獨柱墩連續箱梁橋支座布置形式對穩定性的影響

楊慶嶸　張　癑

(內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古包頭　014010)

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獨柱墩連續箱梁橋支座布置形式對穩定性的影響

楊慶嶸張癑

(內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，內蒙古包頭014010)

摘要:以公路橋梁通用圖為工程背景，通過midas計算出了獨柱墩連續箱梁橋支座反力，并計算了抗傾覆穩定系數，根據支座反力及抗傾覆穩定系數，分析了支座布置形式對連續箱梁橋穩定性的影響，得到了橋梁抗傾覆穩定性隨支座布置形式的變化規律。關鍵詞:連續箱梁橋，獨柱墩，抗傾覆穩定，midas

獨柱墩橋梁由于橋下空間大、整體美觀、易適應地形，因而被廣泛的用于城市立交橋、高速公路匝道橋上。但由于獨柱墩墩頂較窄，使得墩頂支座橫向間距很小，甚至只能采用單支座支承，這種結構在密集車輛偏載作用下，對傾覆穩定性非常不利。本文以公路橋梁通用圖20 m+32 m+20 m連續箱梁橋［1］為例，借助midas civil有限元分析軟件，分析計算不同支座布置形式連續箱梁在不同荷載工況下的橋梁支座反力及其抗傾覆穩定系數，探討其抗傾覆穩定性的變化規律，并對實際工程提出合理的建議。

1　計算模型

計算橋梁橋寬12 m，設計行車道數為3個，橋墩為獨柱墩形式，其上支座為單支座，橋臺支座為雙支座，支座間距為6．5 m，橋梁支座布置形式及跨中截面如圖1，圖2所示。計算程序運用midas civil 2015建立橋梁梁格模型。

圖1　橋梁支座布置形式

圖2　跨中截面

2　計算規范及荷載

現行的公路橋涵規范對抗傾覆穩定性的規定有禁止支座脫空的條款［2］，同時也規定采用整體式斷面的中小跨徑梁橋應進行上部結構抗傾覆驗算［3］。規定彎橋上部結構的抗傾覆穩定系數應滿足下式要求:

其中，γqf為抗傾覆穩定系數;RGi為成橋狀態各個支座的支反力;xi為各個支座到傾覆軸線的垂直距離;μ為沖擊系數;qk為車道荷載中集中荷載;Ω為傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積; Pk為車道荷載中集中荷載;e為橫向加載車道到傾覆軸線垂直距離的最大值。在規范中為了有足夠的安全儲備規定最小抗傾覆穩定系數為2．5，在實際過程中穩定力矩等于抗傾覆穩定力矩(抗傾覆穩定系數為1)時為橋梁傾覆的臨界狀態。本文以上式為計算原則，計算荷載包括恒載、活載以及5 mm基礎不均勻沉降，汽車荷載以最外側車道進行布載，并在以下三種汽車荷載工況的基礎上進行荷載組合。工況一:公路—Ⅰ級車道荷載;工況二: 1．3倍公路—Ⅰ級車道荷載;工況三:3輛55 t重車組成的密集排列車隊(前后車輛車輪間距為7．2 m)。

3　計算結果

3．1不同橋臺支座間距下的支座反力

本文選取曲率半徑分別為50 m，157．5 m，500 m條件下橋臺分別設置6．5 m，6．7 m，6．9 m，7．1 m的支座間距進行對比分析，由于工況三作用下的支座反力與其他工況支座反力相比更加明顯，同時橋臺內側支座會出現負反力情況，所以將工況三下2號、5號支座的支座反力列于表1。

表1　工況三下設置不同支座間距最小支座反力　kN

表2　工況三下設置不同支座預偏心時的最小支座反力　kN

從表1中可以看出橋臺內側2號與5號支座最小支座負反力隨著支座間距的增大在不斷減小，表明橋臺支座間距設置越大，支座越不易發生脫空現象。同時我們也可以看出，支座反力值隨支座間距的變化大致成一種線性關系，表明設置較大的橋臺支座

3．2不同橋墩支座預偏心下的支座反力

設置橋墩支座外側預偏心分別為0 m，0．1 m，0．2 m進行對比分析，在工況三下曲率半徑分別為50 m，157．5 m，500 m的計算結果見表2(由于橋墩支座反力變化幅度很小故不予列出)。

從表2中可以看出在工況三作用下，橋臺內側支座會出現負反力的情況，同時隨著預偏心的增大，2號、5號支座處負反力逐漸減小，1號、6號支座反力也趨于減小，可得出隨著預偏心的增大，支座反力的分布更加均勻，從而使橋臺外側支座解壓，降低支座脫空的可能性［4］。

3．3不同橋臺支座間距下的抗傾覆穩定系數

選取橋臺支座間距分別為6．7 m，6．9 m，7．1 m三種布置形式在三種工況下進行橋梁抗傾覆穩定系數的計算，其在工況三下的結果如表3所示。

表3　工況三下設置不同支座間距的抗傾覆穩定系數

從表3中可以看出隨著橋臺支座間距的增大，抗傾覆穩定系數也是在不斷增大的，表明增大橋臺支座間距有利于主梁的整體抗傾覆穩定性，同時隨曲率半徑的變化，抗傾覆穩定系數是先減小后增大的，當曲率半徑為157．5 m時抗傾覆穩定系數達到最小，此時剛好橋臺外側支座連線與橋墩支座連線共線，主梁自重提供的抗傾覆穩定力矩達到最小，因此此時是主梁抗傾覆穩定性最不利狀態。同時可以看出在工況三下，出現抗傾覆穩定系數小于2．5的情況，不符合規范要求。在工況三下曲率半徑為50 m設置6．7 m橋臺支座間距時的支座處已經出現負反力，表明支座已經發生脫空，但計算的抗傾覆穩定系數要遠大于2．5，這種情況表明僅靠支座脫空并不能判斷主梁的整體抗傾覆穩定性，支座脫空并不能反映出主梁整體傾覆。具體抗傾覆穩定系數變化曲線如圖3所示。從圖3中可得到曲率半徑為157．5 m時抗傾覆穩定系數達到最小，同時曲率半徑小于157．5 m時其變化曲線較陡，而曲率半徑大于157．5 m時變化曲線較緩，表明曲率半徑小于157．5 m時主梁的抗傾覆穩定性對曲率半徑的改變敏感，而曲率半徑大于157．5 m時主梁的抗傾覆穩定性對曲率半徑的改變較遲緩。

3．4不同橋墩支座預偏心下的抗傾覆穩定性系數

在三種工況下選取橋墩支座外側預偏心分別為0 m，0．1 m，0．2 m進行計算，其在工況三下的計算結果如表4所示。

圖3　工況三下不同支座間距抗傾覆穩定系數

表4　工況三下不同支座預偏心抗傾覆穩定系數

從表4中可以看出隨著橋墩支座預偏心的增大抗傾覆穩定系數也相應增大，表明適當增加橋墩支座預偏心有助于提高橋梁的整體抗傾覆穩定性。同時隨支座預偏心的增大主梁的抗傾覆穩定系數的增大幅度比較明顯，表明增大支座預偏心是一種提高主梁整體抗傾覆穩定性的有效方法。

4　結語

本文通過橋梁在不同支座布置形式下對最小支座反力及抗傾覆穩定系數的分析得到如下結論:

1)僅靠支座脫空并不能判斷主梁會發生整體傾覆。2)對于三跨連續梁橋當橋臺外側支座連線與橋墩支座連線處于共線狀態時為主梁整體抗傾覆穩定性最不利狀態。3)在實際工程中為提高主梁的整體抗傾覆穩定性可以通過增大支座間距和增大支座預偏心的方式來達到效果。同時增大支座間距和支座預偏心也會使主梁支座反力分布更加均勻。4)該橋在3輛55 t車輛組作用下，支座出現負反力，同時抗傾覆穩定系數也出現小于2．5的情況，不滿足規范要求，因此密集排列車輛對橋梁抗傾覆穩定性很不利。所以在橋梁使用過程中應該進行限載和禁止重車外側行駛，并對運營中的獨柱墩橋梁加強檢測和動態觀察。

參考文獻:

［1］ 交通部專家委員會．公路橋涵通用圖［M］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范［S］．

［3］JTG D62—2012，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(討論稿)［S］．

［4］張健，肖文杰．獨柱墩橋梁抗傾覆穩定性分析［J］．公路工程，2013(8):170-173．

中圖分類號:U448．213

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0164-02

收稿日期:2016-04-07

作者簡介:楊慶嶸(1990-)，男，在讀碩士;張癑(1968-)，男，碩士，副教授間距能使支座反力分布更加均勻。

The reasearch of single column pier continuous box-girder bridge stability against overturning when set different seat form

Yang QingrongZhang Yue
(Architecture and Civil Engineering School，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China)

Abstract:Regarding Highway Bridge General Atlas as engineering background，calculated the bearing reaction of single column pier continuous box-girder bridge through program midas and further calculate anti-overturning stability coefficient，analyzed the influence of setting different seat form to the stability of continuous box-girder bridge according to the bearing reaction and the anti-overturning stability coefficient，got the change regulation of the bridge’s stability against overturning following set different seat form．

Key words:continuous box-girder bridge，single column pier，stability against overturning，midas