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

當前我國的道路橋梁設計和施工中連續(xù)箱梁橋技術得到了廣泛的應用。在預應力橋梁中連續(xù)箱梁橋是其主要的設計方式。連續(xù)箱梁橋具有整體穩(wěn)定性好，橋體結構剛度較大，使用過程中產生的形變較小，對地震或其他自然災害的抗擊能力較強。連續(xù)箱梁路橋在當前的施工中施工技術較為成熟，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的暢通性，在當前的公路和鐵路橋梁施工中得到了技術人員的廣泛青睞。上世紀50年代中期我國開始自主設計和建設預應力混凝土橋梁，其技術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、建設材料和施工工藝都有了較大的突破。當前連續(xù)箱梁路橋的施工機械設備和設計理念都有了快速的發(fā)展。通過與信息科學的結合能夠很好地進行連續(xù)箱梁設計和施工的結構分析和實驗研究，有效保證連續(xù)橋梁設計和施工的科學性和穩(wěn)定性。連續(xù)箱梁路橋的箱型截面能夠適應多種施工條件和自然環(huán)境，特別是當前應用較多的預應力混凝土連續(xù)路橋和寬度變化的橋梁。連續(xù)箱梁橋的箱梁能夠適應抗扭剛度較大的設計，并且其預應力數值較低，后期使用過程中變形較小。連續(xù)橋梁箱梁截面根據其設計不同可以分為單箱結構和多箱結構，單箱結構又可分為單箱單室和單箱雙室、多室。在早期的連續(xù)橋梁施工中應用較多的是矩形箱，后來經過改進和發(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較多，施工人員在進行項目的施工中需要根據工程所處的自然環(huán)境和交通設計流量采用合適的施工方法，保證工程項目科學、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)箱梁橋梁建設項目越來越多，施工技術亦越來越成熟。連續(xù)箱梁橋梁設計和施工中橋梁結構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)為了片面追求經濟效益，忽視了連續(xù)箱梁橋梁抗傾覆性和穩(wěn)定性的設計，導致后期大橋在使用過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，極大的影響了當地交通運輸的發(fā)展和交通通行的安全。當前我國經濟發(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)箱梁路橋的結構穩(wěn)定性和抗傾覆性研究至關重要。橋梁設計人員在進行連續(xù)箱梁橋梁設計時充分重視箱梁的抗彎能力、抗裂性能和抗剪強度。在結構設計中對這些技術規(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)定性缺乏關注和考慮，不了解連續(xù)箱梁的結構空間特性，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)定性設計的指標，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計，這些設計階段的瑕疵會導致連續(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。因此科學地進行連續(xù)箱梁橋梁的穩(wěn)定性和抗傾覆性設計對大橋的安全性影響是至關重要的。

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數據的分析，可以得出事故發(fā)生橋梁具有相當部分的共性。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計內力以豎向軸力為主，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構構件的脫落，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準的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支座的實際情況來進行設置。連續(xù)箱梁橋梁的荷載組為自身重量、恒定負載、預應力、活性負載在乘以相關的超載系數進行計算。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學建模，能夠科學地對連續(xù)箱梁橋梁的抗傾覆性穩(wěn)定性進行定性的分析。當連續(xù)箱梁橋梁的橋墩抗壓性能較差或箱梁的扭轉力矩較小時，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。在數據分析中對連續(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)生破壞與橋梁結構及載荷分布密切相關。橋梁的墩柱由于受到水平推力作用產生壓彎破壞，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)時當車輛僅以單側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。科學合理地進行連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性設計和計算，能夠得出梁橋主要的設計技術規(guī)范和數據，技術人員經過分析能夠得出結果，進行連續(xù)箱梁橋抗傾覆和穩(wěn)定性的設計和施工。結合建模分析，技術人員和設計施工人員根據以上三種驗算情況可以確定較為科學和完善的橋梁橫向穩(wěn)定性評價指標體系，進行連續(xù)箱梁橋的設計，并能夠以此制定科學的施工方案，有針對性的施工，提高工程的施工質量和效率，見表1。

表1 梁橋穩(wěn)定性指標評價

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、底座反向作用力當做連續(xù)箱梁穩(wěn)定性評價標準。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)箱梁的橋梁結構是否會發(fā)生垮塌的指標。出現(xiàn)概率較高的事故情況1和情況2，技術人員需要保證橋梁結構的強度以及正常功能，故需要進行全面的科學指標進行評價；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)箱梁橋梁的結構不出現(xiàn)垮塌，以方便后期的養(yǎng)護修復。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，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構體系有關。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、下端橋梁結構的整體設計以保證其穩(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，過去的設計理念和評測方法較多關注橋梁上端箱梁抗傾覆性能，忽視了傾覆問題中最關鍵的因素。設計人員在設計和加固中更需要注意橋梁墩柱橫向的剛度和強度。根據上面的分析，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剛度，控制連續(xù)箱梁的梁體防止出現(xiàn)扭轉變形致使支座損壞，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、有效性的設計和加固，保證橋梁工程的使用安全。

3 結語

隨著科學技術的快速發(fā)展，連續(xù)箱梁橋梁設計方法和施工工藝都在不斷進步。設計人員通過對連續(xù)箱梁橋梁的準確建模,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構的穩(wěn)定性。

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