曲线独柱墩连续箱梁桥横向抗倾覆稳定性研究

王 强

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉 430056）

连续箱梁桥以其较大的结构刚度、较小的桥面变形、优良的动力性能等优点得到广泛应用和发展[1-3]。但是，由于桥梁支座设置不科学、过载等原因，亦出现不少连续箱梁桥整体性失稳事故，尤以独柱墩连续箱梁桥居多[4，5]。本文以广东省仁化至博罗公路TJ5标独柱墩桥梁为研究对象，通过数值模拟并结合理论分析[6-8]，对丹霞互通D匝道桥、E匝道2号桥以及G匝道桥进行抗倾覆稳定性研究。

1 稳定性研究依据

（1）在计算中，保证单向受压支座自始至终处于受压状态之下；

（2）在计算中，考虑整体抗倾覆稳定性系数；

（3）考虑中墩支座转角变形限制和固结中墩压弯强度。

2 稳定性分析计算

2.1 计算荷载

混凝土容重以及沥青混凝土桥面铺装容重分别取26 kN/m3、25 kN/m3，验算车辆荷载为公路I级。

2.2 计算模型

采用Midas Civil 2015 建立模型。对各桥、各联，根据不同跨径、联长、曲线半径、桥宽等因素，详细列出其验算过程。以丹霞互通D匝道桥、E匝道2号桥、G匝道桥为例进行计算。

2.2.1 丹霞互通D匝道桥（0#～3#）

丹霞互通D匝道桥跨径组合为（28+36+28）m，桥面宽度为10.5m，圆曲线半径R=120 m；整联支架浇注施工，3 #、1#墩、0#台支座间距4.82 m，采用双支承；2#墩为独柱单支承。

全联箱梁模型消隐图见图1；荷载基本组合下，对边支座脱空进行验算，其反力计算结果见图2。

图1 模型消隐图

图2 反力计算结果图

由图2可知，在荷载基本组合下，边支座处反力值为393.6 kN，支座处处于受压状态，支座没有脱空。计算箱梁的抗倾覆稳定系数，倾覆轴线见图3。

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图3 本联箱梁倾覆轴线图

成桥状态下，箱梁倾覆轴线到各个支座处的垂直距离及其反力取值见表1。

表1 倾覆轴线到支座处垂直距离及其反力

抗倾覆稳定系数采用式（1）进行计算：

式中：RGi为成桥状态时各个支座的支反力，xi为各个支座到倾覆轴线的垂直距离；qk为车道荷载中均布荷载，qk=10.5 kN；Pk为车道荷载中集中荷载，Pk=332 kN；Ω为倾覆轴线与横向加载车道围成的面积，Ω=153 m2；e为横向最不利车道位置到倾覆轴线的垂直距离，e=3.78 m；μ为冲击系数，μ=0.226。

由式（1）计算可知，抗倾覆稳定系数为17.77，大于5，满足相关规范要求。单车道偏载情况下汽车荷载效应分项系数等于3.4时，对箱梁扭转角进行计算，结果见图4。

图4 箱梁扭转角计算结果

由图4可知，箱梁中墩处扭转角0.002＜0.02，满足相关规范要求。

2.2.2 丹霞互通E匝道2号桥（0#～3#）

丹霞互通E匝道桥2号桥跨径组合为（36+36+31）m，桥面宽度为10.5 m，圆曲线半径R=150 m；整联支架浇注，1#、3#墩、0#台座间距4.82 m，采用双支承；2#墩为独柱单支承。

全联箱梁模型消隐图见图5；荷载基本组合下，对边支座脱空进行验算，其反力计算结果见图6。

图5 模型消隐图

图6 反力计算结果图

由图6可知，在荷载基本组合下，边支座处反力值为585.3 kN，支座处处于受压状态，支座没有脱空。计算箱梁抗倾覆稳定系数，倾覆轴线见图7。

图7 本联箱梁倾覆轴线图

计算相关参数：qk=10.5 kN；Pk=332 kN；Ω=156.5 m2；e=3.56 m；μ=0.226。成桥状态下，箱梁倾覆轴线到各个支座处的垂直距离及其反力取值，见表2。

表2 倾覆轴线到支座处垂直距离及其反力

根据式（1），计算得到抗倾覆稳定系数为23.15，大于5，满足相关规范要求。单车道偏载情况下汽车荷载效应分项系数等于3.4时，对箱梁扭转角进行计算，结果见图8。

图8 箱梁扭转角计算结果

由图8可知，箱梁中墩处扭转角0.002＜0.02，满足相关规范要求。

2.2.3 丹霞互通G匝道桥（0#～4#）

丹霞互通G匝道桥跨径组合为（28+36+36+28）m，桥面宽度为10.5 m，圆曲线半径R=120 m，缓和曲线A=110 m；整联支架浇注，1#、2#、4#墩、0#台支座间距4.82 m，采用双支承；3#墩为独柱单支承。

全联箱梁模型消隐图见图9；荷载基本组合下，对边支座脱空进行验算，其反力计算结果见图10。

图9 模型消隐图

图10 反力计算结果图

由图10可知，在荷载基本组合下，边支座处反力值为403.4 kN，支座处处于受压状态，支座没有脱空。计算箱梁抗倾覆稳定系数，倾覆轴线见图11。

图11 本联箱梁倾覆轴线图

计算相关参数：qk=10.5 kN；Pk=332 kN；Ω=152.4 m2；e=3.77 m；μ=0.226。成桥状态下，箱梁倾覆轴线到各个支座处的垂直距离及其反力取值，见表3。

根据式（1），计算得到抗倾覆稳定系数为64.27，大于5，满足相关规范要求。单车道偏载情况下汽车荷载效应分项系数等于3.4时，对箱梁扭转角进行计算，结果见图12。

表3 倾覆轴线到支座处垂直距离及其反力

图12 箱梁扭转角计算结果

由图12可知，箱梁中墩处扭转角0.002＜0.02，满足相关规范要求。

3 结语

（1）汽车超载等因素使得桥梁负载过大，在承载能力极限状态及正常使用极限状态下均对桥梁结构的安全性产生不良影响，不利于其横向抗倾覆稳定性；同时，桥梁负载过大引起混凝土产生裂缝，降低桥梁结构的耐久性。因此，严控桥面负载过大是保证桥梁结构安全、提高桥梁横向抗倾覆稳定性的一项重要举措。

（2）对比丹霞互通不同匝道桥抗倾覆稳定系数可知，D匝道桥抗倾覆稳定系数相对最小，其倾覆轴所在位置相对最危险。

（3）对本次抗倾覆验算可以满足相关要求的独柱墩桥梁，待建设完成运营后也应加强日常的检查和维护。除此以外，还需采取限制超载的措施，如采取临时护栏等措施使车辆尽量位于箱梁中心线附近，以确保安全。

参考文献

[1]王瑛.独柱墩连续箱梁桥抗倾覆稳定性验算和分析[J].公路交通技术，2015（4）：111-115.

[2]孔庆凯，童育强，丁继武，等.宽翼缘预应力混凝土连续箱梁关键受力分析研究[J].公路，2014，59（6）：83-87.

[3]李前名. S形高架桥混凝土箱梁更换为钢箱梁设计[J].世界桥梁，2014，42（3）：80-84.

[4]刘庆良，赵栋，吕惠明，等.连续独柱墩弯箱梁桥偏移分析及纠偏措施研究[J].现代交通技术，2016，13（4）：43-46.

[5]万世成，黄侨.独柱墩连续梁桥偏载下的抗倾覆稳定性研究综述[J].中外公路，2015，35（4）：156-161.

[6]赵阳阳，潘龙文，邵金彬.独柱墩连续梁桥横向安全机理分析[J].公路，2014，59（8）：211-213.

[7]吴玉华，蔡若红，杨育人.独柱墩连续梁桥的稳定影响因素分析[J].公路工程，2011，36（6）：93-96.

[8]邱文亮，胡美.城市独柱墩梁桥结构体系研究[J].防灾减灾工程学报，2010，30（S1）：164-167.