独柱墩桥梁横向抗倾覆性影响因素研究.pdf

文章编号:():./.独柱墩桥梁横向抗倾覆性影响因素研究安海涛(河北交规院瑞志交通技术咨询有限公司 石家庄市)摘 要:基于.、.、.三种箱梁宽度采用有限元软件以梁端支座间距与梁宽之比作为自变量研究其对独柱墩桥梁横向抗倾覆性的影响 通过纵向研究以及横向对比分析发现当梁宽确定时随着梁端支座间距与梁宽之比的增大最小支座反力呈曲线增大横向抗倾覆稳定系数呈线性增大梁端支座间距与梁宽之比大于.时横向抗倾覆性基本满足梁端支座间距与梁宽之比确定时随着梁宽的增加最小支座反力随之增大 实际工程中可适当增大梁端支座间距与梁宽之比来提高梁体的抗倾覆性能 关键词:独柱墩横向抗倾覆系数梁端支座间距梁宽中图分类号:.文献标识码:引言近年来独柱墩桥梁倾覆事故引起行业高度重视 国内学者针对独柱墩桥梁抗倾覆性问题进行了大量研究 刘鹏通过建立独柱曲线梁桥有限元模型对桥梁倾覆参数的敏感性进行分析虢玉标等通过建立多个有限元模型探究平曲线半径、支座横向间距和边中跨比等因素对桥型抗倾覆稳定性的影响规律曹爱虎采用 有限元模型研究独柱墩箱梁桥抗倾覆设计的主要影响因素及防治措施刘四田采用实体块单元桥梁计算程序分别对直桥和弯桥进行计算探讨其抗倾覆能力及倾覆荷载张振涛等基于桥宽与支座间距之比提出桥梁结构优化、中墩支撑偏心距调整、增设上下部结构连接装置等抗倾覆加固措施邢心魁等探讨了合理的桥宽与支座间距比值和中墩支座预偏心对改善联端支座不均匀受力的效果 文章主要对梁端支座间距与梁宽之比进行深入剖析采用有限元软件研究其对独柱墩桥梁横向抗倾覆性的影响以期为独柱墩桥梁的设计及运营中的倾覆性判断提供研究依据 概述独柱墩桥梁因外观简洁、造价经济、节约土地资源等优势被广泛应用于高速公路匝道桥及市政立交桥 现有研究主要集中在对抗倾覆性影响因素的研究对具体影响因素进行详细分析的成果较少文章以 钢筋混凝土直线梁桥为例建立有限元模型分析不同梁宽下梁端双支座间距与梁宽之比对独柱墩桥梁横向抗倾覆性的影响进而确定合理的梁端支座间距与梁宽之比 计算模型文章选取三种常用的梁宽对多跨直线桥梁的抗倾覆稳定性进行对比分析 上部结构为钢筋混凝土连续箱梁跨径为 荷载等级为公路级箱梁宽度分别为.、.和.梁高为 下部结构桥墩为柱式墩桩基础其中 号墩、号墩为独柱墩 号墩、号墩为双柱式墩(无盖梁)支座布置如图 所示图 箱梁支座平面布置示意图文章采用 有限元软件对箱梁进行建模计算计算时考虑恒载、活载、温度、收缩徐变、支座沉降等因素运用 对独柱墩桥梁进行抗倾覆性验算 抗倾覆验算理论.基本原理桥体横向倾覆失稳直至垮塌的破坏过程表现为单向受压支座脱离正常受压状态上部结构的支承北方交通 年 第 期体系不再提供有效约束上部结构扭转变形横向失稳垮塌支座、下部结构连带损坏具体见图 图 典型破坏过程倾覆过程存在 个明确特征状态:在特征状态 下箱梁的单向受压支座开始脱离受压在特征状态 下箱梁的抗扭支承全部失效 参考相关规范采用上述 个特征状态作为抗倾覆验算工况()针对特征状态 作用基本组合下箱梁桥的单向受压支座处于受压状态()箱梁桥同一桥墩的一对双支座构成一个抗扭支承起到对扭矩和扭转变形的双重约束作用当双支座中一个支座竖向力失效后另一个有效支座仅起到对扭矩的约束作用失去对扭转变形的约束 当箱梁的抗扭支承全部失效时箱梁处于受力平衡或扭转变形失效的极限状态即达到特征状态 对于特征状态 参考挡土墙、刚性基础的横向倾覆验算采用“稳定作用效应稳定性系数 失稳作用效应”表达式.最不利反力法最不利反力法以支座出现最不利反力的荷载工况为判据求得该工况下全联桥梁的支座并发反力据此进行支座脱压验算和结构倾覆验算判断支座脱压验算是否通过的判据是:在作用基本组合下各支座支反力满足 判断结构倾覆验算是否通过的判据是:结构在最不利支座反力控制下横桥向倾覆稳定系数.梁端支座间距与梁宽之比对抗倾覆性的影响分析为进一步研究梁端支座间距与梁宽之比对抗倾覆性的影响采用.、.、.三种箱梁宽度分析不同梁端支座间距下桥梁的抗倾覆稳定性得出梁端支座间距与梁宽之比对抗倾覆性的影响规律.箱梁宽度.建立梁端支座间距为、.的有限元模型分析箱梁宽度为.时不同梁端支座间距下的抗倾覆性能 在作用基本组合下结构支座反力如表 所示表 支座反力统计 单位:支座编号梁端支座间距/.注:表中负值表示支座受拉正值表示支座受压在最不利荷载组合下结构横桥向抗倾覆稳定系数如表 所示表 抗倾覆稳定系数统计 支座编号梁端支座间距/.由表 和表 可知:()随着梁端支座间距增加最不利支座()逐渐从受拉状态转为受压状态且支座反力逐渐增加()随着梁端支座间距增加梁端内外侧两支座的反力差逐渐减小()随着梁端支座间距的增加最不利支座()的抗倾覆系数逐渐增加.箱梁宽度.建立梁端支座间距为、.的有限元模型分析箱梁宽度为.时不同梁端支座间距下的抗倾覆性能 在作用基本组合下结构支座反力如表 所示表 支座反力统计 单位:支座编号梁端支座间距/.注:表中负值表示支座受拉正值表示支座受压在最不利荷载组合下结构横桥向抗倾覆稳定系数如表 所示由表 和表 数据可知箱梁宽度为.与箱梁宽度为.时的规律一致 年 第 期 安海涛:独柱墩桥梁横向抗倾覆性影响因素研究表 抗倾覆稳定系数统计 支座编号梁端支座间距/.箱梁宽度.建立梁端支座间距为、.的有限元模型分析箱梁宽度为.时不同梁端支座间距下的抗倾覆性能 在作用基本组合下结构支座反力如表 所示表 支座反力统计 单位:支座编号梁端支座间距/.注:表中负值表示支座受拉正值表示支座受压在最不利荷载组合下结构横桥向抗倾覆稳定系数如表 所示表 抗倾覆稳定系数统计 支座编号梁端支座间距/.由表 表 数据可知箱梁宽度为.与箱梁宽度为.时的规律一致.结果对比分析通过对比分析可知梁端支座间距对桥梁抗倾覆性能的影响规律但不同梁宽对桥梁的抗倾覆影响大小不一在此主要对三种梁宽下梁端支座间距与梁宽之比对桥梁抗倾覆性能的影响进行研究最终得出合适的梁端支座与梁宽之比梁端支座间距与梁宽之比固定时在基本组合下结构最小支座反力如图 所示从图 可以看出随着梁端支座间距与梁宽之比的增大最小支座反力的变化呈正相关且梁端支座间距与梁宽之比大于.时支座脱空验算满足规范要求图 最小支座反力随梁端支座间距与梁宽之比变化曲线梁端支座间距与梁宽之比固定时在最不利荷载组合下结构抗倾覆稳定系数见图 图 抗倾覆系数随梁端支座间距与梁宽之比变化曲线从图 可以看出随着梁端支座间距与梁宽之比的增大抗倾覆稳定系数的变化呈正相关且梁端支座间距与梁宽之比大于.时抗倾覆稳定系数均大于.满足规范要求 结论()梁宽确定时梁端支座间距与梁宽之比增大最小支座反力随之增大抗倾覆稳定系数基本呈线性增大关系()针对 孔连续箱梁桥墩为独柱墩的桥梁梁端支座间距与梁宽之比大于.时抗倾覆稳定系数和支座脱空验算均满足规范要求()当梁端支座间距与梁宽之比确定时随着梁宽增加最小支座反力随之增大()实际工程中可适当增大梁端支座间距与梁宽之比来提高梁体的抗倾覆性能参考文献 刘鹏.独柱墩曲线梁桥倾覆参数敏感性分析.工程建设():.虢玉标南吉锋唐焱等.独柱墩连续弯梁桥抗倾覆稳定性分析.工程建设():.北方交通 年 第 期 曹爱虎.独柱墩箱梁桥抗倾覆设计研究.工程与建设():.刘四田.连续箱梁独柱墩桥抗倾覆能力分析.公路():.张振涛龚鸣.独柱墩桥梁抗倾覆加固问题探讨.交通世界():.邢心魁吴芳君黄颖等.提高独柱墩桥梁抗倾覆能力的措施.科技通报():.(.).(上接第 页)(.).年 第 期 安海涛:独柱墩桥梁横向抗倾覆性影响因素研究