鄭亮亮 吳志隆

作者簡介：

鄭亮亮（1989—），工程師，碩士，主要從事橋梁檢測及加固設(shè)計工作;

吳志?。?988—），工程師，碩士，主要從事橋梁檢測及加固設(shè)計工作。

文章以廣西某高速公路互通立交匝道橋梁抗傾覆加固設(shè)計項目為依托，按照新規(guī)范對該橋加固前后的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)進行驗算。計算結(jié)果表明，在該橋獨柱墩上增設(shè)輔助支座的加固措施對于提升橋梁整體抗傾覆能力的效果較為明顯。通過從安全、經(jīng)濟、美觀等方面比選抗傾覆加固設(shè)計方案，最終確定薄壁花瓶墩支撐法作為實施方案，可為類似在役獨柱墩曲線連續(xù)梁橋的抗傾覆驗算和加固設(shè)計提供借鑒和參考。

橋梁;獨柱墩;抗傾覆驗算;加固設(shè)計

U442.5A421474

0 引言

獨柱墩曲線連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)簡單、造價經(jīng)濟、對橋下空間要求低等特點，一直以來在高速公路匝道橋中得到廣泛應(yīng)用[1]。但近年由于運輸車輛超載嚴重引起獨柱墩橋梁整體性側(cè)翻傾覆的重大交通安全事故屢見不鮮，不僅造成了人員生命安全和財產(chǎn)的重大損失，還帶來了負面的社會影響，一時間獨柱墩橋梁安全問題成為討論的焦點。

本文依托廣西區(qū)內(nèi)某高速公路互通立交匝道橋梁抗傾覆加固設(shè)計項目，根據(jù)交通部頒布實施的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）[2]（以下簡稱《新規(guī)范》），采用結(jié)構(gòu)整體靜力有限元分析的方法，通過模擬在該橋獨柱墩上增設(shè)輔助支座，對其加固前后的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)進行計算比較，驗證加固措施對橋梁整體抗傾覆能力的改善情況，并從安全、經(jīng)濟、美觀等方面對抗傾覆加固設(shè)計方案進行比選確定，可為類似橋梁的抗傾覆驗算和加固設(shè)計提供借鑒和參考。

1 工程簡介

該橋為廣西某高速公路樞紐互通內(nèi)C匝道跨越另一條高速公路及B匝道而設(shè)的跨線橋，跨徑組合為（27+35+27） m，橋梁全長75.5 m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，1#、2#橋墩采用柱式墩臺，樁基礎(chǔ)。橋臺、橋墩采用GPZ（Ⅱ）型盆式橡膠支座。0#、3#橋臺采用GQF-E60伸縮縫。該橋平面位于左偏緩和曲線上，縱斷面縱坡為-3.98%，墩臺等角度布置。荷載等級為公路-Ⅰ級，橋面凈寬為1×11 m。詳見下頁圖1～3。

2 抗傾覆驗算

2.1 抗傾覆驗算原則

在《新規(guī)范》第4.1.10條中對結(jié)構(gòu)體系采用整體式箱形截面連續(xù)梁橋的傾覆破壞全過程明確了兩個逐漸遞進的特征狀態(tài)：橋梁的某一單向受壓支座開始脫空失效即為特征狀態(tài)1;橋梁失去所有抗扭變形約束并處于受力平衡極限狀態(tài)時即為特征狀態(tài)2。對于特征狀態(tài)2，采用與擋土墻、剛性基礎(chǔ)類似的橫向傾覆驗算模型，按照式（1）計算抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。

∑sbk，i∑ssk，i≥kqf（1）

式中：kqf ——橫向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取kqf=2.5;

∑Sbk，i——使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)設(shè)計值;

∑Ssk，i——使上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的效應(yīng)設(shè)計值。

2.2 結(jié)構(gòu)分析計算及參數(shù)的選取

該橋按照式（1）計算抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)為1.51，小于規(guī)定的2.5，不滿足《新規(guī)范》要求。為此考慮在1#、2#橋墩處增設(shè)內(nèi)外支座以提高該橋抗傾覆能力。為了解增設(shè)支座后箱體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，采用Midas Civil軟件建立該橋上部結(jié)構(gòu)有限元模型，進行結(jié)構(gòu)整體靜力計算分析。各結(jié)構(gòu)桿件采用梁單元模擬，邊界條件按實際情況采用彈性連接模擬，共建立118個節(jié)點、97個梁單元（見圖4）。根據(jù)橋梁施工流程劃分結(jié)構(gòu)計算階段，驗算結(jié)構(gòu)在車道荷載內(nèi)偏、車道荷載外偏作用下抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)是否符合規(guī)范要求。

計算參數(shù)：混凝土容重為26 kN/m3，二期恒載包括橋面鋪裝（42.9 kN/m）和防撞護欄（單邊為9.1 kN/m），汽車荷載采用公路-Ⅰ級。

2.3 抗傾覆驗算結(jié)果

模擬該橋在1#、2#橋墩處增設(shè)內(nèi)外支座后，橋梁結(jié)構(gòu)分別在車道荷載內(nèi)偏和車道荷載外偏作用下抗傾覆驗算結(jié)果如表1和表2所示。

3 抗傾覆加固設(shè)計方案

本著工程措施方案行之有效、工程造價經(jīng)濟實用的原則，根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標準，對該橋進行抗傾覆加固設(shè)計，設(shè)計方案如下。

3.1 方案一：三柱式支撐法

由圖5可知，在1#、2#獨柱墩與橋軸線垂直的方向左右側(cè)增設(shè)混凝土墩柱，在墩柱上增設(shè)輔助支座，箱梁在該處由原來的單支座變?yōu)槿ё?，增設(shè)的輔助支座在恒載作用下不受力，原墩頂支座為主要受力支座。當車輛在最不利位置導(dǎo)致箱梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時，由新增墩柱上的支座提供一定的反力，在保證橋墩安全的前提下提高箱梁抗傾覆能力。

3.2 方案二：薄壁花瓶墩支撐法

由圖6可知，在1#、2#獨柱墩周邊外包混凝土形成薄壁花瓶墩，在花瓶墩上增設(shè)輔助支座，箱梁在該處由原來的單支座變?yōu)槿ё?，增設(shè)的輔助支座在恒載作用下不受力，原墩頂支座為主要受力支座。當車輛在最不利位置導(dǎo)致箱梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時，由新增花瓶墩上的支座提供一定的反力，在保證橋墩安全的前提下提高箱梁抗傾覆能力。

3.3 設(shè)計方案比選

由表3可知，兩個抗傾覆加固設(shè)計方案均能滿足現(xiàn)行《新規(guī)范》抗傾覆要求。薄壁花瓶墩支撐法方案具有外形美觀、施工較便利、經(jīng)濟性較好、無須后期維護，同時抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)大等特點，故推薦為實施方案。

4 結(jié)語

通過對廣西某高速公路互通立交匝道橋梁進行抗傾覆驗算和加固設(shè)計，可以得出以下幾點結(jié)論：

（1）按照《新規(guī)范》對該橋進行抗傾覆驗算，發(fā)現(xiàn)其抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)不滿足要求，需進行抗傾覆加固設(shè)計。

（2）通過模擬在該橋獨柱墩上增設(shè)輔助支座，并采用結(jié)構(gòu)整體靜力有限元分析的方法確定加固后該橋的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。計算結(jié)果表明，該加固措施對于提升橋梁整體抗傾覆能力的效果較為明顯。

（3）從安全、經(jīng)濟、美觀等方面對抗傾覆加固設(shè)計方案進行比選，最終確定薄壁花瓶墩支撐法作為實施方案，可為類似在役獨柱墩曲線連續(xù)梁橋的抗傾覆驗算和加固設(shè)計提供借鑒和參考。

[1]梁 峰.三跨獨柱連續(xù)梁橋抗傾覆能力研究[J].公路，2009，10（10）：40-43.

[2]JTG 3362-2018 ，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].