鄭亮亮 吳志隆

作者簡(jiǎn)介：

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

吳志?。?988—），工程師，碩士，主要從事橋梁檢測(cè)及加固設(shè)計(jì)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(jì)項(xiàng)目為依托，按照新規(guī)范對(duì)該橋加固前后的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果表明，在該橋獨(dú)柱墩上增設(shè)輔助支座的加固措施對(duì)于提升橋梁整體抗傾覆能力的效果較為明顯。通過(guò)從安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等方面比選抗傾覆加固設(shè)計(jì)方案，最終確定薄壁花瓶墩支撐法作為實(shí)施方案，可為類似在役獨(dú)柱墩曲線連續(xù)梁橋的抗傾覆驗(yàn)算和加固設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

橋梁;獨(dú)柱墩;抗傾覆驗(yàn)算;加固設(shè)計(jì)

U442.5A421474

0 引言

獨(dú)柱墩曲線連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、對(duì)橋下空間要求低等特點(diǎn)，一直以來(lái)在高速公路匝道橋中得到廣泛應(yīng)用[1]。但近年由于運(yùn)輸車輛超載嚴(yán)重引起獨(dú)柱墩橋梁整體性側(cè)翻傾覆的重大交通安全事故屢見(jiàn)不鮮，不僅造成了人員生命安全和財(cái)產(chǎn)的重大損失，還帶來(lái)了負(fù)面的社會(huì)影響，一時(shí)間獨(dú)柱墩橋梁安全問(wèn)題成為討論的焦點(diǎn)。

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(jì)項(xiàng)目，根據(jù)交通部頒布實(shí)施的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）[2]（以下簡(jiǎn)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(guò)模擬在該橋獨(dú)柱墩上增設(shè)輔助支座，對(duì)其加固前后的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算比較，驗(yàn)證加固措施對(duì)橋梁整體抗傾覆能力的改善情況，并從安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等方面對(duì)抗傾覆加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選確定，可為類似橋梁的抗傾覆驗(yàn)算和加固設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

1 工程簡(jiǎn)介

該橋?yàn)閺V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(zhǎng)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(tái)，樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)、橋墩采用GPZ（Ⅱ）型盆式橡膠支座。0#、3#橋臺(tái)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(tái)等角度布置。荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面凈寬為1×11 m。詳見(jiàn)下頁(yè)圖1～3。

2 抗傾覆驗(yàn)算

2.1 抗傾覆驗(yàn)算原則

在《新規(guī)范》第4.1.10條中對(duì)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(guò)程明確了兩個(gè)逐漸遞進(jìn)的特征狀態(tài)：橋梁的某一單向受壓支座開(kāi)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(shí)即為特征狀態(tài)2。對(duì)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(yàn)算模型，按照式（1）計(jì)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(jì)值;

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

2.2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算及參數(shù)的選取

該橋按照式（1）計(jì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)整體靜力計(jì)算分析。各結(jié)構(gòu)桿件采用梁?jiǎn)卧M，邊界條件按實(shí)際情況采用彈性連接模擬，共建立118個(gè)節(jié)點(diǎn)、97個(gè)梁?jiǎn)卧ㄒ?jiàn)圖4）。根據(jù)橋梁施工流程劃分結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，驗(yàn)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(jì)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(hù)欄（單邊為9.1 kN/m），汽車荷載采用公路-Ⅰ級(jí)。

2.3 抗傾覆驗(yàn)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(yàn)算結(jié)果如表1和表2所示。

3 抗傾覆加固設(shè)計(jì)方案

本著工程措施方案行之有效、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該橋進(jìn)行抗傾覆加固設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案如下。

3.1 方案一：三柱式支撐法

由圖5可知，在1#、2#獨(dú)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(lái)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(dāng)車輛在最不利位置導(dǎo)致箱梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，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(dú)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(lái)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(dāng)車輛在最不利位置導(dǎo)致箱梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，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(jì)方案比選

由表3可知，兩個(gè)抗傾覆加固設(shè)計(jì)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(jì)性較好、無(wú)須后期維護(hù)，同時(shí)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)大等特點(diǎn)，故推薦為實(shí)施方案。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廣西某高速公路互通立交匝道橋梁進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算和加固設(shè)計(jì)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

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

（2）通過(guò)模擬在該橋獨(dú)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(jì)算結(jié)果表明，該加固措施對(duì)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(jì)、美觀等方面對(duì)抗傾覆加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，最終確定薄壁花瓶墩支撐法作為實(shí)施方案，可為類似在役獨(dú)柱墩曲線連續(xù)梁橋的抗傾覆驗(yàn)算和加固設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

[1]梁 峰.三跨獨(dú)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(jì)規(guī)范[S].