鄧佳琦

華維設計集團股份有限公司，江西 南昌 330029

1 引言

獨柱墩因橋下空間利用率高、外形美觀廣泛應用于市政高架、立交樞紐、公路互通等地方，在橋墩中支點上布置單支座或間距較小的雙支座，這種橋梁近年以來已經(jīng)發(fā)生多起橋梁傾覆倒塌事故，其中大部分采取整體式箱型斷面，采用端橫梁雙支座、跨中單支座的支承體系，事故原因為重載車輛偏心荷載作用，傾覆發(fā)生前無明顯預兆，具有很強的隱蔽性，事故發(fā)生后上部主體結(jié)構(gòu)基本保持完好。

2 抗傾覆驗算原理分析

傾覆現(xiàn)象可以簡單的概述為，橋梁上部箱梁在極端活載偏心荷載的作用下，產(chǎn)生的偏載效應值大于結(jié)構(gòu)自身的恒載效應值，上部箱梁將繞某側(cè)支點發(fā)生轉(zhuǎn)動，進而導致傾覆失穩(wěn)的狀況。

支座脫空是箱梁發(fā)生傾覆的第一步工況，支座出現(xiàn)豎向力為零、失效后，梁體轉(zhuǎn)動導致另一側(cè)支座失去對扭轉(zhuǎn)變形的約束?？刂苾A覆風險時一方面要預留支座壓力儲備保證不發(fā)生脫空，另一方面要控制箱梁保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

傾覆橋梁的典型破壞流程為正常狀態(tài)、某個正常受壓支座出現(xiàn)豎向力為零、某排單向支座依次持續(xù)脫空、整聯(lián)梁體支承體系抗扭失效、梁體發(fā)生微小變形、梁體翻轉(zhuǎn)傾覆橋墩破壞。傾覆過程存在兩個典型的特征工況：工況1，箱梁的其中一個支座開始出現(xiàn)負反力；工況2，支座的的抗扭體系已經(jīng)全部失效?！豆A規(guī)》JTG 3362-2018中規(guī)定箱梁橋的支承體系應保持橫向穩(wěn)定，上部箱梁構(gòu)造受力應按下式進行抗傾覆驗算：

穩(wěn)定效應 ∑Sbk，i=∑Rgki×Li

失穩(wěn)效應 ∑Ssk，i=∑Rqki×Li

（2）需明確兩種工況驗算的荷載組合，工況1采用基本組合驗算，工況2采用標準組合驗算。

（3）明確需要進行抗傾覆驗算的結(jié)構(gòu)形式，需同時具備以下特征：采用單向受壓支座；采用整體式截面；簡支梁或連續(xù)梁橋（墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)形式或小箱梁等預制結(jié)構(gòu)無需進行抗傾覆驗算）。

對于穩(wěn)定效應和失穩(wěn)效應的計算方法，規(guī)范要求按照失效支座對有效支座的力矩計算，設計時僅需確定穩(wěn)定效應和傾覆效應對應的支座反力以及支座間距，即可方便的計算出穩(wěn)定及傾覆效應。

3 利用MIDAS軟件進行抗傾覆驗算對比

下面以某跨度45m+70m+45m混凝土連續(xù)梁橋為例，對比跨中單支座、雙支座（支座間距6m）情況下穩(wěn)定性。利用Civil軟件建立有限元模型。

對于工況1和工況2的驗算，重點是要準確提取結(jié)構(gòu)的支座反力結(jié)果，而活載反力的提取則需要考慮移動荷載的并發(fā)反力結(jié)果。Civil中默認的移動荷載反力輸出為每個支點反力的最值，即分別輸出按每個支點反力影響線峰值位置布置移動荷載的產(chǎn)生反力值。CDN的抗傾覆驗算結(jié)果分別輸出支座反力驗算表格和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)驗算表格，如表1、表2所示。其中Rgki為恒載反力值，Rqki為活載反力值?！芐bk，i為抗傾覆效應，∑Ssk，i為傾覆效應。

表1 工況1支反力驗算結(jié)果單、雙支座對比

表2 工況2穩(wěn)定系數(shù)驗算結(jié)果單、雙支座對比

通過對比兩種支座布置方案可以看出，當中墩采用連續(xù)單支點時，計算得到的橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小值為6.0，而采用雙支點方案時，計算得到的橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)最小值為31.6，因此采用雙支點方案更有利于提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能。

4 新建橋梁抗傾覆防控設計

4.1 箱梁橫向穩(wěn)定性能影響因素分析

影響上部箱梁橫向穩(wěn)定性能的因素包括：同一橋墩上布設的支座數(shù)量、雙、三支座橫向間距、道路平曲線轉(zhuǎn)彎半徑、整聯(lián)梁體抗扭跨徑、整聯(lián)梁體邊中跨比等。

新建橋梁的抗傾覆設計可從調(diào)整中墩支座受力體系、提高整體橫向穩(wěn)定性富余和設置額外約束三個方面考慮：

中墩單支座體系的橋墩可加固為墩梁固結(jié)，但改變了上部梁體結(jié)構(gòu)的約束條件，僅適用于高墩等柔性墩，需保證墩柱結(jié)構(gòu)配筋以滿足規(guī)范中的強度、裂縫驗算；加大端支點處雙支座間的距離，中墩單支座可加固為多支座，上部梁體結(jié)構(gòu)的約束條件保持不變，可以顯著提升梁體的抗傾覆性能，缺點是會影響橋梁下方已經(jīng)規(guī)劃好的預留空間，需保證墩柱對應的上部橫梁結(jié)構(gòu)配筋滿足規(guī)范中的強度、裂縫驗算；在端支點處設置額外橫向限位、防轉(zhuǎn)動裝置，提供額外約束讓梁體保持穩(wěn)定，在梁體有傾覆危險的時候保證不發(fā)生落梁的惡劣事件。

4.2 抗傾覆防控措施

設計階段擬定結(jié)構(gòu)時應注意：橋墩宜采用橫向多支座體系，支座橫向間距盡量拉開；當下部橋墩結(jié)構(gòu)受場地條件約束時，中支點墩柱只能采用獨柱墩單支座體系時，不宜在同一聯(lián)連續(xù)設置獨柱墩。過渡墩和橋臺處宜設置可靠的限位措施，防止落梁。

運營階段需要注意以下措施：應進行現(xiàn)狀檢測和驗算評估，然后根據(jù)抗傾覆性能做綜合整治；避免重載貨車密集、靠邊排隊；養(yǎng)護維修過程，避免施工堆載和施工車輛靠邊停放。

5 已建橋梁抗傾覆加固方案

基于理論及實例分析驗算，為確保箱梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，可采取以下方案對建成橋梁進行加固設計：

方案一：中墩放棄原有單支座，改設雙支座。邊墩處加大支座間距，復核支反力計算，保證在極端不利的工況下支座不出現(xiàn)負反力，保證兩側(cè)支座均處于受壓狀態(tài)，上部梁體橫向分析保持穩(wěn)定狀態(tài)。

方案二：對整聯(lián)梁體進行頂升施工，將普通受壓支座更換成拉壓支座，但混凝土梁橋更換支座難度較大，在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中適用范圍更廣。

方案三：設置梁體抗拔鋼筋，幾乎不影響結(jié)構(gòu)原有受力模式，但施工復雜，難度大，需破除橋面鋪裝、封閉交通，僅在所需拉力較小的情況下適用。

6 結(jié)論

連續(xù)獨柱墩橋梁具有很多優(yōu)點，但在極端偏心作用下，容易發(fā)生由支座失效引發(fā)的箱梁傾覆事故，本文結(jié)合規(guī)范及工程實例，對箱梁抗傾覆能力進行了分析，并提出了設計階段需要重視的措施及已建成橋梁的加固處理方案，以防事故的發(fā)生。