■楊慶嶸 張玥（內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，包頭014010）

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獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析

■楊慶嶸 張玥
（內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，包頭014010）

獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋憑借自身優(yōu)點(diǎn)被橋梁工程廣泛應(yīng)用，但其在偏心偶然超載作用下，很容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。本文以（20+32+20）m混凝土連續(xù)箱梁為實(shí)例，介紹了連續(xù)彎箱梁橋的特點(diǎn)，并利用相關(guān)軟件模擬半徑和支座布置對(duì)獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋穩(wěn)定性的影響作用，為同類工程設(shè)計(jì)提供必要的技術(shù)參考。

獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋穩(wěn)定性模擬分析

0引言

獨(dú)柱墩橋梁由于具有結(jié)構(gòu)輕巧、易適應(yīng)地形、整體結(jié)構(gòu)美觀等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市立交橋、城市高架橋以及匝道橋上。但由于獨(dú)柱墩墩頂較窄，使得墩頂支座橫向間距很小，甚至只能采用單支座支承，這種結(jié)構(gòu)在汽車超重偏載作用下，對(duì)傾覆穩(wěn)定性非常不利。同時(shí)由于曲線梁橋受曲率的影響產(chǎn)生了扭矩，梁體結(jié)構(gòu)發(fā)生彎扭組合變形，且截面還伴隨有的翹曲和畸變。隨著曲線梁橋傾覆事故的出現(xiàn)，使得社會(huì)各界對(duì)它的橫向抗傾覆穩(wěn)定性能給予極大的關(guān)注和重視。

1連續(xù)彎箱梁橋的受力特點(diǎn)

彎箱梁橋的主體結(jié)構(gòu)為頂板、腹板、底板和加勁肋等，根據(jù)承重結(jié)構(gòu)的不同又分為簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋。其中簡(jiǎn)支梁橋?qū)儆陟o定結(jié)構(gòu)，各跨單獨(dú)受力；而連續(xù)梁橋?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小等優(yōu)點(diǎn)，因而被更廣泛的應(yīng)用。此外，連續(xù)彎箱梁橋在受力時(shí)有如下特點(diǎn)：

（1）主梁對(duì)彎曲和扭轉(zhuǎn)有較大的抵抗力，而且由于主要結(jié)構(gòu)上下面有著相似結(jié)構(gòu)，使橋梁能夠承受相近的正負(fù)彎矩作用；

（2）連續(xù)箱梁在受力時(shí)各跨會(huì)分擔(dān)載荷，會(huì)大大減小橋主梁畸變的產(chǎn)生，從而保證橋梁的穩(wěn)定性；

（3）當(dāng)連續(xù)箱梁產(chǎn)生縱向彎曲時(shí)，由于縱向彎曲載荷作用而出現(xiàn)“剪力滯”現(xiàn)象，由此看出連續(xù)箱梁橋剪切變形分布具有較明顯的不均勻性。

2工程概況

某聯(lián)混凝土續(xù)箱梁的孔徑布置為（20+32+20）m；橋面寬度為2×0.5m（防撞墻）+凈11.0m；橋面鋪裝為10cm厚C50混凝土；支座布置為獨(dú)柱墩，設(shè)單支座，橋臺(tái)設(shè)雙支座，橫向間距6.5m；主梁構(gòu)造為C50混凝土，單箱雙室截面，跨中截面尺寸如圖1所示。

圖1　跨中截面尺寸（單位：cm）

3獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析

3.1模型的建立

本文運(yùn)用midas梁格法建模助手建立彎橋模型，支座單元上部節(jié)點(diǎn)與主梁采用剛性連接，支座單元上下節(jié)點(diǎn)采用彈性連接，輸入剛度模擬實(shí)際板式橡膠支座，其具體參數(shù)如下表1所示。支座單元局部坐標(biāo)及支座布置形式分別見下圖2和圖3所示。

表1　板式橡膠支座具體剛度

圖2　支座單元局部坐標(biāo)

圖3　支座布置形式

3.2半徑對(duì)支座轉(zhuǎn)角的影響模擬分析

為對(duì)支座轉(zhuǎn)角進(jìn)行對(duì)比分析，分別設(shè)立如下三種工況：工況1，公路-I級(jí)車道荷載；工況2，1.3倍公路-I級(jí)車道荷載；工況3，55t車輛組成的3輛密集排列車隊(duì)，車隊(duì)縱向相鄰車輛前后軸的間距為3.2m。橋墩支座轉(zhuǎn)角是在荷載組合：支座沉降+恒荷載+徐變二次+收縮二次+車輛下取得最小值。橋梁半徑分別設(shè)立50m、100m、150m、 157.5m、165m、200m、300m、500m、800m。

在此采用橋墩支座處轉(zhuǎn)角來分析橋梁半徑對(duì)支座轉(zhuǎn)角的影響。在三種工況下靠近車輛駛?cè)胫髁悍较虻?號(hào)橋墩支座轉(zhuǎn)角和遠(yuǎn)離車輛駛?cè)胫髁悍较虻?號(hào)橋墩支座轉(zhuǎn)角變化曲線如下圖4所示。

根據(jù)圖4可知，3號(hào)與4號(hào)支座的半徑越大，其轉(zhuǎn)角越小。而橋墩支座轉(zhuǎn)角越大，橋臺(tái)內(nèi)外側(cè)支座反力越不均勻，支座也越容易脫空，這在橋梁使用過程中是不允許發(fā)生的。工況三作用下橋墩支座處轉(zhuǎn)角要明顯大于其他工況，其支座越易發(fā)生脫空?？梢娭剌d車隊(duì)作用于橋梁外側(cè)車道是獨(dú)柱墩箱梁發(fā)生傾覆的直接原因。

3.3支座布置對(duì)橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響模擬分析

3.3.1橋臺(tái)支座間距對(duì)橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響

對(duì)于獨(dú)柱墩橋梁來說，改變支座布置形式是提高其抗傾覆穩(wěn)定性的重要途徑。在此通過設(shè)置不同橋臺(tái)支座間距來模擬其對(duì)橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響，間距分別設(shè)置為6.5m、6.7m、6.9m、7.1m，模擬結(jié)果（部分）如下表2所示。

圖4　橋墩支座轉(zhuǎn)角變化曲線

由表2可知：增大支座間距，橋墩處的支座轉(zhuǎn)角總體是減小的，有利于橋臺(tái)支座反力分布均勻，降低支座脫空的可能性，增大獨(dú)柱墩彎梁橋的抗傾覆穩(wěn)定性。但其趨勢(shì)并不明顯。

3.3.2不同橋墩支座外側(cè)預(yù)偏心對(duì)橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響

分別設(shè)置橋墩外側(cè)偏距分別0.1m、0.2m的梁格模型，計(jì)算橋墩處支座轉(zhuǎn)角變化情況（部分）如下表3所示。

表2　不同支座間距下橋墩支座轉(zhuǎn)角變化（部分）

表3　不同橋墩支座外側(cè)預(yù)偏心對(duì)橋墩支座轉(zhuǎn)角的影響（部分）

由表3可知：設(shè)置橋墩外側(cè)支座預(yù)偏心可以有效減少橋墩支座轉(zhuǎn)角，支座預(yù)偏心設(shè)置越大，橋墩支座轉(zhuǎn)角減小越多，這也表明橋臺(tái)支座反力分布會(huì)越均勻，有利于支座的穩(wěn)定。設(shè)置0.2m橋墩支座預(yù)偏心與設(shè)置0.1m橋墩支座預(yù)偏心相比，其橋墩支座轉(zhuǎn)角平均提高20%，因此得出設(shè)置橋墩預(yù)偏心是降低橋墩支座轉(zhuǎn)角的有效方法。

4結(jié)束語

本章通過對(duì)板式橡膠支座的抗傾覆穩(wěn)定性模擬分析，得出以下結(jié)論：（1）雖然增大橋臺(tái)支座間距會(huì)使橋墩支座轉(zhuǎn)角減小，但其效果并不明顯；（2）增大橋墩支座預(yù)偏心可以有效減小橋墩支座轉(zhuǎn)角，且設(shè)置0.2m預(yù)偏心的轉(zhuǎn)角要比0.1m預(yù)偏心平均減小20%左右。因此，設(shè)置預(yù)偏心是當(dāng)前提高獨(dú)柱墩連續(xù)彎箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性的重要途徑。

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