公路独柱墩桥梁抗倾覆稳定性影响因素分析

文 / 玉环市公路与运输管理中心 徐巍

引言

随着经济的发展，全国基础性建设也得到了不断的完善，但随着重型车辆的大量出现及交通量的迅猛增长，对公路桥梁的影响越来越严峻。预应力混凝土连续箱梁在我国城市互通立交匝道上被广泛应用。

近年来，频繁出现独柱墩桥梁的横向失稳倾覆事故，造成多起人员伤亡，对经济造成较大损失。而另一种情况是，由于严重超载作用及超载车辆靠一边行驶，桥梁受偏心荷载作用，导致主梁侧翻至桥底，而侧翻时结构整体性基本完好。事实上，这是一个关于预应力混凝土连续箱梁应用的课题。

目前，国内外已有大量学者对预应力混凝土连续箱梁的抗倾覆影响因素和破坏机理进行了深入研究。陈彦江等以小半径曲线梁桥为工程依托，对不同桥梁参数对抗倾覆能力的影响进行对比分析。

曹景等分别以直线桥和曲线梁桥为工程依托，推导得出两种桥梁的抗倾覆稳定系数的计算公式。熊文等以实际工程破坏实例为工程依托，对独柱墩桥梁的倾覆机理进行深入研究，并对其安全性进行了评价。但是，目前对预应力混凝土梁桥在多种因素影响下的桥梁抗倾覆验算研究较少。

因此，本文以某三跨预应力混凝土梁桥为工程依托，采用进行有限元分析，以支座沉降、横向偏位、竖向温度梯度及二维温度梯度为变量，对桥梁抗倾覆验算的影响进行深入研究。

工程简介

某立交桥上部结构采用跨径组成为25+30+25m的预应力混凝土连续箱梁，0、3号台采用桩柱式桥台，1、2号墩均采用桩柱式桥墩，其中1、2号墩均为独柱墩。设计荷载为公路-II级。桥梁正面照如图1所示。

采用Midas/civil对该三跨连续箱梁进行有限元建模，主粱采用梁单元进行模拟，不考虑箱梁横坡，支座与主粱间采用刚性连接，边界条件同实际支座滑动方向。有限元模型如图2所示。

基础变位的影响

竖向沉降

以支座沉降为变量，仅考虑支座沉降对独柱墩抗倾覆验算下的状态1和状态2的影响。本例以各个支座下沉10mm为参数，对该3跨连续梁进行独柱墩验算，同时对未考虑基础变位和温度梯度影响下进行独柱墩验算。

横向偏心

以横向偏心为变量，仅考虑横向偏心对独柱墩抗倾覆验算下的状态1和状态2的影响。本例以中间墩柱墩横向偏心50cm为参数，对该类桥梁进行独柱墩验算。未考虑基础变位和温度梯度影响下、仅考虑竖向沉降影响及仅考虑横向偏心影响下的验算结果见表1。

由表1可得，仅在支座沉降影响下进行抗倾覆验算时，状态1桥台支座反力影响较大，但状态2抗倾覆系数基本不变。因此，支座沉降对状态2抗倾覆系数影响较小。仅在横向偏心影响下进行抗倾覆验算时，状态1和状态2基本不变。因此，横向偏位对该类桥梁抗倾覆影响较小。

温度梯度的影响

竖向温度梯度

以竖向温度梯度为变量，仅考虑竖向温度梯度对独柱墩抗倾覆验算下的状态1和状态2的影响。本例以主梁考虑竖向温度梯度为参数，对该类桥梁进行独柱墩验算。

二维温度梯度的影响

以二维温度梯度为变量，仅考虑二维温度梯度对独柱墩抗倾覆验算下的状态1和状态2的影响。本例以主梁考虑二维温度梯度为参数，对该类桥梁进行独柱墩验算。仅考虑竖向温度梯度与仅考虑二维温度梯度影响下的验算结果见表2。

由表1和2可得，仅在竖向温度梯度影响下进行抗倾覆验算时，状态1支座反力和状态2均发生了变化。因此，竖向温度梯度对该类桥梁抗倾覆影响较大。仅在二维温度梯度影响下进行抗倾覆验算时，状态1和状态2均发生较大变化。因此，二维温度梯度对该类桥梁抗倾覆影响较大。

结论

本文以某三跨预应力混凝土连续箱梁为工程依托，对该类桥梁在支座沉降、横向偏心、竖向梯度温度及二维温度梯度影响下的抗倾覆验算进行深入研究。得出以下结论：

（1）仅考虑支座沉降的影响，对抗倾覆验算时状态1支座反力的影响较大，对状态2抗倾覆系数影响较小；仅考虑横向偏心的影响，抗倾覆验算时的状态1支座反力及状态2抗倾覆系数基本不变，影响较小。

（2）仅考虑竖向温度梯度的影响，对抗倾覆验算时的状态1支座反力和状态2抗倾覆系数的影响较大；仅考虑二维温度梯度的影响，抗倾覆验算时的状态1支座反力和状态2抗倾覆系数均发生了较大变化，影响较大。