摘 ?要：基于近年來在超載車輛作用下的傾覆事件，分析了橋梁傾覆破壞的原因。探討了汽車荷載，溫度，曲率半徑，支座設置等對獨柱墩曲線橋傾覆的影響。簡要介紹了抗傾覆穩(wěn)定性的計算方法。總結了曲線橋抗傾覆的應對措施，對今后獨柱墩曲線橋的抗傾覆加固提供參考。

關鍵詞：獨柱墩;曲線橋;傾覆;加固

1引言

隨著交通運輸事業(yè)的發(fā)展，對交通便利的要求越來越高。為滿足交通運輸?shù)男枰?，交錯復雜的交通路線就必然涉及到曲線橋。曲線橋擁有較好地適應路線、路形的限制，且曲線橋線形優(yōu)美的優(yōu)點。曲線橋多采用獨柱墩的下部結構形式，其受力特點復雜。受縱向彎曲與曲率的影響，曲線梁截面在發(fā)生豎向彎曲時，產(chǎn)生扭轉從而導致梁的撓曲變形，即為彎扭耦合現(xiàn)象。曲線橋即使在對稱荷載作用下也會產(chǎn)生較大的扭矩，產(chǎn)生內力差別，導致邊跨支座反力不一，甚至可能出現(xiàn)負值。此外，在嚴重偏載、超載的車輛荷載作用下，曲線梁橋還會有發(fā)生傾覆的風險[1]。

近年來不斷有獨柱墩曲線梁橋橫向傾覆倒塌事故的發(fā)生，2009年7月15日，津晉高速公路某匝道橋坍塌;2011年2月21日，浙江上虞春暉立交橋引橋發(fā)生傾覆等[2]。我國對獨柱墩曲線橋偏載下的傾覆問題有待進一步研究。本文將針對目前獨柱墩曲線橋存在的傾覆問題進行分析、總結，并提出應對措施，簡要介紹加固方法，對今后獨墩柱曲線橋的加固提供參考。

2獨柱墩曲線橋傾覆機理

梁橋的傾覆是一個剛體轉動的過程，在外界荷載作用下，由于內梁卸載外梁超載的作用，使得外梁荷載效應顯著增大，整個橋梁結構會繞著一個軸發(fā)生翻轉，最終傾覆失效。傾覆過程中結構會發(fā)生大變形，最后發(fā)散導致整個剛性梁體轉動滑落[3]。橋梁傾覆性破壞主要分為內因和外因，內因是自身結構的缺陷，外因是由橋面荷載分布不均引起。

2.1汽車荷載對獨柱墩曲線橋的影響

車輛超載現(xiàn)象導致許多橋梁經(jīng)常處于超負荷工作狀態(tài)。而且貨車通常都是結伴、靠右行駛，對于獨柱墩橋梁增大了傾覆失穩(wěn)的可能性，如圖1所示。

在外界荷載作用下，整個橋梁結構繞著一個軸發(fā)生翻轉，一旦達到翻轉的臨界狀態(tài)，梁橋結構就變成機動體系，從而導致整體式的傾覆破壞。

2.2溫度對獨柱墩曲線橋的影響

混凝土箱梁經(jīng)陽光照射后，受太陽照射的表面溫度變化大，而背面溫度變化小，且沿高度方向各纖維層的溫度有差異，從而產(chǎn)生所謂的溫度梯度。由于材料具有熱脹冷縮的性質，必然會產(chǎn)生溫度變形。當變形受到約束，結構產(chǎn)生相當大的溫度應力，甚至超過汽車活載作用下的應力[4]。在溫度長期作用下，曲線梁體因兩端約束，其中間位置在平面內緩慢向外側移動和轉動，升溫朝外移，降溫朝內移。再加上重力分力作用，移動到偏心一定量后，梁體開始整體向外側扭轉，梁體的水平分力大于支座的摩擦力，造成曲線梁體突然整體下滑。

2.3曲率半徑對獨柱墩曲線橋的影響

曲率半徑的變化對主梁扭矩產(chǎn)生的影響較為明顯。半徑小于300m時，扭矩影響尤為顯著;半徑大于300m時，其影響逐漸減弱，可近似采用直線橋梁進行模擬計算[5]。文獻[6]研究提出當橋梁曲線半徑R等于285m時，稱其為“危險半徑”。獨柱墩彎箱梁橋的橫向抗傾覆穩(wěn)定性差，傾覆軸線為兩端外側支座與獨柱墩支座連線，主梁很可能發(fā)生繞傾覆軸線的傾覆失穩(wěn)破壞。相應的示意簡圖如圖2所示。

傾覆軸線近似為支座a、c、d、e連線，此時橋梁的橫向抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)小，且量端內側支座有脫空傾向，說明其橫向抗傾覆穩(wěn)定性差，梁很可能發(fā)生繞傾覆軸線的傾覆失穩(wěn)破壞。

2.4支座設置對獨柱墩曲線橋的影響

曲線梁橋結構常用的支撐方式有圖3所示三種：中間點鉸支撐型式、間隔點鉸支撐型式和雙支座型式。

由于曲率的影響，中間采用單鉸支撐對于曲線結構是受力很合理的結構體系，通過單鉸支撐不僅優(yōu)化了下部結構空間，還能夠支撐梁體整體的受力與變形[7]。由于橋梁下部結構采用獨柱支承方式，因此支承點的位置對結構受力尤為重要。此外由于獨柱支承曲線梁橋中間支點抗扭能力弱，所以必須在橋梁兩端部設置抗扭支承，以增加橋梁的整體穩(wěn)定性[8]。

3抗傾覆穩(wěn)定性計算方法

《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62-2018）作了相關規(guī)定，上部結構采用整體式截面的獨柱墩橋梁在使用階段結構體系不應發(fā)生改變，并應按下列規(guī)定驗算橫橋向抗傾覆性能：在作用基本組合下，單向受壓支座始終保持受壓狀態(tài);當梁橋整聯(lián)只采用單向受壓支座支承時，應符合下式要求：

式中： 為穩(wěn)定系數(shù); 為穩(wěn)定力矩;為傾覆力矩。

4抗傾覆應對措施

（1）車輛超載是產(chǎn)生橋梁結構破壞的直接外因，要減少車輛超載的發(fā)生，也要控制多輛重車的排隊偏移行駛，從而降低彎橋傾覆的概率。（2）橋梁設計時，考慮日照溫差。力學模型應盡可能反映結構的受力情況，特別是邊界條件的模擬。（3）改善獨柱墩的橫向支座間隔，增加抗扭性能。如果是雙支座型式，需增加橫向支座間隔;如果是單點支撐形式，需對支座進行必要的外側移動，或直接將橋墩和梁體固結處理，從而降低橋梁傾覆的風險。（4）彎橋溫度變形較大時，對支座的適應變形要求高，設計中應選擇合理的支撐體系。通過預設偏心、增大支座橫向距離等措施，可以減少內外側支撐反力之差[9]。

在選取獨柱墩橋梁加固方法的時候，可以考慮獨柱墩加混凝土蓋梁改單支座為雙支座、獨柱墩固結、增設墩柱、更換支座等，綜合考慮各種加固方法的可靠性、經(jīng)濟性及實用性、加固效果等，通過多維度多角度對比分析后選取出最優(yōu)的加固方法。

5結語

隨著我國工程建設的快速發(fā)展，獨柱墩曲線橋梁的應用將會越來越廣泛。本文通過對獨柱墩橋梁的傾覆機理、抗傾覆性計算、抗傾覆穩(wěn)定性的影響因素以及獨柱墩橋梁的加固措施等問題進行分析，得出以下結論：

（1）梁體在溫度、收縮徐變、預應力等與汽車活載的多種組合作用下會導致結構的變形、爬移、轉角增大等病害。

（2）采用獨柱墩下部結構形式，橋梁的橫向抗扭性能降低，車輛偏載作用下很容易繞著轉動軸翻轉破壞。

（3）加固時可將多種加固方法靈活結合來對獨柱墩橋梁進行加固，從而獲得更好的加固效果。

參考文獻：

[1]項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]王偉康.獨柱墩曲線梁橋抗傾覆影響因素分析[D].中國鐵道科學研究院，2017.

[3]尹成章，周興林，李洞明.中小跨徑獨柱墩連續(xù)梁抗傾覆穩(wěn)定性分析研究[J].上海公路，2019（03）：28-30+4.

[4]李廣慧，余正武，王用中.曲線連續(xù)梁橋的病害與溫度效應[J].公路交通科技，2008（01）：58-63.

[5]鄭報文，張巍，施一春.曲率半徑對某曲線梁橋的內力影響分析[J].安徽建筑，2019，26（09）：135-136.

[6]曾燊平.獨柱墩箱梁橋抗傾覆影響因素分析及加固方法探討[D].華南理工大學，2018.

[7]胡小波.獨柱墩曲線梁橋抗傾覆穩(wěn)定性分析研究[J].工程建設與設計，2018（05）：100-102.

[8]何維利.獨柱支承的曲線梁橋設計[J]. 北京建筑工程學院學報， 2001（S1）：23-28.

[9]朱自明.某互通匝道橋病害原因分析及加固措施[J].福建建筑，2019（08）：81-84.

作者簡介：唐逸（1995—），男，漢，重慶人，工學碩士，西華大學建筑與土木工程學院 。