獨柱橋梁抗傾覆的穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計方法

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1、獨柱墩連續(xù)梁橋抗傾覆的穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計方法摘要：在橋梁工程建設(shè)中，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的獨柱墩因具有良好的抗扭剛度、整體性以及視覺通透性等特點被廣泛應(yīng)用。但其限制橫向偶然偏心荷載能力較弱，加之設(shè)計時對連續(xù)梁橋橫向穩(wěn)定性分析深度不足，常導(dǎo)致后期橋梁運營階段出現(xiàn)連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)橫向側(cè)移甚至傾覆?；诖耍瑢Κ氈者B續(xù)梁橋的抗傾覆的穩(wěn)定性分析以及加固設(shè)計方法進行探討。關(guān)鍵詞：獨柱墩；連續(xù)梁；抗傾覆穩(wěn)定性分析；加固設(shè)計國內(nèi)在2007年之前的設(shè)計中對于驗算獨柱墩橋梁進行研究中，往往對其上部結(jié)構(gòu)縱向和豎向靜力和動力模型分析的較為透徹，但對基本可變荷載過渡到橫向偶然偏心荷載的影響沒有引起足夠重

2、視及我國行業(yè)規(guī)范的抗傾覆系數(shù)取值較低等原因的制約。再加之我國車輛超載情況嚴(yán)重，常使得橋梁常處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)。當(dāng)偏心偶然荷載過大時，獨柱橋梁就會[1]倒塌傾覆，危及國民生計安全，因此對獨柱墩連續(xù)梁橋抗傾覆穩(wěn)定性研究至關(guān)重要。1工程概況某獨柱墩橋梁，左右分幅，上部結(jié)構(gòu)為8×20m單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，四跨一聯(lián)，橋面寬度11.6m，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土獨圓柱墩，墩臺聯(lián)端設(shè)置懸挑式蓋梁。橋梁的曲線半徑為90m,箱梁的截面積大小為6×20，支座數(shù)量為20個。2抗傾覆驗算分析2.1驗算說明（1）當(dāng)橋梁一側(cè)橫向偶然偏心荷載超過其自身抗傾覆能力時，另側(cè)梁底支座即產(chǎn)生負(fù)支撐反力，

3、直至支座脫空，當(dāng)橫向偶然偏心荷載作用力矩達到并超過整聯(lián)結(jié)構(gòu)抗傾覆力矩時，橋跨即可能出現(xiàn)傾覆。上部結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)滿足如下條件：???ss/2.5qfbkbk在上式中各字母所代表的含義表示如下：?表示抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；s表示的含義是qfbk汽車荷載（含沖擊作用下）標(biāo)準(zhǔn)值；s表示上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值。在作用sk標(biāo)準(zhǔn)值組合下，橋梁單向受壓支座不能處于脫空狀態(tài)。（2）在彎橋區(qū)域，如果聯(lián)內(nèi)橋墩中所有的支座都處于支座連線內(nèi)側(cè)以及橋臺外側(cè)時，傾覆軸線則應(yīng)根據(jù)橋臺外側(cè)支座連線進行確定；如果聯(lián)內(nèi)橋墩的所有支座不僅在橋臺的外側(cè)處，而且還在支座連線外側(cè)時，傾覆軸線的確定則要依據(jù)

4、跨中橋墩支座連線的位置確定。連續(xù)梁橋的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)公式如下：?RXGli??qf(1??)(q??pe)kk在該式中：?——傾覆軸線與橫向加載車道所組成的面積大?。籩——橫向加載車道與傾覆軸線之間的最大垂直距離。而且箱梁橋的抗傾覆系數(shù)應(yīng)大于2.5。對連續(xù)梁橋的整個傾覆階段進行分析時發(fā)現(xiàn)聯(lián)端偏載另側(cè)的支座較易發(fā)生脫空，傾覆發(fā)生的同時結(jié)構(gòu)受力體系也會發(fā)生一定的改變。因此，[2]在汽車荷載沖擊作用下，支座脫空現(xiàn)象是不允許發(fā)生的。由于支座處于脫空狀態(tài)是橋梁發(fā)生傾覆的前提，所以在判斷橋梁是否會產(chǎn)生傾覆時，可以通過檢查汽車荷載影響下支座是否出現(xiàn)脫空來進行判斷，當(dāng)支座沒有脫空，并且還有

5、比較大的富余量時，以此為依據(jù)來判斷該橋是否會出現(xiàn)傾覆的情況。本橋的試驗時，使用了3輛400KN的車輛進行加載，后軸軸重300KN,前軸軸重100KN,對右幅第一聯(lián)第1、2、3#支撐橋跨進行偏載試驗。本次試驗共分三各階段加載：①使用3輛加載車輛對1#墩柱進行偏離載；②將3輛加載車輛緊偏右側(cè)首尾連接分別從1、2、3號剛接獨柱通過；③將3輛加載車輛緊偏左側(cè)首尾連接分別從從1、2、3號剛接獨柱通過。2.2測試結(jié)果（1）對箱梁的橫向傾覆位移進行實際測試并對結(jié)果進行分析。主要測試內(nèi)容包括：在偏載作用下，分別對左、右幅中橫向箱梁邊緣進行了傾覆位移測試，在工況一作用下，1#、5#拉繩傳感器

6、則處于受壓測，而2#傳感器則處于受拉一側(cè)。在工況二作用下，拉繩傳感器的具體讀數(shù)見表1，當(dāng)在工況二作用下，所測得位移數(shù)見表2。表1左側(cè)加載傳感器位移傳感器編號1號2號5號初讀數(shù)30.241.230.6最大讀數(shù)23.241.823.5位移值-6.10.7-7.2表2右側(cè)加載傳感器位移傳感器編號2號5號初讀數(shù)49.128.9最大讀數(shù)5421.3位移5-7.7右幅加載的傾覆位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于左幅加載時所產(chǎn)生的傾覆位移。當(dāng)進行右幅加載的過程中，非加載側(cè)支座處上翹位移為4.99mm時，表明橋梁存在一定的安全隱患。（2）對混凝土柱應(yīng)變測試結(jié)果的綜合分析。在工況二作用下，3#墩柱應(yīng)變曲線如圖1所

7、示，通過對測試結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)偏載車的載重量在1200KN時，連接3#墩柱箱梁的左幅最大拉應(yīng)變達到210??，最大壓應(yīng)變?yōu)?100??；但相比較右幅與左幅的應(yīng)變值相差甚遠(yuǎn)，由此也表明北幅剛接處出現(xiàn)一定的異?，F(xiàn)象。圖1剛接獨柱墩實測應(yīng)變分析結(jié)果3箱梁橫向傾覆有限元分析按照橫向傾覆位移所獲得的實測數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)、全面的分析再經(jīng)動力有限元建模模型的修正，我們?nèi)〉昧藴?zhǔn)確的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。對空間有限元的具體分析以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)的計算得出承載重量在1200KN的汽車受自身重力下?lián)隙鹊戎稻€的表示方法，見圖2所示。通過對有限