支承布置對(duì)連續(xù)箱梁抗傾覆穩(wěn)定性的影響研究

包孔波 鄭大偉

摘 要：通過分析比較不同支承形式的連續(xù)箱梁的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，研究更加合理的支承方式，以供橋梁設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：支承；連續(xù)箱梁；抗傾覆穩(wěn)定

在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁是常用的上部結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是抗扭強(qiáng)度大，適應(yīng)性強(qiáng)，在城市高架橋、互通立交橋中廣泛應(yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中對(duì)上部箱梁的抗彎、抗剪、抗裂性能等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較注重，在滿足規(guī)范的前提下會(huì)考慮一定的富余度，但對(duì)箱梁的的橫向穩(wěn)定性缺乏必要的重視。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通量不斷增大，超載現(xiàn)象也不斷出現(xiàn)。近幾年，超重車輛的偏載導(dǎo)致國內(nèi)發(fā)生了多起箱梁橫向傾覆倒塌事故，因此箱梁的抗傾覆的計(jì)算及研究已成為橋梁設(shè)計(jì)中不可忽視的問題。

1 問題的提出

通過近幾年發(fā)生箱梁橫向傾覆事故分析，發(fā)生傾覆的橋梁有以獨(dú)柱墩橋梁居多，所以如何通過合理布置支承形式來保證箱梁橫向的穩(wěn)定性，降低箱梁在偏載作用下發(fā)生傾覆的幾率，成為橋梁設(shè)計(jì)人員必須重視的問題。

在現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）和《公路鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）中，均未對(duì)箱梁的抗傾覆性做出明確規(guī)定。在橋梁設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員主要核算支座反力，檢驗(yàn)支座是否出現(xiàn)了負(fù)反力即支座是否脫空，但是簡單的把支座脫空作為評(píng)價(jià)橋梁橫向穩(wěn)定性的唯一指標(biāo)是不合理的。

目前，《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（2012年，征求意見稿）中增加了橋梁抗傾覆性的規(guī)定，該規(guī)定不僅考慮了支座脫空問題，還對(duì)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)給出了具體計(jì)算方法及要求。具體條文如下。

采用整體式斷面的中小跨徑梁橋應(yīng)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算，上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)滿足下式要求：

式中： γqt-抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；Ssk-使上部結(jié)構(gòu)傾覆的汽車荷載（含沖擊作用）標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；Sbk-使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值組合

在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合（汽車荷載考慮沖擊作用）下，單向受壓支座不應(yīng)處于脫空狀態(tài)。

本文通過具體工程案例，計(jì)算不同支承情況下支座反力及抗傾覆系數(shù)，通過分析計(jì)算結(jié)果，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中合理選擇支承提供參考。

2 模型分析

2.1 模型概況

以某高架出入口匝道橋中的一聯(lián)為例進(jìn)行分析，橋梁跨徑3-30m，上部采用等高度預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，單箱單室斜腹板斷面。上部箱梁梁高1.6m，頂板寬8.5m，底板寬3.9m，兩側(cè)懸臂長2.0m，橋梁位于R=300m的圓曲線上，橋梁設(shè)計(jì)荷載公路—Ⅰ級(jí)。

邊墩支承形式均采用雙支座，間距2.4m，中墩支座按照以下四種形式組合布置：

支承布置類型Ⅰ：均采用單支座，支座設(shè)偏心距0.15m。支承布置類型Ⅱ：一個(gè)中墩采用墩梁固結(jié)，另一個(gè)中墩采用單支座，兩墩均設(shè)偏心距0.15m。支承布置類型Ⅲ：一個(gè)中墩采用墩梁固結(jié)，設(shè)偏心0.15m，另一個(gè)中墩采用雙支座，支座間距2.4m。支承布置類型Ⅳ：中墩均采用雙支座，支座間距2.4m。

2.2 模型計(jì)算參數(shù)及程序

2.2.1 設(shè)計(jì)荷載：汽車荷載等級(jí)采用公路—Ⅰ級(jí)，計(jì)入車道橫向折減、沖擊力、離心力等影響，計(jì)算時(shí)也考慮溫度力、收縮、徐變、預(yù)應(yīng)力、支座不均勻沉降等因素。

2.2.2 荷載組合：荷載按照作用標(biāo)準(zhǔn)值組合，汽車荷載考慮沖擊系數(shù)，對(duì)于彎橋，在汽車荷載加載時(shí)，考慮外側(cè)加載與內(nèi)側(cè)加載，取最不利位置加載計(jì)算結(jié)果。

2.2.3 計(jì)算程序：上部結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用MIDAS 2012進(jìn)行計(jì)算，采用空間梁計(jì)算模型，橫梁按照剛臂進(jìn)行模擬。

2.3 模型計(jì)算結(jié)果

通過 midas civil建立計(jì)算模型，分別計(jì)算四種類型支承情況下的支座反力，按照規(guī)范給出的計(jì)算方法確定抗傾覆軸線，然后求出抗傾覆系數(shù)。

通過計(jì)算，各類型支承條件下支座反力及抗傾覆系數(shù)結(jié)果如表2所示：

2.4 模型結(jié)果分析

通過計(jì)算顯示，所有的支承類型情況下，邊墩均未出現(xiàn)負(fù)反力即不會(huì)出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，類型Ⅰ的最小支反力最小，安全富余度也最小，支承類型Ⅲ、Ⅳ的最小支反力最大，安全富余度最高。通過計(jì)算結(jié)果比較抗傾覆系數(shù)γqt，類型Ⅲ>類型Ⅳ>類型Ⅱ>類型Ⅰ，選擇支承類型Ⅲ、支承類型Ⅳ的安全富余度比較高。

3 結(jié)束語

連續(xù)箱梁的橫向穩(wěn)定性與眾多因素相關(guān)，除了與橋梁的荷載大小、主梁線性、橋跨布置、箱梁及橋墩的剛度與強(qiáng)度等諸多因素有關(guān)外，橋梁的支承布置形式是影響連續(xù)箱梁橫向穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文通過對(duì)不同支承類型的連續(xù)箱梁穩(wěn)定性分析與探討，形成以下結(jié)論，希望同行探討。

3.1 通過以上分析比較各種不同支承類型下的支反力及抗傾覆系數(shù)，可以看出獨(dú)柱墩支承的抗傾覆能力較弱，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免。

3.2 由于獨(dú)柱墩可以改善橋下視野，節(jié)省造價(jià)，在城市立交的匝道橋中廣泛使用，若在條件受限的情況下只能使用獨(dú)柱墩時(shí)，在獨(dú)柱墩較高的情況下，可以采用墩梁固結(jié)的構(gòu)造，充分利用橋墩的柔性來適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的變形要求。

3.3 本文僅對(duì)曲線橋進(jìn)行了計(jì)算，而直線橋的橫向穩(wěn)定性比曲線橋更差，故對(duì)于直線橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視橫向穩(wěn)定性的計(jì)算與分析，確保橋梁安全。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：包孔波（1980，10-），男，江蘇蘇州，工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：公路橋梁。