某獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆驗算

1、某獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆驗算引言：為了減少與地面空間的沖突， 或在多層跨越區(qū)域中空 間 受限時，獨(dú)柱墩橋梁被廣泛采用。但是，近年來，國內(nèi)獨(dú)柱墩 橋梁連 續(xù)發(fā)生橋梁傾覆事件。以以下舉幾個典型案例。2021 年 8 月 24 日，通車不到一年的哈爾濱陽明灘大橋發(fā)生坍塌， 4輛貨車墜橋，造成 3人死亡， 5 人受傷。經(jīng)調(diào)查， 4輛 掛車 總重量超過 400 噸，并且偏載行駛。而坍塌橋聯(lián)為 120m 長 鋼混組合 梁，獨(dú)柱墩，橋梁自重較小，在超重的偏載作用下，出 現(xiàn)側(cè)翻事故。2021 年 6 月 19 日， 4 輛滿載瓷土的重載貨車并排行駛在粵 贛 高速城南互通 CK0+224.5 匝道橋梁時， 發(fā)生橋梁斷

2、裂， 事件造 成 該匝道橋從南往北坍塌， 4 輛重載貨車掉落橋下， 當(dāng)場造成 1 人死亡、 4 人受傷。 垮塌橋梁長度為 75 米，寬度為 8.5 米，橋 梁凈高約為 11.75 米，設(shè)計荷載為汽車 -超 20 級，建成年月為 2004 年 1 月。上部結(jié)構(gòu) 為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁， 該橋技術(shù)狀況等 級評定為一類橋。 經(jīng)調(diào)查， 4 輛 掛車重量約 400 噸，坍塌橋聯(lián)獨(dú) 柱墩，在超重的偏載作用下，出現(xiàn)垮 塌事故。對于獨(dú)柱墩橋梁， 汽車偏載所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用大局部傳遞到 雙 支座墩臺， 所有中間孔的扭矩最終累積到梁端的雙支座上。 較 大的 扭矩將使另一側(cè)的端支座產(chǎn)生上拔力， 如沒有特殊措施， 將 使支

3、座 脫空，繼而發(fā)生傾覆事故。所以，對于目前獨(dú)柱墩橋梁來說，目前我國橋涵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對 此的驗算要求不夠明確和具體， 探索科學(xué)可行的方法， 對其進(jìn)行 抗傾 覆驗算，有著巨大的社會價值。 以下通過實(shí)例闡述驗算方法。一、某橋概況某橋跨徑組合為 24 +25+25+24 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱 梁， 單箱單室截面；下部結(jié)構(gòu)采用圓柱墩、樁柱埋置式橋臺；支 座采用板 式橡膠支座；橋面設(shè)置 4cm 瀝青混凝土。設(shè)計荷載為汽 車 -超 20 級， 掛車 -120 。于 2000 年建成通車。二、抗傾覆驗算一驗算方法 箱梁橋傾覆過程是在汽車荷載的傾覆作用下， 單 向受壓支座 依次脫空，由邊界條件失效而失去平衡的過程

4、。因此，首 先需要 確定傾覆軸線，再根據(jù)傾覆軸線計算出傾覆扭矩及抗傾覆扭矩， 那么可判斷其穩(wěn)定性能， 這里， 傾覆扭矩為活載與其至傾覆軸線的 乘 積，抗傾覆扭矩為恒載作用下各支座反力與其至傾覆軸線的乘 積之和。由于該橋原設(shè)計采用中交 85 系列標(biāo)準(zhǔn)，而目前運(yùn)營荷載為 中交 04 系列標(biāo)準(zhǔn)，故驗算同時采用中交 85 及中交 04 系列標(biāo)準(zhǔn)。 并且， 由于目前實(shí)際交通中重載車較多，抗傾覆驗算考慮?公路 橋涵設(shè)計通 用標(biāo)準(zhǔn)? JTG D60- 2004 規(guī)定的 55t 限載 55t 重載車組成的密 集排列車隊，前后車間距按 0.5m 考慮。二中交 85 系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載作用下抗傾覆計算1. 抗傾覆軸

5、線確實(shí)定2. 抗傾覆計算結(jié)果 箱梁抗傾覆平安系數(shù)為 式中： - 成橋狀態(tài)恒 載作用下支座反力。- 支座距傾覆軸的垂直距離。U-沖擊系數(shù)。- 傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積。35.5- 將汽超 -20 車輛荷載換算成車道均布荷載。- 荷載組合作用下各支座反力。 計算采用橋梁專用空間有限元分析軟件 midas Civil2021 ， 精確 模擬橋梁結(jié)構(gòu)尺寸、支座位置、預(yù)應(yīng)力設(shè)置、活載布置等， 計算出支 反力。表 1 K 值計算結(jié)果表恒載支座反力 (KN 距傾覆軸距離 (m) S (m2 卩平安 系數(shù) K 限值3# 915 D1 4 205.8 0 4.3 1.34# 3990 D2 25# 39

6、00 D3 26# 3990 D4 27# 915 D5 4表 2 荷載組合作用下支反力計算結(jié)果表 墩臺號 荷載組合 支座反力 ( KN) 最大彎矩 最小彎矩 最大剪力 最小剪力3# 組合 I 1830 1830 2890 16704# 3990 3990 5630 3650 5# 3900 3900 5560 34606# 3990 3990 5630 3650 7# 1830 1830 2890 16703# 組合 II 1830 1830 3050 15104# 3990 3990 5830 34505# 3900 3900 5660 33706# 3990 3990 5830 3450

7、7# 1830 1830 3050 15103# 組合 III 1830 1830 2930 16804# 3990 3990 5330 36805# 3900 3900 5280 35206# 3990 3990 5330 36807# 1830 1830 2930 1680由表 1、表 2 可知，該橋抗傾覆平安系數(shù)大于限值，支座未 出現(xiàn) 負(fù)反力狀況， 所以，在設(shè)計荷載汽車 -超 20 作用下不會出現(xiàn) 傾覆失 穩(wěn)。三中交 04 系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計荷載作用下抗傾覆計算1. 抗傾覆軸線確實(shí)定2.抗傾覆計算結(jié)果箱梁抗傾覆平安系數(shù)為式中： e- 橫向家在車道到傾覆軸線垂直距離最大值表 3 K 值計算結(jié)果表

8、恒載支座反力 KN 距傾覆軸距離 m S m2 u e m 平安系 數(shù) K 限值3# 910 D1 4 205.8 0.229 2.1 9.2 1.34# 3920 D2 25# 3870 D3 26# 3920 D4 27# 910 D5 4表 4 荷載組合作用下支反力計算結(jié)果表墩臺號 荷載組合 支座反力 KN 最大彎矩 最小彎矩 最大剪力 最小剪力3# 標(biāo)準(zhǔn)組合 1820 1820 2460 16504# 3920 3920 4860 35105# 3870 3870 4830 35006# 3920 3920 4860 35107# 1820 1820 2460 1650由表 3、表 4

9、 可知，該橋在公路 -I 級荷載作用下不會出現(xiàn) 傾覆失 穩(wěn)。四55T 重車作用下抗傾覆計算A、抗傾覆軸線確實(shí)定B 抗傾覆計算結(jié)果箱梁抗傾覆平安系數(shù)為表 5 K 值計算結(jié)果表恒載支座反力 (KN 距傾覆軸距離 (m) S (m2 卩平安系數(shù) 限值3# 910 D1 4 205.8 0.229 3.4 1.34# 3920 D2 25# 3870 D3 26# 3920 D4 27# 910 D5 4表 6 荷載組合作用下支反力計算結(jié)果表墩臺號 荷載組合 支座反力 ( KN)最大彎矩 最小彎矩 最大剪力 最小剪力3# 標(biāo)準(zhǔn)組合 1820 1820 2460 16504# 3920 3920 4770 35105# 3870 3870 4740 35206# 3920 3920 4770 35107# 1820 1820 2460 1650由表 5、表 6 可知，該橋在 55T 重車作用下不會出現(xiàn)傾覆失 穩(wěn)。