài)1和狀態(tài)2的影響。本例以中間墩柱墩橫向偏心50cm為參數(shù)，對該類橋梁進行獨柱墩驗算。未考慮基礎(chǔ)變位和溫度梯度影響下、僅考慮豎向沉降影響及僅考慮橫向偏心影響下的驗算結(jié)果見表1。

由表1可得，僅在支座沉降影響下進行抗傾覆驗算時，狀態(tài)1橋臺支座反力影響較大，但狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)基本不變。因此，支座沉降對狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)影響較小。僅在橫向偏心影響下進行抗傾覆驗算時，狀態(tài)1和狀態(tài)2基本不變。因此，橫向偏位對該類橋梁抗傾覆影響較小。

溫度梯度的影響

豎向溫度梯度

以豎向溫度梯度為變量，僅考慮豎向溫度梯度對獨柱墩抗傾覆驗算下的狀態(tài)1和狀態(tài)2的影響。本例以主梁考慮豎向溫度梯度為參數(shù)，對該類橋梁進行獨柱墩驗算。

二維溫度梯度的影響

以二維溫度梯度為變量，僅考慮二維溫度梯度對獨柱墩抗傾覆驗算下的狀態(tài)1和狀態(tài)2的影響。本例以主梁考慮二維溫度梯度為參數(shù)，對該類橋梁進行獨柱墩驗算。僅考慮豎向溫度梯度與僅考慮二維溫度梯度影響下的驗算結(jié)果見表2。

由表1和2可得，僅在豎向溫度梯度影響下進行抗傾覆驗算時，狀態(tài)1支座反力和狀態(tài)2均發(fā)生了變化。因此，豎向溫度梯度對該類橋梁抗傾覆影響較大。僅在二維溫度梯度影響下進行抗傾覆驗算時，狀態(tài)1和狀態(tài)2均發(fā)生較大變化。因此，二維溫度梯度對該類橋梁抗傾覆影響較大。

結(jié)論

本文以某三跨預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為工程依托，對該類橋梁在支座沉降、橫向偏心、豎向梯度溫度及二維溫度梯度影響下的抗傾覆驗算進行深入研究。得出以下結(jié)論：

（1）僅考慮支座沉降的影響，對抗傾覆驗算時狀態(tài)1支座反力的影響較大，對狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)影響較小；僅考慮橫向偏心的影響，抗傾覆驗算時的狀態(tài)1支座反力及狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)基本不變，影響較小。

（2）僅考慮豎向溫度梯度的影響，對抗傾覆驗算時的狀態(tài)1支座反力和狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)的影響較大；僅考慮二維溫度梯度的影響，抗傾覆驗算時的狀態(tài)1支座反力和狀態(tài)2抗傾覆系數(shù)均發(fā)生了較大變化，影響較大。