独柱墩桥梁上部结构抗倾覆稳定性分析

摘要：近年来，我国的桥梁工程建设越来越多，本文主要针对独柱墩连续梁桥存在的问题，对于不同加固方案进行了对比分析，通过方案比选选择了端横梁假设拉杆和横向支座拉开间距两种方式进行加固处理。对于加固处理效果，根据广东省相关文件进行了抗倾覆稳定性计算，结果证明，加固后抗倾覆稳定性系数为2.9，满足规范不得低于2.5的要求。本文系统研究独柱墩连续梁桥的抗倾覆稳定加固计算，对于独柱墩连续梁桥的设计、加固处理提供一定的经验。 关键词：连续梁桥；独柱墩；加设拉杆；抗倾覆稳定性 引言

独柱墩连续梁桥因其空间利用率高、施工便捷度好、结构轻盈雅致等特点被广泛用在城市快速干道或高速公路匝道桥中，由于桥墩的单支承作用导致稳定性不足、抗扭能力弱，尤其是在重载交通的作用下，重车偏载倾覆问题突出。美国AASH-TO《桥梁设计规范》指出，任何结构都应有抵抗滑动、倾覆、提离或压屈的能力，而桥梁上部结构在设计中应考虑偏心荷载作用的影响，并对连续结构最小支座数量进行限制，但对支座布置形式、支座间距、支座抗疲劳性能等参数均没有提及，独柱墩桥梁在偏心荷载作用下的抗倾覆稳定性计算方法不明确。 1工程背景

某大桥上部结构采用44孔20m预应力混凝土箱梁，先简支后连续，全桥共7联；下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础，桥台为桩接盖梁；桥梁第三联（13号墩－19号墩）平面位于曲线半径为272.461m、缓和曲线为50m的平曲线上，桥墩径向布置；下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础，其中有4个桥墩为带盖梁的独柱墩，其余桥墩为双柱墩；桥梁总宽11.4m，桥面布置：0.25m（护栏）+10.65m（行车道）+0.5m（护栏）。 2抗倾覆设计方案的完善和强化

在当前我国大多数独柱墩桥梁的建筑中，一般都采用方案二来进行实现，因为此方法在实际使用过程中，往往会涉及结构稳定及使结构失稳的结构自重作用，因此，常常需要选取不同的荷载分项系数。此外，由于箱梁顶板、腹板以及底板等多方面的空间分布性相对比较复杂，因此，工作人员在其实际使用过程中，无法对此进行实际性的区分，那么对于横向倾覆的曲线桥梁等方面，其难度也就更加困难了。此外，在计算过程中，我们还经常性的受到外界因素的干扰，并因此使得具体施工操作过程受到巨大的阻碍作用，同时也对计算结果产生各种影响，使其缺乏严格性、准确性。为此，我们需要对此方案采取一些必要措施进行加强操作，以保证独柱墩桥梁建筑的安全及可靠。 3预应力曲线梁的作用

由于支座脱空现象主要发生于预应力曲线梁，因此，与曲线梁相对应直线梁便有着很多的特点，对桥梁支座脱空有着重要影响，其中主要包括以下几点：第一，直线梁中外缘弯曲程度要远远大于内缘之间的弯曲应力；第二，恒载产生扭曲，使得桥梁总之处于弯曲、扭矩的受力状态，对其质量造成一定影响。第三，预应力次内力的作用，使得箱梁所受力较大，因此很容易产生扭矩现象，并且在一定条件，很容易引发桥台和过渡墩处的曲线内侧出现支座脱空现象。针对以上出现的问题，我们也做出一些解决方案，其中经常采用方案主要有两种，一是独柱墩增加钢盖梁方案，另一种是独柱墩增加混凝土盖梁方案。综合来说，这两种方案是最适应我国阶段发展的要求，并且在对存在安全隐患的桥梁进行加固的过

程中也发挥出重要作用。其中，对于那些柱径较大，柱高较高的桥梁，一般所采用方案便是增设钢盖梁的处理方法，对于直径较小，以及柱高较低的桥梁，则采用增设混凝土盖梁处理。

4基于有限元模拟的上部结构抗倾覆稳定系数求解

本文使用有限元软件MidasCivil2019，采用杆系单元建立桥梁模型，桥梁平面按实际线形（Ｒ=272.461m，Ls=50m）建模，在MIDAS软件中，边界条件下有“弹性连接”和“刚性连接”两类。而“弹性连接”下又有“刚性类型”这一选项。“弹性连接的刚性类型”和“刚性连接”都可以模拟刚臂的作用，但是在作用方式、约束自由度和适用范围都有明显的区别。“刚性连接”是完全的刚性，类似于共用同一节点。而“弹性连接的刚性类型”有钝化功能，比如满堂支架假设时，支座没有支承作用，可以钝化掉，等拆除满堂支架后，可以再释放边界条件，支座恢复支承作用。因此，为能尽量真实反映每片梁横向两个支座的反力分配，主梁与支座之间的连接采用“弹性连接”中“刚性”进行模拟，支座全部采用弹性支承。 4.1最不利荷载下支座反力

按最不利车道数布载，利用有限元程序MidasCivil2019所建计算模型得出在四种工况最不利荷载组合。根据计算结果可知，13号墩至19号墩各支座反力区间为175.0kN～948.8kN，其中，13号和19号两边墩的支座反力较小，最大为412.6kN，最小为175.0kN，最大值出现在边支座，最小值出现在中间支座。而中间5个非边墩的支座反力相对较大，最大为948.8kN，最小为407.5kN，该最大值出现在次边墩边支座，最小值出现在中间墩中间支座。由此可见，当分隔墩采用GYZF4250×54板式橡胶支座，连续墩采用GYZ325×55板式橡胶支座时，支座最大承载力分别为452kN和986kN．从计算结果可以看出，该桥梁支座在荷载作用下均满足支座最大承载力要求；在最不利布载作用下均未出现负反力，表明分隔墩采用GYZF4250×54板式橡胶支座、连续墩采用GYZ325×55板式橡胶支座时，不会出现脱空现象。

4.2各种工况下箱梁桥抗倾覆稳定系数计算

根据抗倾覆计算公式计算得到各种工况下箱梁桥抗倾覆稳定系数。在四个工况下，使上部结构稳定的作用效应标准组合Sbk均为94867.2kN；工况一中，使上部结构倾覆的汽车荷载（含冲击作用）标准值Ssk为380.4kN，工况二中Ssk为398.8kN，工况三中Ssk为435.8kN，工况四中Ssk为501.6kN．将以上数据代入公式（1），可求得各工况箱梁桥抗倾覆稳定系数，在工况一荷载作用下桥梁抗倾覆稳定系数为249.4，在工况二荷载作用下桥梁抗倾覆稳定系数为237.9，在工况三荷载作用下桥梁抗倾覆稳定系数为217.7，在工况四荷载作用下桥梁抗倾覆稳定系数为189.1，满足规范的要求。 结束语

综上所述，鉴于独柱墩连续梁桥的诸多优势，在当前跨越结构中得到了较为广泛的应用，针对当前独柱墩连续梁桥的倾覆破坏，尽管目前还没有针对独柱墩桥梁相关的设计规范，也没有具体的评价标准，因此更需要设计人员在设计过程中对桥梁荷载及各种使用情况进行充分考虑，从而提升桥梁的安全性及可靠性。对已经投入运营的桥梁，管理者应考虑车辆行驶位置对结构安全的影响，做好交通组织管理，严禁超载行为的发生，从而保证桥梁结构安全。 参考文献：

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