孫 東 （安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230011）

1 引言

隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公路和城市道路建設(shè)也取得了飛速的發(fā)展，作為道路重要組成部分的橋梁也得到了相應(yīng)的發(fā)展，跨越大江大河的長大橋梁和城市高架也相繼修建，為我們的交通運(yùn)輸和安全出行提供了更加舒適、便捷的服務(wù)。隨著多年的運(yùn)營，橋梁各種問題及病害也逐漸凸顯出來，尤其是橋梁安全問題越來越受到國內(nèi)外相關(guān)專家和學(xué)者的關(guān)注，近年來橋梁坍塌事故時有發(fā)生，給國家和社會帶來巨大的災(zāi)難和損失，引發(fā)了社會的廣泛關(guān)注，本文通過工程實例，采用有限元模型，分析橋梁傾覆過程和機(jī)理，通過Midas civil軟件模擬三跨連續(xù)梁不同工況下抗傾覆性能影響分析，找出影響箱梁傾覆性能的主要因素。

2 橋梁傾覆背景及技術(shù)分析

箱梁結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外市政高架、立交樞紐、公路互通匝道等結(jié)構(gòu)。為滿足通行要求，橋下受限時，常采用獨(dú)柱式橋墩結(jié)構(gòu)，減少占地空間，自2007年以來，橋梁傾覆事件時有發(fā)生。

事件一：2007年10月23日，內(nèi)蒙古包頭市民族東路與鐵路交叉的高架橋發(fā)生傾覆，該橋梁上部結(jié)構(gòu)為單跨簡支鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)為小間距雙支座＋花瓶墩，事發(fā)時三輛單車重約100t重車偏載通行，主梁繞中心軸一側(cè)支座傾覆，鋼主梁、混凝土橋墩無結(jié)構(gòu)性破壞；事件二：2009年7月15日，天津市津晉高速公路港塘收費(fèi)站800m外匝道橋坍塌，5輛載貨車墜落，該匝道橋上部結(jié)構(gòu)為17.5m＋22m＋22m＋17.5m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為單支座＋獨(dú)柱墩，傾覆事件發(fā)生時三輛單車重約140t重車偏載通行，整體倒塌，倒塌后橋梁結(jié)構(gòu)整體性基本完好；事件三：2010年11月26日，位于雨花臺區(qū)小行地鐵站附近南京城市快速內(nèi)環(huán)西線南延工程四標(biāo)段在B17—B18鋼箱梁防撞墻施工時，鋼箱梁發(fā)生傾覆，該橋梁為上部結(jié)構(gòu)為簡支鋼箱梁，橋梁下部結(jié)構(gòu)為小間距雙支座，事發(fā)時，受拉支座錨栓未灌漿，梁體與橋墩間無錨固連接，澆筑護(hù)欄產(chǎn)生了偏心荷載，使得鋼箱梁側(cè)翻墜落；事件四：2011年2月21日，浙江省紹興市上虞區(qū)境內(nèi)的春暉立交橋發(fā)生引橋坍塌，總長度120m，最高落差7m，該橋梁上部結(jié)構(gòu)為6m×20m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為單支座＋獨(dú)柱墩，事發(fā)時，三輛單車重約120t的重車偏載通行，梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)傾斜并向右側(cè)滑移，結(jié)構(gòu)整體性基本保持完好；事件五：2012年8月24日，哈爾濱陽明灘大橋發(fā)生垮塌事故，該橋上部結(jié)構(gòu)為36m＋50m＋36m鋼混組合結(jié)構(gòu)連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)為單支座＋獨(dú)柱墩，事發(fā)時，四輛單車重約120t重車偏載通行，主梁翻落至底面，結(jié)構(gòu)整體性基本完好；事件六：2015年6月19日，粵贛高速廣州往河源方向城南出口匝道橋突然斷裂坍塌，該橋上部結(jié)構(gòu)為3m×25m預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋，下部結(jié)構(gòu)為單支座＋獨(dú)柱墩，事發(fā)時，三輛單車重約120t重車偏載通行，主梁翻落至底面，結(jié)構(gòu)整體性基本完好。

從以上傾覆橋梁的結(jié)構(gòu)型式和傾覆發(fā)生時車輛統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，這些橋梁在結(jié)構(gòu)類型、事故原因和破壞特征基本相同，橋梁結(jié)構(gòu)型式主要為箱型截面，支承體系主要為單支座或小間距雙支座，事故原因是因為偏心荷載作用，以上幾種原因?qū)е聝A覆事件的發(fā)生。

3 概況

某跨河橋主橋采用（40+65+40）m變截面連續(xù)箱梁，上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室斷面，頂板寬度為18m，底板寬度為9.5m，采用斜腹板，箱梁支點梁高3.8m，跨中梁高2.0m，采用掛籃現(xiàn)澆施工。

4 計算模型

本文采用4種模型分別對橋梁進(jìn)行抗傾覆分析驗算，模型1（直線）橋臺采用雙支座，支座間距為6.5m，橋墩采用單支座；模型2（曲線半徑350m）橋臺采用雙支座，支座間距為6.5m，橋墩采用單支座；模型3（曲線半徑350m）橋臺采用雙支座，支座間距為6.5m，橋墩采用雙支座，支座間距為5m；模型4（曲線半徑350m）橋臺采用雙支座，支座橫向間距為8m，橋墩采用雙支座，支座橫向間距為7.5m。

圖1 4種有限元模型支座布置對比示意圖

5 抗傾覆驗算結(jié)果

下面分別對4種模型進(jìn)行抗傾覆驗算，驗算結(jié)果如圖2所示。

圖2 4種有限元模型抗傾覆驗算結(jié)果對比表

通過以上4種模型進(jìn)行對比分析，模型2橋墩采用單支座，抗傾覆驗算無法通過，而模型1、模型3和模型4抗傾覆驗算均能通過，且模型4的橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)比模型3大。由此可知，橋梁的傾覆性能不僅與橋梁結(jié)構(gòu)的線形有關(guān)，而且與支座布置間距有關(guān)，對于曲線梁橋及支座間距小的橋梁其抗傾覆性能將更不利。

6 結(jié)論與建議

通過以上有限元模型驗算結(jié)果對比可以看出，影響橋梁抗傾覆性能的因素主要包括橋梁的平面線形及曲線半徑、橫橋向支座數(shù)量、支座間距等因素，同時還包括橋梁抗扭跨徑、邊中跨比等因素。因此，我們在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計時應(yīng)綜合考慮以上主要影響因素，在條件允許的情況下，盡量采用雙支座或多支座，避免采用單支座，另外，曲線橋梁設(shè)計時應(yīng)盡量增大曲線半徑，使箱梁彎扭耦合效應(yīng)減小，提高橋梁抗傾覆性能。