某独柱墩桥梁偏载作用下抗倾覆验算

褚莉花

（湖州市公路与运输管理中心，浙江 湖州 313000）

1 工程概况

某独柱墩连续箱梁桥桥跨组合为17 m+2×20 m+17 m，桥长74 m。 上部结构采用等截面单箱单室连续箱梁，箱梁全梁段等高，梁高为130 cm，顶宽为8 m，底宽为5 m，悬臂长度为1.3 m。 箱梁施工采用支架现浇施工，箱梁、桥面铺装采用30#混凝土。 下部结构：桥墩采用独柱墩，全桥不设固定支座，桥墩采用P2-2X-500 t 盆式支座，每墩一个，桥台采用板式支座，每台两块，支座横向间距为4.4 m。

2 有限元模型建立

本文抗倾覆验算按支座竖向正常有效支承为计算基础，桥梁处于良好使用中，无发生支座失效、损坏，桥墩未发生位移变化，且结构安全可靠。 采用MIDAS/Civil 有限元分析软件进行该桥模型建立，结构模型如图1 所示，该桥的支座布置形式如图2 所示，模型建立过程中材料性能参考如下规范取值。

图1 结构有限元模型

图2 支座示意图

2.1 恒载

1）结构重力：混凝土重度按26 kN/m3计算。

2）二期恒载：混凝土铺装层重量取21.46 kN/m 计算，一侧防撞护栏等效荷载按4.55 kN/m 计算。

2.2 活载

本桥现浇箱梁为直线桥， 按左侧偏载移动荷载工况来验算支座反力及其抗倾覆稳定系数。

车道荷载采用公路Ⅱ级，按JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》布置两车道，计算车道横向、纵向折减系数和冲击系数。

2.3 收缩徐变

考虑10 年收缩徐变。

2.4 温度梯度荷载

参照JTG D60—2015 《公路桥涵设计通用规范》表4.3.12-3 的规定，本桥桥面铺装为水泥混凝土，桥面板最高温度T1取25 ℃，T2取6.7 ℃，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

2.5 支座沉降

各支座考虑5 mm 沉降。

3 横桥向抗倾覆性能验算

按照JTG 3362—2018 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行验算。

1）首先，计算桥梁结构在成桥状态下的恒载支反力和汽车荷载作用下的最小支反力， 然后计算上述各荷载基本组合下的支座反力，判断单向受压支座是否保持受压状态。

2）计算标准组合下箱梁抗倾覆稳定系数：

式（1）～式（3）中，kqf为横桥向抗倾覆稳定性系数，取kqf=2.5；ΣSbk,i为使上部结构稳定的效应设计值；ΣSsk,i为使上部结构失稳的效应设计值；ΣRGKi为在永久作用下，第i个桥墩处失效支座的支反力，按全部支座有效的支承体系计算确定，按标准值组合取值；ΣRQKi为在可变作用下，第i个桥墩处失效支座的支反力，按全部支座有效的支承体系计算确定，按标准值组合取值，汽车荷载效应（考虑冲击）按各失效支座对应的最不利布置形式取值；li为理论跨径。

3.1 基本组合下支座反力验算

基本组合作用下，桥梁各支座反力最小值如图3 所示，最小反力验算结果如表1 所示。

表1 基本组合下支座反力最小值验算结果 kN

图3 基本组合作用下各支座反力最小值（单位：kN）

3.2 标准组合下横向抗倾覆稳定性系数验算

根据上述计算结果可知，左侧偏载作用时0#、4#桥台内支点（0-1、4-1）为失效支座，按作用标准值进行组合，由失效支座计算法所得的结果如表2 所示。

表2 标准组合下横向抗倾覆稳定性系数验算结果

4 主要结论与建议

通过对该桥进行横桥向抗倾覆性能验算，在基本组合下，该桥边支座出现脱空现象，特征状态1 验算不满足规范要求；该桥在标准组合下， 失效支座的抗倾覆稳定系数最小为1.34＜2.5，特征状态2 验算不满足规范要求。 依据《公路危旧桥梁排查和改造技术要求》（交办公路函[2021]321 号）附录C中C.3 安全评估的相关要求，本桥存在连续3 个独柱桥墩，安全评估结果为“较大安全风险”。

该桥在偏载作用下存在倾覆的可能性， 为了避免发生支座脱空现象导致侧倾，提高桥梁的抗倾覆能力，笔者提出以下建议。

1）从前述结构分析上看，该独柱墩桥梁不满足现行公路桥梁设计规范中的车道荷载的抗倾覆性能要求， 现阶段交通量未达到设计荷载水平， 但随着交通量的增长和超载车辆的增多，给该独柱墩桥梁的安全性带来极大的隐患，因此，应该加强该独柱墩桥梁的检测及动态观察，制定有效的养护措施，确保其能够安全运行。

2）针对该连续箱梁桥连续处独墩单支座抗扭能力最为薄弱的情形，可对该独柱墩桥梁进行必要的改造加固，增强梁体整体应对不利倾覆荷载的能力。

3）该桥管养部门应切实加强对桥梁使用的管理，杜绝超重车辆上桥行驶， 一旦发现应及时堵停卸货或由有资质的单位做特载车辆单独验算、制定专门的通行方案，切不可侥幸盲目上桥。