某獨柱墩橋梁偏載作用下抗傾覆驗算

褚莉花

（湖州市公路與運輸管理中心，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

某獨柱墩連續箱梁橋橋跨組合為17 m+2×20 m+17 m，橋長74 m。 上部結構采用等截面單箱單室連續箱梁，箱梁全梁段等高，梁高為130 cm，頂寬為8 m，底寬為5 m，懸臂長度為1.3 m。 箱梁施工采用支架現澆施工，箱梁、橋面鋪裝采用30#混凝土。 下部結構：橋墩采用獨柱墩，全橋不設固定支座，橋墩采用P2-2X-500 t 盆式支座，每墩一個，橋臺采用板式支座，每臺兩塊，支座橫向間距為4.4 m。

2 有限元模型建立

本文抗傾覆驗算按支座豎向正常有效支承為計算基礎，橋梁處于良好使用中，無發生支座失效、損壞，橋墩未發生位移變化，且結構安全可靠。 采用MIDAS/Civil 有限元分析軟件進行該橋模型建立，結構模型如圖1 所示，該橋的支座布置形式如圖2 所示，模型建立過程中材料性能參考如下規范取值。

圖1 結構有限元模型

圖2 支座示意圖

2.1 恒載

1）結構重力：混凝土重度按26 kN/m3計算。

2）二期恒載：混凝土鋪裝層重量取21.46 kN/m 計算，一側防撞護欄等效荷載按4.55 kN/m 計算。

2.2 活載

本橋現澆箱梁為直線橋， 按左側偏載移動荷載工況來驗算支座反力及其抗傾覆穩定系數。

車道荷載采用公路Ⅱ級，按JTG D60—2015《公路橋涵設計通用規范》布置兩車道，計算車道橫向、縱向折減系數和沖擊系數。

2.3 收縮徐變

考慮10 年收縮徐變。

2.4 溫度梯度荷載

參照JTG D60—2015 《公路橋涵設計通用規范》表4.3.12-3 的規定，本橋橋面鋪裝為水泥混凝土，橋面板最高溫度T1取25 ℃，T2取6.7 ℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

2.5 支座沉降

各支座考慮5 mm 沉降。

3 橫橋向抗傾覆性能驗算

按照JTG 3362—2018 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》進行驗算。

1）首先，計算橋梁結構在成橋狀態下的恒載支反力和汽車荷載作用下的最小支反力， 然后計算上述各荷載基本組合下的支座反力，判斷單向受壓支座是否保持受壓狀態。

2）計算標準組合下箱梁抗傾覆穩定系數：

式（1）～式（3）中，kqf為橫橋向抗傾覆穩定性系數，取kqf=2.5；ΣSbk,i為使上部結構穩定的效應設計值；ΣSsk,i為使上部結構失穩的效應設計值；ΣRGKi為在永久作用下，第i個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計算確定，按標準值組合取值；ΣRQKi為在可變作用下，第i個橋墩處失效支座的支反力，按全部支座有效的支承體系計算確定，按標準值組合取值，汽車荷載效應（考慮沖擊）按各失效支座對應的最不利布置形式取值；li為理論跨徑。

3.1 基本組合下支座反力驗算

基本組合作用下，橋梁各支座反力最小值如圖3 所示，最小反力驗算結果如表1 所示。

表1 基本組合下支座反力最小值驗算結果 kN

圖3 基本組合作用下各支座反力最小值（單位：kN）

3.2 標準組合下橫向抗傾覆穩定性系數驗算

根據上述計算結果可知，左側偏載作用時0#、4#橋臺內支點（0-1、4-1）為失效支座，按作用標準值進行組合，由失效支座計算法所得的結果如表2 所示。

表2 標準組合下橫向抗傾覆穩定性系數驗算結果

4 主要結論與建議

通過對該橋進行橫橋向抗傾覆性能驗算，在基本組合下，該橋邊支座出現脫空現象，特征狀態1 驗算不滿足規范要求；該橋在標準組合下， 失效支座的抗傾覆穩定系數最小為1.34＜2.5，特征狀態2 驗算不滿足規范要求。 依據《公路危舊橋梁排查和改造技術要求》（交辦公路函[2021]321 號）附錄C中C.3 安全評估的相關要求，本橋存在連續3 個獨柱橋墩，安全評估結果為“較大安全風險”。

該橋在偏載作用下存在傾覆的可能性， 為了避免發生支座脫空現象導致側傾，提高橋梁的抗傾覆能力，筆者提出以下建議。

1）從前述結構分析上看，該獨柱墩橋梁不滿足現行公路橋梁設計規范中的車道荷載的抗傾覆性能要求， 現階段交通量未達到設計荷載水平， 但隨著交通量的增長和超載車輛的增多，給該獨柱墩橋梁的安全性帶來極大的隱患，因此，應該加強該獨柱墩橋梁的檢測及動態觀察，制定有效的養護措施，確保其能夠安全運行。

2）針對該連續箱梁橋連續處獨墩單支座抗扭能力最為薄弱的情形，可對該獨柱墩橋梁進行必要的改造加固，增強梁體整體應對不利傾覆荷載的能力。

3）該橋管養部門應切實加強對橋梁使用的管理，杜絕超重車輛上橋行駛， 一旦發現應及時堵停卸貨或由有資質的單位做特載車輛單獨驗算、制定專門的通行方案，切不可僥幸盲目上橋。