摘  要：基于近年来在超载车辆作用下的倾覆事件，分析了桥梁倾覆破坏的原因。探讨了汽车荷载，温度，曲率半径，支座设置等对独柱墩曲线桥倾覆的影响。简要介绍了抗倾覆稳定性的计算方法。总结了曲线桥抗倾覆的应对措施，对今后独柱墩曲线桥的抗倾覆加固提供参考。

关键词：独柱墩;曲线桥;倾覆;加固

1引言

随着交通运输事业的发展，对交通便利的要求越来越高。为满足交通运输的需要，交错复杂的交通路线就必然涉及到曲线桥。曲线桥拥有较好地适应路线、路形的限制，且曲线桥线形优美的优点。曲线桥多采用独柱墩的下部结构形式，其受力特点复杂。受纵向弯曲与曲率的影响，曲线梁截面在发生竖向弯曲时，产生扭转从而导致梁的挠曲变形，即为弯扭耦合现象。曲线桥即使在对称荷载作用下也会产生较大的扭矩，产生内力差别，导致边跨支座反力不一，甚至可能出现负值。此外，在严重偏载、超载的车辆荷载作用下，曲线梁桥还会有发生倾覆的风险[1]。

近年来不断有独柱墩曲线梁桥横向倾覆倒塌事故的发生，2009年7月15日，津晋高速公路某匝道桥坍塌;2011年2月21日，浙江上虞春晖立交桥引桥发生倾覆等[2]。我国对独柱墩曲线桥偏载下的倾覆问题有待进一步研究。本文将针对目前独柱墩曲线桥存在的倾覆问题进行分析、总结，并提出应对措施，简要介绍加固方法，对今后独墩柱曲线桥的加固提供参考。

2独柱墩曲线桥倾覆机理

梁桥的倾覆是一个刚体转动的过程，在外界荷载作用下，由于内梁卸载外梁超载的作用，使得外梁荷载效应显著增大，整个桥梁结构会绕着一个轴发生翻转，最终倾覆失效。倾覆过程中结构会发生大变形，最后发散导致整个刚性梁体转动滑落[3]。桥梁倾覆性破坏主要分为内因和外因，内因是自身结构的缺陷，外因是由桥面荷载分布不均引起。

2.1汽车荷载对独柱墩曲线桥的影响

车辆超载现象导致许多桥梁经常处于超负荷工作状态。而且货车通常都是结伴、靠右行驶，对于独柱墩桥梁增大了倾覆失稳的可能性，如图1所示。

在外界荷载作用下，整个桥梁结构绕着一个轴发生翻转，一旦达到翻转的临界状态，梁桥结构就变成机动体系，从而导致整体式的倾覆破坏。

2.2温度对独柱墩曲线桥的影响

混凝土箱梁经阳光照射后，受太阳照射的表面温度变化大，而背面温度变化小，且沿高度方向各纤维层的温度有差异，从而产生所谓的温度梯度。由于材料具有热胀冷缩的性质，必然会产生温度变形。当变形受到约束，结构产生相当大的温度应力，甚至超过汽车活载作用下的应力[4]。在温度长期作用下，曲线梁体因两端约束，其中间位置在平面内缓慢向外侧移动和转动，升温朝外移，降温朝内移。再加上重力分力作用，移动到偏心一定量后，梁体开始整体向外侧扭转，梁体的水平分力大于支座的摩擦力，造成曲线梁体突然整体下滑。

2.3曲率半径对独柱墩曲线桥的影响

曲率半径的变化对主梁扭矩产生的影响较为明显。半径小于300m时，扭矩影响尤为显著;半径大于300m时，其影响逐渐减弱，可近似采用直线桥梁进行模拟计算[5]。文献[6]研究提出当桥梁曲线半径R等于285m时，称其为“危险半径”。独柱墩弯箱梁桥的横向抗倾覆稳定性差，倾覆轴线为两端外侧支座与独柱墩支座连线，主梁很可能发生绕倾覆轴线的倾覆失稳破坏。相应的示意简图如图2所示。

倾覆轴线近似为支座a、c、d、e连线，此时桥梁的横向抗倾覆稳定系数小，且量端内侧支座有脱空倾向，说明其横向抗倾覆稳定性差，梁很可能发生绕倾覆轴线的倾覆失稳破坏。

2.4支座设置对独柱墩曲线桥的影响

曲线梁桥结构常用的支撑方式有图3所示三种：中间点铰支撑型式、间隔点铰支撑型式和双支座型式。

由于曲率的影响，中间采用单铰支撑对于曲线结构是受力很合理的结構体系，通过单铰支撑不仅优化了下部结构空间，还能够支撑梁体整体的受力与变形[7]。由于桥梁下部结构采用独柱支承方式，因此支承点的位置对结构受力尤为重要。此外由于独柱支承曲线梁桥中间支点抗扭能力弱，所以必须在桥梁两端部设置抗扭支承，以增加桥梁的整体稳定性[8]。

3抗倾覆稳定性计算方法

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）作了相关规定，上部结构采用整体式截面的独柱墩桥梁在使用阶段结构体系不应发生改变，并应按下列规定验算横桥向抗倾覆性能：在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态;当梁桥整联只采用单向受压支座支承时，应符合下式要求：

式中： 为稳定系数; 为稳定力矩;为倾覆力矩。

4抗倾覆应对措施

（1）车辆超载是产生桥梁结构破坏的直接外因，要减少车辆超载的发生，也要控制多辆重车的排队偏移行驶，从而降低弯桥倾覆的概率。（2）桥梁设计时，考虑日照温差。力学模型应尽可能反映结构的受力情况，特别是边界条件的模拟。（3）改善独柱墩的横向支座间隔，增加抗扭性能。如果是双支座型式，需增加横向支座间隔;如果是单点支撑形式，需对支座进行必要的外侧移动，或直接将桥墩和梁体固结处理，从而降低桥梁倾覆的风险。（4）弯桥温度变形较大时，对支座的适应变形要求高，设计中应选择合理的支撑体系。通过预设偏心、增大支座横向距离等措施，可以减少内外侧支撑反力之差[9]。

在选取独柱墩桥梁加固方法的时候，可以考虑独柱墩加混凝土盖梁改单支座为双支座、独柱墩固结、增设墩柱、更换支座等，综合考虑各种加固方法的可靠性、经济性及实用性、加固效果等，通过多维度多角度对比分析后选取出最优的加固方法。

5结语

随着我国工程建设的快速发展，独柱墩曲线桥梁的应用将会越来越广泛。本文通过对独柱墩桥梁的倾覆机理、抗倾覆性计算、抗倾覆稳定性的影响因素以及独柱墩桥梁的加固措施等问题进行分析，得出以下结论：

（1）梁体在温度、收缩徐变、预应力等与汽车活载的多种组合作用下会导致结构的变形、爬移、转角增大等病害。

（2）采用独柱墩下部结构形式，桥梁的横向抗扭性能降低，车辆偏载作用下很容易绕着转动轴翻转破坏。

（3）加固时可将多种加固方法灵活结合来对独柱墩桥梁进行加固，从而获得更好的加固效果。

参考文献：

[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]王伟康.独柱墩曲线梁桥抗倾覆影响因素分析[D].中国铁道科学研究院，2017.

[3]尹成章，周兴林，李洞明.中小跨径独柱墩连续梁抗倾覆稳定性分析研究[J].上海公路，2019（03）：28-30+4.

[4]李广慧，余正武，王用中.曲线连续梁桥的病害与温度效应[J].公路交通科技，2008（01）：58-63.

[5]郑报文，张巍，施一春.曲率半径对某曲线梁桥的内力影响分析[J].安徽建筑，2019，26（09）：135-136.

[6]曾燊平.独柱墩箱梁桥抗倾覆影响因素分析及加固方法探讨[D].华南理工大学，2018.

[7]胡小波.独柱墩曲线梁桥抗倾覆稳定性分析研究[J].工程建设与设计，2018（05）：100-102.

[8]何维利.独柱支承的曲线梁桥设计[J]. 北京建筑工程学院学报， 2001（S1）：23-28.

[9]朱自明.某互通匝道桥病害原因分析及加固措施[J].福建建筑，2019（08）：81-84.

作者简介：唐逸（1995—），男，汉，重庆人，工学硕士，西华大学建筑与土木工程学院 。