公路橋梁橫向穩定性探討

(中交路橋技術有限公司，北京 100029)

1 概述

在公路設計中，由于橋下凈空限制、連接線設置要求等因素，不得已設置了各類位于小半徑曲線上的橋梁，這些橋梁有連續梁，也有簡支梁;同時，出于美觀及橋下空間的限制，獨柱墩在連續梁中廣泛使用，這導致了梁底支座橫向間距偏小，不利于結構橫向抗傾覆穩定。

近些年，陸續發生了多起橋梁側翻事故。2010年11月26日，位于南京市雨花臺區小行地鐵站附近，城市快速內環西線南延工程(緯八路—繞城公路)四標段在B17～B18進行鋼箱梁防撞墻施工時，鋼箱梁發生傾覆;2011年2月24日，天津外環線中石油橋，在賓悅橋和凌賓路一側匝道的拐彎處發生側翻。

施工期間橋梁側翻多是由于對橋梁橫向穩定考慮不全，施工順序不當引起;而運營階段的橋梁傾覆則多是由超重車輛引起。本文就橋梁橫向穩定性的計算方法及其預防措施進行分析。

2 現行公路規范對橋梁橫向穩定的規定

現行JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范第9．7．4條中規定:在板橋的同一塊板的多個支座中，不得有支座脫空。可見:在公路設計規范中，并沒有對橋梁的橫向穩定問題給出明確的規定，只是要求受壓支座不得脫空。

TB 0002．3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范中規定:在計算荷載的最不利組合作用下，橋跨結構的橫向穩定系數不應小于1．3;而JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎設計規范對于墩臺結構抗傾覆的穩定系數規定為:在永久作用(不計混凝土收縮及徐變、浮力)和汽車、人群的標準值效應組合下，其抗傾覆穩定性系數不得小于1．5。

同鐵路橋梁相比，公路橋梁有以下特點:

1)鐵路橋梁上車道少，車道位置固定;而公路橋梁車道數多，在交通擁堵時，橋梁上將聚集比設計荷載更多的車輛，偏載情況嚴重。

2)公路橋梁自重比鐵路橋梁低，對抗傾覆更加不利。3)公路橋梁由于景觀及橋下空間的限制，獨柱墩較多，且墩頂支座橫向間距小。

綜合考慮以上因素，參考《公路橋涵地基與基礎設計規范》對結構抗傾覆穩定性的要求，本文認為將橋梁橫向穩定系數取為1．5是合適的。

3 橫向穩定性計算方法

在橋梁傾覆時，橋梁可以看作一個整體在運動。在臨界狀態，其最內側支座呈脫空的狀態，因此可以認為其旋轉軸是兩個橋臺最外側支座的連線，其抵抗力矩為恒載作用下的支座反力對旋轉軸的力矩，傾覆力矩為橋梁上引起傾覆的活載對旋轉軸的力矩。

因此，橋梁橫向穩定性系數可以取為恒載的抵抗力矩及活載作用下的傾覆力矩的比值。

如圖1所示，位于某曲線上的簡支梁橋，在0號，3號橋臺處設置兩個橫向支座，在1號，2號橋墩處設置受壓支座。在傾覆時，橋梁整體將沿支座2，6的連線發生剛體旋轉。因此可將支座2，6的連線視為傾覆軸，恒載作用下傾覆旋轉軸內側支座1，3，4，5對傾覆軸產生的力矩視為抗傾覆力矩，活載對傾覆軸產生的力矩為傾覆力矩，其比值可以作為橋梁的橫向穩定性系數。

4 工程實例

4．1 工程概況

本工程實例為單跨37．547 m的簡支鋼混凝土組合箱梁，按兩車道設計，設計荷載為:公路—Ⅰ級，橋梁標準橫斷面如圖2所示。

當地交通量大，超載車輛多，根據業主要求，驗算抗傾覆的汽車荷載采用如下:汽車采用規范55 t重車，全橋按5 m間距滿布重車荷載。

圖1 橋梁橫向穩定性計算示意圖

圖2 橋梁橫斷面示意圖（單位：cm）

4．2 橋梁橫向穩定性計算

1)恒載抗傾力矩計算。

由圖3可以看出，在傾覆時，最內側支座3，4呈脫空狀態，箱梁繞支座1，2的連線為軸傾覆。在恒載作用下支座3，4的反力可以作為抵抗傾覆的力矩。其抗傾力矩計算如表1所示。

表1 抗傾力矩計算表

2)傾覆力矩計算。

如圖3所示，按規范規定進行橫向布置時，其內側車道作用點已經位于傾覆線內側，對抵抗傾覆是有利的，因此不考慮其影響，只考慮外側車道布載工況。其傾覆力矩如表2所示。

3)橋梁橫向抗傾覆穩定性系數。

橋梁橫向抗傾覆穩定性系數為抗傾力矩與傾覆力矩的比值:2 487．1/2 112．2=1．18。

5 加固方案

增大橋梁橫向穩定性，可以從增大橋梁的抗傾覆能力及減小活載引起的傾覆力矩兩方面考慮;對于不滿足傾覆穩定性要求的曲線橋梁，目前主要有以下幾種處理方案:

1)在設計階段，適當考慮獨樁墩的位置，使其向曲線外側偏置，使此處支座能夠提供更多的抗傾覆力矩，從而增強橋梁橫向穩定性。

2)通過交通設施，減小重車產生的傾覆力矩，如在橋梁以外范圍內設置阻擋裝置，使超重車輛無法進入橋梁;在曲線橋梁上，使用特殊護欄，使重車不得駛入橋梁外側。

3)通過驗算，在箱梁中進行壓重，通過增大橋梁自重，提高其橫向穩定性。

4)在可能發生脫空的支座處，設置抗拉支座，通過支座的抗拉力來增加橋梁抗傾覆能力。

圖3 活載加載示意圖

表2 傾覆力矩計算表 kN·m

6 結語

1)橋梁橫向穩定性與橋梁的構造、下部支座設置、車輛超載等因素有關，在設計此類橋梁時應慎重考慮，力爭在設計階段消除不安全因素。

2)本文提出的方法通過簡單的有限元計算即可完成，簡便易行，能夠滿足一般設計的精度要求。其原理有待更多工程實例進行驗證。

3)橋梁橫向穩定系數的取值應結合實際交通狀況進一步研究，確定一個較為合理、經濟的系數值。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］．

［2］TB 0002．3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］．

［3］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］．

［4］范立礎．橋梁工程［M］．北京:人民交通出版社，2005．

［5］高 偉，許可賓，劉俊伏．平板橡膠支座上梁體橫向傾覆穩定性的計算特點［J］．鐵道工程學報，2001，12(4):47-49．