獨柱墩連續彎箱梁橋抗傾覆穩定性模擬分析

■楊慶嶸 張玥（內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，包頭014010）

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獨柱墩連續彎箱梁橋抗傾覆穩定性模擬分析

■楊慶嶸 張玥
（內蒙古科技大學建筑與土木工程學院，包頭014010）

獨柱墩連續彎箱梁橋憑借自身優點被橋梁工程廣泛應用，但其在偏心偶然超載作用下，很容易發生失穩現象。本文以（20+32+20）m混凝土連續箱梁為實例，介紹了連續彎箱梁橋的特點，并利用相關軟件模擬半徑和支座布置對獨柱墩連續彎箱梁橋穩定性的影響作用，為同類工程設計提供必要的技術參考。

獨柱墩連續彎箱梁橋穩定性模擬分析

0引言

獨柱墩橋梁由于具有結構輕巧、易適應地形、整體結構美觀等優點，被廣泛應用于城市立交橋、城市高架橋以及匝道橋上。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，這種結構在汽車超重偏載作用下，對傾覆穩定性非常不利。同時由于曲線梁橋受曲率的影響產生了扭矩，梁體結構發生彎扭組合變形，且截面還伴隨有的翹曲和畸變。隨著曲線梁橋傾覆事故的出現，使得社會各界對它的橫向抗傾覆穩定性能給予極大的關注和重視。

1連續彎箱梁橋的受力特點

彎箱梁橋的主體結構為頂板、腹板、底板和加勁肋等，根據承重結構的不同又分為簡支梁橋和連續梁橋。其中簡支梁橋屬于靜定結構，各跨單獨受力；而連續梁橋為超靜定結構，具有結構剛度大、變形小等優點，因而被更廣泛的應用。此外，連續彎箱梁橋在受力時有如下特點：

（1）主梁對彎曲和扭轉有較大的抵抗力，而且由于主要結構上下面有著相似結構，使橋梁能夠承受相近的正負彎矩作用；

（2）連續箱梁在受力時各跨會分擔載荷，會大大減小橋主梁畸變的產生，從而保證橋梁的穩定性；

（3）當連續箱梁產生縱向彎曲時，由于縱向彎曲載荷作用而出現“剪力滯”現象，由此看出連續箱梁橋剪切變形分布具有較明顯的不均勻性。

2工程概況

某聯混凝土續箱梁的孔徑布置為（20+32+20）m；橋面寬度為2×0.5m（防撞墻）+凈11.0m；橋面鋪裝為10cm厚C50混凝土；支座布置為獨柱墩，設單支座，橋臺設雙支座，橫向間距6.5m；主梁構造為C50混凝土，單箱雙室截面，跨中截面尺寸如圖1所示。

圖1　跨中截面尺寸（單位：cm）

3獨柱墩連續彎箱梁橋抗傾覆穩定性模擬分析

3.1模型的建立

本文運用midas梁格法建模助手建立彎橋模型，支座單元上部節點與主梁采用剛性連接，支座單元上下節點采用彈性連接，輸入剛度模擬實際板式橡膠支座，其具體參數如下表1所示。支座單元局部坐標及支座布置形式分別見下圖2和圖3所示。

表1　板式橡膠支座具體剛度

圖2　支座單元局部坐標

圖3　支座布置形式

3.2半徑對支座轉角的影響模擬分析

為對支座轉角進行對比分析，分別設立如下三種工況：工況1，公路-I級車道荷載；工況2，1.3倍公路-I級車道荷載；工況3，55t車輛組成的3輛密集排列車隊，車隊縱向相鄰車輛前后軸的間距為3.2m。橋墩支座轉角是在荷載組合：支座沉降+恒荷載+徐變二次+收縮二次+車輛下取得最小值。橋梁半徑分別設立50m、100m、150m、 157.5m、165m、200m、300m、500m、800m。

在此采用橋墩支座處轉角來分析橋梁半徑對支座轉角的影響。在三種工況下靠近車輛駛入主梁方向的3號橋墩支座轉角和遠離車輛駛入主梁方向的4號橋墩支座轉角變化曲線如下圖4所示。

根據圖4可知，3號與4號支座的半徑越大，其轉角越小。而橋墩支座轉角越大，橋臺內外側支座反力越不均勻，支座也越容易脫空，這在橋梁使用過程中是不允許發生的。工況三作用下橋墩支座處轉角要明顯大于其他工況，其支座越易發生脫空。可見重載車隊作用于橋梁外側車道是獨柱墩箱梁發生傾覆的直接原因。

3.3支座布置對橋墩支座轉角的影響模擬分析

3.3.1橋臺支座間距對橋墩支座轉角的影響

對于獨柱墩橋梁來說，改變支座布置形式是提高其抗傾覆穩定性的重要途徑。在此通過設置不同橋臺支座間距來模擬其對橋墩支座轉角的影響，間距分別設置為6.5m、6.7m、6.9m、7.1m，模擬結果（部分）如下表2所示。

圖4　橋墩支座轉角變化曲線

由表2可知：增大支座間距，橋墩處的支座轉角總體是減小的，有利于橋臺支座反力分布均勻，降低支座脫空的可能性，增大獨柱墩彎梁橋的抗傾覆穩定性。但其趨勢并不明顯。

3.3.2不同橋墩支座外側預偏心對橋墩支座轉角的影響

分別設置橋墩外側偏距分別0.1m、0.2m的梁格模型，計算橋墩處支座轉角變化情況（部分）如下表3所示。

表2　不同支座間距下橋墩支座轉角變化（部分）

表3　不同橋墩支座外側預偏心對橋墩支座轉角的影響（部分）

由表3可知：設置橋墩外側支座預偏心可以有效減少橋墩支座轉角，支座預偏心設置越大，橋墩支座轉角減小越多，這也表明橋臺支座反力分布會越均勻，有利于支座的穩定。設置0.2m橋墩支座預偏心與設置0.1m橋墩支座預偏心相比，其橋墩支座轉角平均提高20%，因此得出設置橋墩預偏心是降低橋墩支座轉角的有效方法。

4結束語

本章通過對板式橡膠支座的抗傾覆穩定性模擬分析，得出以下結論：（1）雖然增大橋臺支座間距會使橋墩支座轉角減小，但其效果并不明顯；（2）增大橋墩支座預偏心可以有效減小橋墩支座轉角，且設置0.2m預偏心的轉角要比0.1m預偏心平均減小20%左右。因此，設置預偏心是當前提高獨柱墩連續彎箱梁橋抗傾覆穩定性的重要途徑。

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