單支點支撐橋梁抗傾覆加固設計

李井輝

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

在公路及城市橋梁建設過程中，受地形、地物、下部結構布置、行車視野、美觀等影響個別橋墩往往采用獨柱支撐方式，在這種條件下，與其他形式橋墩相比獨柱墩展現出了明顯的自身優勢，在橋梁建設中得到了廣泛應用。隨著獨柱墩橋梁的大量應用，一些突出問題逐步顯現，近年來國內發生了多起橋梁傾覆事故，給人民生命財產安全造成了損失，同時產生了不良的社會影響。

正式頒布的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)在橋梁抗傾覆計算方面與傳統的“劃定傾覆軸線進行抗傾覆計算”相比調整較大，為此我院對全省范圍內高速公路已建單支點支撐橋梁進行了抗傾覆排查驗算，對不滿足新規范抗傾覆驗算要求的單支點支撐橋梁進行加固設計。

1 單支點支撐橋梁抗傾覆驗算

遼新高速新民東互通式立交G匝道橋，橋梁跨徑布置4×20 m、全寬10 m、總長84.40 m，橋梁平面位于半徑R=220 m的左偏圓曲線上，墩臺徑向布置。上部結構采用單箱雙室的鋼筋混凝土連續箱梁，梁高1.3 m；下部墩臺采用獨柱墩、肋板臺，墩臺基礎為群樁基礎。

橋梁抗傾覆計算軟件選用空間有限元計算程序“橋博4.1”，模型建立時注意考慮以下幾點因素。

(1)箱梁平面線形、支座布置、支座活動方向按施工圖、竣工圖實際位置(本橋獨柱墩相對箱梁中心線外偏10 cm)。

(2)考慮箱梁腹板、箱梁頂底板、鋪裝、護欄長度在橋梁軸線內外側長度差異引起的偏載效應。

(3)考慮支座沉降的影響。驗算結果見表1。

表1 現狀橋梁抗傾覆驗算結果

依據表1結果，橋梁抗傾覆穩定系數及支座脫空驗算均不滿足規范要求，需對該橋進行加固設計。

2 單支點支撐橋梁抗傾覆加固設計

對抗傾覆驗算不滿足JTG 3362-2018要求的單支點支撐橋梁制定了加固設計流程圖，如圖1所示。

圖1 抗傾覆加固設計流程圖

2.1 調查建設條件

搜集橋梁的設計資料并進行現場踏勘，情況如下。

(1)橋梁的上部結構類型、孔跨布置、墩臺形式、獨柱墩個數、橋臺支座布置與設計圖紙一致。

(2)現場底面起伏情況與設計圖紙一致。

(3)橋梁長度、跨徑、橋面寬度、主要構件截面尺寸，測量結果與原設計一致。

(4)橋下凈高、墩臺至橋下構造物的相對距離與圖紙一致。

(5)依據《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)，該橋技術狀況評定等級為2類。

2.2 橋梁加固方案

結合橋梁結構形式及現場調查資料，制定了三種抗傾覆加固方案，各方案示意圖、方案簡介見表2。

表2 橋梁加固方案匯總表

2.3 加固方案計算分析

橋梁抗傾覆加固計算分析軟件選用空間有限元程序“橋博4.1”，模型建立及結果分析時考慮了以下幾點因素。

(1)箱梁平面線形、支座布置、支座活動方向按施工圖、竣工圖實際位置(本橋獨柱墩相對箱梁中心線外偏10 cm)。

(2)考慮箱梁腹板、箱梁頂底板、鋪裝、護欄長度在橋梁軸線內外側長度差異引起的偏載效應。

(3)考慮橡膠支座軸向剛度、墩柱抗彎剛度的影響；本橋模型中橡膠支座剛度取1.05×106KN/m，加蓋梁方案的橡膠支座與墩柱合成的軸向剛度取3.15×105KN/m。

(4)考慮支座沉降的影響。

(5)新增支座不承受恒載引起的支座反力，也不承受活載引起的軸向拉力，僅承受活載軸向壓力。

(6)右傾加載時加固墩處僅考慮右側新增支座與原支座起作用，箱梁的扭轉變形通過右側新增支座與原支座來約束；左傾加載時加固墩處僅考慮左側新增支座與原支座起作用，箱梁的扭轉變形通過左側新增支座與原支座來約束；

(7)采取加固措施后，按JTG 3362-2018第4.1.8條驗算的抗傾覆穩定系數不小于3.0。

采取加固措施后各方案的計算結果見表3～表4。

表3 加固后橋梁抗傾覆驗算結果-左傾驗算

(2)方案3中支座反力值為橫向抗傾覆穩定系數達3.0時，抗拔銷需提供的拉力。

表4 加固后橋梁抗傾覆驗算結果-右傾驗算

(2)方案3中支座反力值為橫向抗傾覆穩定系數達3.0時，抗拔銷需提供的拉力。

2.4 加固方案經濟技術比選

表5 橋梁加固方案經濟技術比選表

3 結 論

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362-2018)4.1.8條對一座互通式立交匝道橋進行了抗傾覆穩定性驗算，結合橋梁建設條件提出了三種改善橋梁支座脫空、提高抗傾覆穩定系數的加固設計方案，并對三種方案進行了經濟技術比選，最終確定方案一：“獨柱墩頂增設蓋梁”為本橋的加固設計方案。