独柱桥梁抗倾覆的稳定性分析与加固设计方法

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1、独柱墩连续梁桥抗倾覆的稳定性分析与加固设计方法摘要：在桥梁工程建设中，现浇连续箱梁的独柱墩因具有良好的抗扭刚度、整体性以及视觉通透性等特点被广泛应用。但其限制横向偶然偏心荷载能力较弱，加之设计时对连续梁桥横向稳定性分析深度不足，常导致后期桥梁运营阶段出现连续梁桥上部结构横向侧移甚至倾覆。基于此，对独柱墩连续梁桥的抗倾覆的稳定性分析以及加固设计方法进行探讨。关键词：独柱墩；连续梁；抗倾覆稳定性分析；加固设计国内在2007年之前的设计中对于验算独柱墩桥梁进行研究中，往往对其上部结构纵向和竖向静力和动力模型分析的较为透彻，但对基本可变荷载过渡到横向偶然偏心荷载的影响没有引起足够重

2、视及我国行业规范的抗倾覆系数取值较低等原因的制约。再加之我国车辆超载情况严重，常使得桥梁常处于超负荷的工作状态。当偏心偶然荷载过大时，独柱桥梁就会[1]倒塌倾覆，危及国民生计安全，因此对独柱墩连续梁桥抗倾覆稳定性研究至关重要。1工程概况某独柱墩桥梁，左右分幅，上部结构为8×20m单箱双室预应力混凝土连续箱梁，四跨一联，桥面宽度11.6m，下部结构为钢筋混凝土独圆柱墩，墩台联端设置悬挑式盖梁。桥梁的曲线半径为90m,箱梁的截面积大小为6×20，支座数量为20个。2抗倾覆验算分析2.1验算说明（1）当桥梁一侧横向偶然偏心荷载超过其自身抗倾覆能力时，另侧梁底支座即产生负支撑反力，

3、直至支座脱空，当横向偶然偏心荷载作用力矩达到并超过整联结构抗倾覆力矩时，桥跨即可能出现倾覆。上部结构抗倾覆验算稳定系数应满足如下条件：ss/2.5qfbkbk在上式中各字母所代表的含义表示如下：表示抗倾覆稳定系数；s表示的含义是qfbk汽车荷载（含冲击作用下）标准值；s表示上部结构稳定的作用效应标准组合值。在作用sk标准值组合下，桥梁单向受压支座不能处于脱空状态。（2）在弯桥区域，如果联内桥墩中所有的支座都处于支座连线内侧以及桥台外侧时，倾覆轴线则应根据桥台外侧支座连线进行确定；如果联内桥墩的所有支座不仅在桥台的外侧处，而且还在支座连线外侧时，倾覆轴线的确定则要依据

4、跨中桥墩支座连线的位置确定。连续梁桥的抗倾覆稳定系数公式如下：RXGliqf(1)(qpe)kk在该式中：——倾覆轴线与横向加载车道所组成的面积大小；e——横向加载车道与倾覆轴线之间的最大垂直距离。而且箱梁桥的抗倾覆系数应大于2.5。对连续梁桥的整个倾覆阶段进行分析时发现联端偏载另侧的支座较易发生脱空，倾覆发生的同时结构受力体系也会发生一定的改变。因此，[2]在汽车荷载冲击作用下，支座脱空现象是不允许发生的。由于支座处于脱空状态是桥梁发生倾覆的前提，所以在判断桥梁是否会产生倾覆时，可以通过检查汽车荷载影响下支座是否出现脱空来进行判断，当支座没有脱空，并且还有

5、比较大的富余量时，以此为依据来判断该桥是否会出现倾覆的情况。本桥的试验时，使用了3辆400KN的车辆进行加载，后轴轴重300KN,前轴轴重100KN,对右幅第一联第1、2、3#支撑桥跨进行偏载试验。本次试验共分三各阶段加载：①使用3辆加载车辆对1#墩柱进行偏离载；②将3辆加载车辆紧偏右侧首尾连接分别从1、2、3号刚接独柱通过；③将3辆加载车辆紧偏左侧首尾连接分别从从1、2、3号刚接独柱通过。2.2测试结果（1）对箱梁的横向倾覆位移进行实际测试并对结果进行分析。主要测试内容包括：在偏载作用下，分别对左、右幅中横向箱梁边缘进行了倾覆位移测试，在工况一作用下，1#、5#拉绳传感器

6、则处于受压测，而2#传感器则处于受拉一侧。在工况二作用下，拉绳传感器的具体读数见表1，当在工况二作用下，所测得位移数见表2。表1左侧加载传感器位移传感器编号1号2号5号初读数30.241.230.6最大读数23.241.823.5位移值-6.10.7-7.2表2右侧加载传感器位移传感器编号2号5号初读数49.128.9最大读数5421.3位移5-7.7右幅加载的倾覆位移远远大于左幅加载时所产生的倾覆位移。当进行右幅加载的过程中，非加载侧支座处上翘位移为4.99mm时，表明桥梁存在一定的安全隐患。（2）对混凝土柱应变测试结果的综合分析。在工况二作用下，3#墩柱应变曲线如图1所

7、示，通过对测试结果的分析，我们发现当偏载车的载重量在1200KN时，连接3#墩柱箱梁的左幅最大拉应变达到210，最大压应变为-100；但相比较右幅与左幅的应变值相差甚远，由此也表明北幅刚接处出现一定的异常现象。图1刚接独柱墩实测应变分析结果3箱梁横向倾覆有限元分析按照横向倾覆位移所获得的实测数据，进行系统、全面的分析再经动力有限元建模模型的修正，我们取得了准确的结构力学模型。对空间有限元的具体分析以及结构稳定性数据的计算得出承载重量在1200KN的汽车受自身重力下挠度等值线的表示方法，见图2所示。通过对有限