连续梁桥抗倾覆稳定问题分析

杨富光 李井辉

摘 要：摘 要：随着桥梁建筑水平不断提高，连续梁桥越来越多。其中连续梁桥的抗倾覆稳定性是衡量桥梁质量的重要因素。本文结合新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）中关于桥梁抗倾覆稳定性的验算方法，利用有限元计算软件，对某高速公路一座分离立交桥抗倾覆稳定性进行了验算和分析。在简述连续梁桥加固措施后，详细阐述验算过程。通过对比原结构与加固后桥梁抗倾覆支反力与稳定系数，验证了加固处理方案的合理性。

关键词：抗倾覆;支座脱空;加固

中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）29-0119-04

Analysis of Stability Against Overturning of Continuous Beam Bridge

YANG Fuguang1 LI Jinghui2

（1. Jilin Transportation Planning and Design Institute，Changchun Jilin 130021;2. Liaoning Transportation Planning and Design Institute Co.， Ltd.，Shenyang Liaoning 110166）

Abstract：Abstract： As the level of bridge construction increases， there are more and more continuous beam bridges. The anti-overturn stability of continuous beam bridges is an important factor in measuring the quality of bridges. In this paper， combined with the newly promulgated "Code for Design of Highway Reinforced Concrete and Prestressed Concrete Bridges and Culverts" （JTG 3362-2018）， the method for checking the anti-overturning stability of bridges was  used to stabilize the anti-overturning  of  a separate overpass on a highway using finite element calculation software. Sexuality was checked and analyzed. After a brief description of the continuous beam bridge reinforcement measures， the verification process was elaborated. The rationality of the reinforcement treatment scheme was verified by comparing the anti-overturning reaction force and stability coefficient between the original structure and the strengthened bridge.

Keywords： anti overturning;support void;reinforcement

連续梁桥是指两跨或两跨以上的连续桥梁，是一种超静定体系。在我国公路道路及城市交通中，多采用混凝土桥梁。近年来，桥梁事故频发，这主要是因为桥梁的抗倾覆稳定性会随着桥梁服役时间的增长而有所变化。为保证桥梁使用安全，应定期对桥梁的抗倾覆稳定性进行检验。本文根据最新颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018），对某立交桥的抗倾覆稳定性进行验算。

某分离立交为高速公路与三级公路交叉设置。高速公路为双向四车道，路基宽26m;三级公路路基宽7.5m。两路交角47°，高速公路下穿。桥梁上部结构为16m+22m+22m+16m预应力混凝土现浇连续箱梁，桥台为双柱式，桥墩均为独柱式，桥墩、桥台均采用球形支座，荷载等级为公路-II级，支座平面布置如图1所示。

1 加固措施

近年来，随着国内外几起桥梁倾覆事故的发生，桥梁抗倾覆性能逐步引起人们关注，此类设置连续单支座的整体式箱梁的抗倾覆性能备受人们重视[1，2]。为了提高本桥的抗倾覆性，采取了如图2所示的加固措施，即在1、3号桥墩墩顶与主梁之间设置了拉杆，该拉杆可以限制桥梁上部结构绕桥梁纵轴方向的扭转，当箱梁有倾覆倾向时，拉杆组件会锁成一体，阻挡箱梁倾覆。

2 验算过程

新版桥梁设计规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）已于2018年11月1日开始实施。规范认为，桥梁倾覆过程存在两个明确特征状态：在特征状态1，箱梁的单向受压支座开始脱离受压，即支座脱空;在特征状态2，箱梁的抗扭支撑全部失效[3]。规范中采用这两个特征状态作为抗倾覆验算工况。

针对特征状态1，在作用基本组合下，箱梁桥的单向受压支座处于受压状态;箱梁桥同一桥墩的一对双支座构成一个抗扭支撑，起到对扭矩和扭转变形的双重约束;当双支座中一个支座竖向力变位零、失效后，另一个有效支座仅起到对扭矩的约束，失去对扭转变形的约束;当箱梁的抗扭支撑全部失效时，箱梁处于受力平衡或扭转变形失效的极限状态，即达到特征状态2[4]。此时，各个桥墩都存在一个有效支座，稳定效应和失稳效应按照失效支座的力矩计算。规范中做了如下规定，当按作用标准值组合时，整体式截面简支梁和连续梁的作用效应应符合如下要求：

[∑Sbk，i∑Ssk，i=∑RGkili∑RQkili≥2.5]                             （1）

式中，[∑Sbk，i]为使上部结构稳定的效应设计值;[∑Ssk，i]为使上部结构失稳的效应设计值。稳定性系数为2.5，综合考虑了简化分析方法的偏差系数和实际车辆密集排布情况下汽车荷载效应的放大系数[5]。

如图3所示，采用有限元计算程序Midas建立单梁模型，按照桥梁实际结构形式和所采用的球形钢支座形式建立约束条件，根据桥梁设计荷载等级和桥宽设置偏心的车道荷载，本桥车道荷载偏心距离按偏离箱梁中心线2.1m计，计算出永久作用（自重、预应力、二期恒载）在各支座处产生的反力、移动荷载（偏载）在各支座处產生的最不利反力以及每个支座出现最不利反力时其余各支座的并发反力。

抗倾覆验算过程如表1、表2和表3所示。支反力的单位为kN。

原设计该桥的支反力项和稳定性系数项验算均不满足新规范要求，表明其抗倾覆性能不足，存在倾覆风险。

采取如前所述的加固措施，即在1、3号桥墩墩顶与主梁之间设置拉杆装置，可有效限制桥梁上部结构在1、3号桥墩处绕桥梁纵轴方向的扭转，抗扭转的约束刚度可以根据植筋的强度以及此装置的变形条件计算得到，在模型中重新设置约束条件，得到支座反力，再次进行验算，过程如表4、表5和表6所示。支反力的单位为kN。

结果表明，经过加固处置后，该箱梁桥的倾覆风险得到有效控制，满足规范要求。

3 结论

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018），对分离立交桥加固前后的抗倾覆稳定性进行验算，采取加固措施后，横桥向抗倾覆稳定系数由1.24增长到18.88，满足新规范中抗倾覆稳定系数不小于2.5的要求。分离立交抗倾覆的加固，提高了该桥的抗倾覆安全度，保证了该桥的安全使用性能。

参考文献：

[1]王志浩.独柱墩梁桥的抗倾覆分析及加固对策研究[D].西安：长安大学，2014.

[2]曾燊平.独柱墩箱梁桥抗倾覆影响因素分析及加固方法探讨[D].广州：华南理工大学，2018.

[3]交通运输部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG 3362—2018[S].北京：中国标准出版社，2018.

[4]周骁.连续独柱墩桥梁抗倾覆安全评价及加固设计方案[J].科学技术创新， 2017（8）：220-220.

[5]李涛，丁雪.高速公路连续箱梁桥独柱墩横向抗倾覆计算及安全性评估[J].广东公路交通，2017（1）：12-14.