曲線梁橋抗傾覆問題的探討

1、曲線梁橋抗傾覆問題的探討 【摘要】近年來發(fā)生多起曲線梁橋傾覆事件和不同程度的支座脫空問題，本文主要探討了曲線梁橋的理論分析方法和國內(nèi)抗傾覆設計的規(guī)范規(guī)定，同時將公路規(guī)范與鐵路規(guī)范進行對比。 【關鍵詞】傾覆；支座脫空；加固處理 1 引言 曲線梁橋能很好地克服地形、地物的限制，可以讓設計者較自由地發(fā)揮自己的想象，通過平順、流暢的線條給人以美的享受。但是曲線梁橋的受力比較復雜。在曲梁中，由于存在較大的扭矩，通常會出現(xiàn)“外梁超載，內(nèi)梁卸載”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在小半徑的寬橋中特別明顯。另外，由于曲梁內(nèi)外側(cè)支座反力有時相差很大，當活載偏置時，內(nèi)側(cè)支座甚至會出現(xiàn)負反力，如果支座不能承受拉力，就會出現(xiàn)梁體與支座

2、發(fā)生脫離的現(xiàn)象，通常稱為“支座脫空”。 近年來，發(fā)生過多起橋梁整體倒塌事故，如2007年10月23日，三輛拉運鋼板的奔馳半掛牽引重型貨車和一輛轎車由南向北行駛至包頭市民族東路高架橋上時，橋面突然發(fā)生傾斜，導致兩輛載重汽車和一輛轎車隨路面傾斜滑到橋底（如圖1）。 2009年7月15日津晉高速港塘互通立交匝道橋倒塌事故（如上圖2）。其直接原因是：在單車道的a匝道橋上，為避讓前方逆行車輛，3輛嚴重超載車輛密集停置并偏離行車道，車輛外輪距離右側(cè)護欄內(nèi)緣小于1米，從而形成巨大偏載，導致橋梁梁體向右側(cè)傾斜而引起橋梁倒塌。 發(fā)生此類事故的橋梁大多有以下共同點：（1）整體式箱形梁橋；（2）直線橋或平曲線半徑較

3、大；（3）重載車靠行進方向右側(cè)邊緣行駛或停留；（4）倒塌橋梁大多是長橋，采用了獨柱墩單支點設計，端橫梁處雙支座間距較??；（5）破壞形式表現(xiàn)為整體傾斜倒塌。 此類事故的接連發(fā)生也引起橋梁專業(yè)人士對曲線梁橋抗傾覆問題的討論和深思。 2 曲線梁橋理論分析方法 在進行曲線梁橋的空間分析時，將其分解為橫橋向和縱橋向兩個方向來進行處理，這樣可以簡化工作量。 橫橋向的求解主要是采用橫向分布方法求出橫向分布系數(shù)，主要采用以下三種方法： （1）梁格理論 梁格理論假定曲線梁橋結(jié)構(gòu)中的主梁與橫隔梁是處于彈性支撐關系的格構(gòu)上，利用結(jié)點的撓度和扭角關系找出結(jié)力點，然后求出橫向分布系數(shù)4。 （2）梁系理論 將曲線梁橋沿縱

4、向劃分成各個主梁單元，橫隔梁的剛度均勻的分布在橋面板上，主梁之間的連接用贅余力表示，然后用力法求解。 （3）比擬正交異性曲板理論 將曲線橋結(jié)構(gòu)的主梁與橫梁的剛度分別在橋的縱向和橫向均攤模擬成扇形正交異性板，以扇形的撓曲微分方程為基礎求解57。 縱橋向的分析主要采用以下分析方法： （1）結(jié)構(gòu)力學法 將曲線梁模擬成桿件系統(tǒng)，然后了利用結(jié)構(gòu)力學的知識理論直接求出梁的內(nèi)力和變形。 （2）曲桿有限元法 一般采用八自由度的曲桿有限元法。每個節(jié)點4個自由度即、和。 （3）能量法 求得曲線梁橋的總勢能，再利用變分原理分析曲線梁橋的內(nèi)力和位移。 3 設計規(guī)范對曲線梁橋抗傾覆的規(guī)定 3.1鐵路規(guī)范 3.2公路規(guī)范

5、 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（jtg d62-2004）中沒有明確規(guī)定抗傾覆問題的設計，只是要求支座不能脫空。公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（jtg d62-2014征求意見稿）中對橋梁抗傾覆問題做了一些不補充。在抗傾覆分析前要滿足一下基本假定： （1）主梁和橋墩要滿足強度要求，避免橋梁傾覆前發(fā)生強度破壞。 （2）主梁和橋墩要滿足剛度要求，避免橋梁傾覆前發(fā)生穩(wěn)定性破壞。 （3）橋臺和橋墩為單向支撐。 （4）假設支座為理想點不考慮其支撐面積。 對于曲線梁橋，首先要確定它的傾覆軸線的位置。當橋墩的支座全部位于橋臺外側(cè)支座連線的內(nèi)側(cè)時，橋臺外側(cè)支座的連線即為傾覆軸線。當橋墩的

6、支座全部位于橋臺外側(cè)支座連線的外側(cè)時，傾覆軸線為橋臺外側(cè)支座與跨中支座的連線或者跨中橋墩支座的連線。對于同一座曲線梁橋，它的傾覆軸線可能是多條，這時需要進行多種工況分析以確定最不利情況。曲線梁橋的抗傾覆穩(wěn)定驗算公式如下（公式3.4）： 3.3公路橋規(guī)與鐵路橋規(guī)的聯(lián)系與不足 公路橋規(guī)的抗傾覆系數(shù)2.5主要是根據(jù)鐵路橋規(guī)中的抗傾覆設計并根據(jù)實際公路中的交通情況，以55t的密集車隊作為載荷進行上部結(jié)構(gòu)的驗算，然后在將55t的密集車隊轉(zhuǎn)換到公路一級荷載最終確定了橋梁的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.5。然而將鐵路橋規(guī)應用于公路橋規(guī)中還有些需要考慮的地方： （1）鐵路中的車道數(shù)量少而且行車穩(wěn)定，公路的車道較多，行駛

7、的車輛種類數(shù)量也不斷變化有時會超出設計的允許載重； （2）鐵路橋梁橋面窄，梁高，橋面上的軌道自重大對橋梁的傾覆穩(wěn)定十分有利。公路橋梁橋面寬，梁低，自重也相對較小對橋梁的傾覆穩(wěn)定不利； （3）公路橋梁為美觀設計以及橋下凈空的要求通常設置獨柱墩且墩頂支座橫向間距較小。 （4）鐵路橋規(guī)中的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.3，可以理解為超載達到30%即傾覆彎矩達到臨界值。在公路橋梁中超載是一個很嚴重的問題，有些車輛的超載甚至能達到100%-200%。 （5）鐵路橋梁中并沒有區(qū)分簡支梁橋和連續(xù)梁橋在抗傾覆方面的區(qū)別，同時也沒有具體說明曲線梁橋的抗傾覆穩(wěn)定問題。 4 總結(jié) 曲線梁橋設計時應注意以下方面： （1） 連續(xù)

8、箱梁下部不宜采用獨柱墩。 （2） 當必須設置獨柱墩時，盡量減少獨柱墩的數(shù)量，避免采用連續(xù)設置獨柱墩的方案。 （3） 下部采用獨柱墩的箱梁，上部不宜采用重量輕的結(jié)構(gòu)，如鋼箱梁、鋼混疊合梁，宜采用混凝土箱梁。 （4） 非獨柱墩的墩臺支座大間距布置。 （5） 非獨柱墩的墩臺支座設置在蓋梁上時，支座中心線應與橋墩柱軸線重合或盡量靠近，使支座反力直接傳遞到下部，使蓋梁成為一個“只傳力，不受力”的構(gòu)件。 （6） 國內(nèi)改裝車多、車輛超載的現(xiàn)象比較普遍，設計時應保證結(jié)構(gòu)有一定的安全儲備。 同時，為避免曲線梁橋出現(xiàn)倒塌事故，曲線梁橋運營過程中應加大管理力度，嚴禁嚴重超載車輛上橋，嚴禁車輛改裝。 參考文獻： 1.

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