独柱墩小半径弯桥的抗倾覆稳定性分析

　　【摘 要】:本文以中墩独柱的桥宽为10.5米，跨度为4x20米的平曲线半径分别为:R=50、100、150、200、240、300米和∞(即直线)的钢筋混凝土连续箱梁进行分析，确定独柱墩小半径弯桥的抗倾覆稳定性。

　　【关键字】：独柱墩,小半径,弯桥,抗倾覆稳定性

　　1 前言

　　独柱墩连续梁桥由于墩柱对桥下空间占用小，整体结构美观，而广泛应用于城市高架桥、城市和公路互通立交里的匝道桥，而在匝道桥中尤其以小半径弯桥居多。这种桥的显著特点是恒载作用下边支点内外反力相差较大，活载偏载作用下内侧可能会产生支座脱空。

　　2009年7月15日津晋高速公路天津段港塘互通立交桥A匝道独柱墩桥梁因通行车辆偏载发生倒塌，2012年8月24日 哈尔滨阳明摊大桥引桥匝道桥因通行车辆偏载超载引发整体倾覆，倾覆结构为三跨连续，钢混凝土组合箱梁，中墩独柱。这些桥梁虽然产生倾覆倒塌的主要原因是超载，但不得不说我们的规范在抗倾覆稳定性方面除了支座不允许出现拉力外并没有其他规定，我们的设计在考虑倾覆稳定方面也没有足够的前瞻性。这应该引起我们设计人员的足够重视。新的《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》正在编撰，其征求意见稿中已增加了对桥梁抗倾覆稳定性的规定。本文以此规定为依据，对桥宽为10.5米，跨度为4x20米的平曲线半径分别为:R=50、100、150、200、240、300米和∞(即直线)的钢筋混凝土连续箱梁进行分析，总结出不同曲线半径对倾覆稳定性的影响。

　　2 概况

　　桥梁跨径 4x20米，桥宽10.5米，横断面布置如图一，平曲线半径分别为：R=50、100、150、200、240、300米和∞(即直线)，模型平面见图二，其中0、4号台为双支点，支座间距为5m，1、2、3号墩为单支点，为方便对比，均不设预偏心。二期恒载按双侧防撞墙，10厘米混凝土铺装+10厘米沥青铺装考虑。汽车荷载按偏载双车道偏向曲线外侧最不利布置。采用midas/civil 2012 对以上7种情况分别建模分析。仅考虑恒载、汽车荷载和温度作用。

　　3 反力结果

　　对7种不同平曲线半径的桥分别列出各种工况下的反力，由于篇幅有限，图中仅示出R=50时标准组合下支点最小反力(图三)和R=240时标准组合下支点最小反力(图四)，其中汽车荷载作用下的最小反力见表一、恒载作用下的反力见表二、承载能力极限状态最小反力见表三、正常使用极限状态标准组合最小反力见表四。

　　通过以上表格对比能得出以下结论：曲线半径的变化对边支点内、外侧的活载反力影响很小，对边支点内、外侧的恒载反力影响很大。承载能力组合下的最小反力半径小的更不利实际最主要的影响因素是恒载反力受曲线半径的影响较大的原因了。因此对于中墩独柱的桥，无论曲线半径多大，均应重点考虑倾覆稳定问题，尤其是恒载较小的钢箱梁、钢混凝土组合箱梁等结构。

　　从承载能力极限状态组合来看，R=50~R=240米均出现支座脱空现象，但在标准组合下均未出现脱空，满足规范要求，但富裕量偏小。

　　4 倾覆稳定验算

　　根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》征求意见稿 4.1.9条，除应满足所有支座在作用标准组合(汽车荷载考虑冲击系数)下，所有单向受压支座不能脱空外，尚应满足上部结构的抗倾覆稳定系数 。根据规范先确定倾覆轴，其中R=200及R=∞的倾覆轴见图五：

　　按规范计算抗倾覆稳定性系数，结果见表五：

　　表中R=150米和R=240米时的抗倾覆稳定系数小于2.5，不满足规范要求，富裕量不足。

　　5 结论

　　通过以上分析研究，得出以下结论：

　　1)曲线半径对恒载反力的影响较大，但对偏载活载反力的影响较小。

　　2)倾覆稳定系数与曲线半径的变化关系并非线性，实际影响因素有曲线半径、桥梁跨度、倾覆轴的位置等多方因素。

　　参考文献

　　[1] 邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京：人民交通出版社，1994

　　[2] JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.

　　[3] JTG D62-20xx公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 征求意见稿.

　　[4] JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范.

　　[5] 刘德华,金伟良,刘斌,等.独柱墩曲线梁桥中的支座分析.南京理工大学学报(自然科学版),2006,30(1)

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文章名称： 独柱墩小半径弯桥的抗倾覆稳定性分析

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