曲率半径对于连续梁桥的抗倾覆稳定性影响研究

2020-04-28施逸卉

名城绘 2020年11期

关键词：支座

施逸卉

摘要：依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（（JTG 3362-2018）的第4.1.8规定，利用迈达斯有限元软件建立不同曲率半径连续梁桥模型，进行抗倾覆稳定性分析并进行对比研究。并对于连续梁桥的设计提出相关建议，进而避免桥梁倾覆事故对社会造成重大影响与损失。

关键词：抗倾覆稳定性连续梁桥有限元软件曲率半径支座

引言

连续桥梁由于造型美观、占地面积较小等优势，在城市高架桥中应用广泛，尤其小半径曲线桥经常得到设计采用。但由于近年来城市高架倾覆事故发生较为频繁，故其成为社会被广泛探讨的话题与焦点。在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）实施后，相关设计人员对于连桥梁桥的抗倾覆稳定验算更加重视，并已成为设计过程中的重要验算内容。本文结合具体工程实例，对于某高速公路不同曲率半径连续梁桥进行抗倾覆稳定性分析研究。

1工程概况

取某高速公路互通匝道桥第7联和第9联进行分析，采用跨径组合均为（3*30）m，第7联曲率半径为125m，第9联曲率半径为600m，结构形式均为单幅双车道匝道桥。此互通匝道桥桥宽为10.5m，悬臂长为1.75m，梁高1.8m，桥宽组合为0.5m（墙式护栏）+9.5（行车道）+0.5m（墙式护栏）=10.5m。上部结构采用预应力混凝土连续箱梁结构，施工方式为满堂支架现浇。下部结构桥墩为双支座花瓶墩，钻孔灌注桩基础。花瓶墩支座间距为3.2m，横桥向长4.8m，纵桥向宽2.6m，无偏心。其主要工程材料的参数如下：上部结构采用C50混凝土，下部结构采用C40混凝土，桥面铺装为10cm厚沥青混凝土加上7cm厚C40防水混凝土。

2建立模型

采用迈达斯有限元分析软件分别对第7联和第9联进行单梁模型建模分析。本桥荷载按照工程实际情况施加，考慮了结构自重、二期恒载、活载、预应力、温度效应、混凝土的收缩徐变等控制因素。同时按施工图纸建立相应施工阶段模型，考虑预应力张拉、施工顺序、非线性等环境因素对支座反力的影响。横桥向共布置两车道，单车道宽为1.8m，车道与车道间间距为1m.车道荷载依据《公路桥梁设计规范》中所提要求，按集中荷载P=280 kN，均布荷载q=10.5kN/m进行受力布置。支座与梁体间的连接采用弹性连接进行模拟。

3抗倾覆分析

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）条文说明第4.1.8条：桥梁发生事故的破坏过程表现为，单向受压支座脱离了正常的受压工作状态，上部结构的支承体系不再提供有效约束，上部结构扭转变形趋于发散、横向失稳垮塌，支座、下部结构连带损坏。按照现行《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153）的规定，这类破坏属于承载能力极限状态范畴。

桥梁的倾覆过程中存在2个明确特征状态：特征状态1：箱梁的单向受压支座开始脱离受压;特征状态2，箱梁的抗扭支承全部失效。本文参考国内外相关规范，采用这两个特征状态作为抗倾覆验算工况。

1）针对特征状态1，作用基本组合下，箱梁桥的单向受压支座处于受压状态。

2）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;当双支座中一个支座竖向力变为零、失效后，另一个有效支座仅起到对扭矩的约束，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5，如图 5-c。对特征状态2，参考挡土墙、刚性基础的横向倾覆验算，采用“稳定作用效应≥稳定性系数x失稳作用效应”的表达式。

箱梁桥处于特征状态2时，各个桥墩都存在一个有效支座。稳定效应和失稳效应按照失效支座对有效支座的力矩计算：

综合考虑该简化分析方法的偏差系数和实际车辆密集排布情况下汽车荷载效应的放大系数，确定横向抗倾覆稳定性系数为2.50，即 ≥2.5。

3）横向抗倾覆稳定性验算的主要规定：

独柱墩桥梁横向倾覆过程存在如下2个明确特征状态：

特征状态1：箱梁的单向受压支座开始脱离受压工作状态;

特征状态2：箱梁的抗扭支承全部失效。

本文参考国内外相关规范，并结合工程实例，采用这两个特征状态作为小半径现浇连续梁桥的抗倾覆验算分析依据，为相关设计人员提供参考价值。

4验算结果

根据横向抗倾覆稳定性验算的主要规定进行如下两种特性验算，表中支座编号均为1号和2号支座，其中1号支座为内侧支座。

1）基本组合支座反力验算

从上述表可知，不同曲率半径连续梁桥在特征状态1下各支座保持受压状态，满足规范要求，其中R=600m的连续梁桥最小支座反力更大，设计更偏于保守。

2）抗倾覆安全系数验算