关于独柱墩桥梁防倾覆设计的研讨

关于独柱墩桥梁防倾覆设计的研讨

丘奕奇

广东省交通规划设计研究院股份有限公司510507

摘要：在桥梁工程中，新建桥梁应慎用独柱墩，但对于已建桥梁，应进行系统排查和结构验算，及时进行加固设计，防患于未然，保证桥梁的质量和使用安全。基于此，本文从独柱墩桥梁防倾覆设计及加固分析探讨。

关键词：独柱墩桥梁；防倾覆；加固设计

因历史原因，独柱墩桥梁在我国存在着一定数量和较大范围的分布。由于以往规范缺乏防倾覆要求，相关设计人员在设计时未进行严格的防倾覆设计，加上车辆超载、超限等因素，该类桥梁发生过多起倒塌事故，应引起设计人员的重视。

1、独柱墩桥梁倾覆类型

1.1整体倾覆。独柱式桥梁常采用点铰支承或距离较短的双铰支承，无法在结构连接部位提供扭转约束，可认为上部结构在该处可以自由扭转，对桥梁整体而言，扭转约束由离独柱墩最近的较大间距支座的墩台提供，如约束能力不足则易整体倾覆。此外，实际路况中，存在大型车运输辆。该类车辆较易出现超载，根据统计（表1），在发生倾覆事故的桥梁上，存在相对标准超载3至4倍的情况。在此种荷载作用下，容易支座脱空然后倾覆。

1.2独柱式桥梁桥墩属偏心受压构件。其稳定受墩柱长细比、外荷载的偏心程度等影响。如果桥墩的长细比较大，且超载时，桥墩所受的荷载及其偏心也可能随之增大，此状况下桥梁的稳定性将降低，桥墩易出现偏压破坏导致倾覆。

2、影响独柱墩梁桥倾覆的因素

2.1跨度

桥梁的跨度直接影响着桥梁的受力、稳定性、与抗倾覆能力。对于独柱墩桥梁的倾覆问题，应具体情况具体分析。跨度较小，但此时影响线分布较集中，易出现重车集中加载至不利影响线区域的情况，造成倾覆。

2.2抗弯及抗扭刚度

据结构力学，结构内力分布与刚度成比例。较强的抗弯及抗扭刚度，将加强桥梁的整体性，使远离独柱墩的双支座参与抵抗倾覆，亦可加强横向联系，减少桥梁横向变形，独柱墩受水平力减小。

2.3曲率半径

对曲线独柱墩桥梁，桥墩的受力与曲率半径有关。曲率半径反映主梁平面弯曲程度，对弯桥受力影响大。桥长相同时，桥梁弯曲程度与曲率半径成反比。若曲率半径小，则弯桥倾覆曲线靠近桥的内侧，导致使失稳的作用与使稳定的作用的比值急剧减小，进而容易倾覆。

2.4独柱墩偏移设置及支座布置

曲线桥梁在对称荷载作用下，有外侧加载，内侧卸载的倾向，造成主梁向外侧倾覆。同时，重车靠外侧行驶，加重了该倾向。因此在设计时，常使独柱墩由中心线往外偏移一定距离，抵抗主梁扭转。该偏移未设置或设置不合理，将不利于防倾覆性能。

上述因素直接影响独柱墩梁桥的受力，直接关系着整座桥梁的整体抗倾覆能力。

3、独柱墩桥梁加固设计方案研究

3.1加固设计思路

针对独柱墩单点铰支座不能提供有效主梁抗倾覆力矩的缺陷，通过加固，改善主梁扭矩分布和提高主梁稳定性。

针对超载和偏载工况下箱梁端部支座脱空的病害，通过加固，解决支座脱空引起主梁支承体系发生变化的问题。

3.2中间独柱墩单点支撑改双（多）点支撑方案

独柱墩单点支承改双（多）点支承加固方案主要是采用墩柱加宽或增设墩柱、盖梁的方式进行加固，由原先的单点铰支座调整为双（多）支座，增设的支座建议采用拉压支座。该方案作业面均在桥梁的下部，对桥面交通基本无影响；且对原桥墩外观改造较少。针对具体的桥墩型式和实地条件，该种加固方案主要有以下几种方式：

独柱墩墩身拼宽：在原有墩柱两侧植筋，使新老砼形成整体，墩顶横向加宽，增设支座。

独柱墩双侧或单侧新增桩柱法：适用于桩柱式墩，该方案往往需接长箱梁横梁，可采用钢横梁接长以及梁体植筋再浇筑接长的方式。

该方案改变了原有箱梁横梁的受力，由负弯矩受力变为正弯矩受力，需重新进行验算，并检查对桥下净空的影响。

3.3端横梁接长加大支座间距方案。

该加固方案通过在墩台端横梁横桥向引出接长，替换支座。新增设支座拉大间距设置。该方案可有效改善活载作用下梁体受力及两侧支座受力，同时可设置限位挡块，限制梁体向外侧爬移。此方案中盖梁、横梁的受力状况将发生变化，需对结构进行复核。

4.4设置抗拉支座方案

采用更换拉压支座以承受支座的上拔力。该方案施工较为复杂，宜在在建或未建桥梁，未安装支座时直接更换。该方案几乎不影响原桥的受力模式，但构造设计难度较大。

综上，采取不同方案进行加固设计，应采用具体情况具体分析的办法，多方案对比选择。

4、某高速公路独柱墩桥梁防倾覆加固设计实例分析

某高速公路桥全长146.55km，全桥九联，第九联为五跨连续钢砼箱梁跨线桥，中间54#至57#墩为独柱墩。经抗倾覆验算后发现，当汽车荷载横向单车道偏载通行效应分项系数为3.4时，联端处支座在基本组合下支座反力已出现较大的拉力，有脱空的可能，因此须进行加固设计。

4.1加固方式

该工程加固方案从前述方案中择一或组合使用。

4.2加固方案选择

对各方案比较计算，考虑费用、现场条件等因素综合比选，最终采用多墩加盖梁改双支承与抗拉支座组合方案。该桥斜交角度约为93°，独柱墩位于分隔带内，纵向加宽受限，横桥向加宽限制较小，因此选择较小支座间距，避免新增盖梁侵入被交道净空。

该联箱对55#和56#两个桥墩进行加盖梁加固，支座间距为2.4m，净空满足要求，同时54#和57#墩增设抗拨销，通过加固后横向防倾覆稳定系数满足要求。

结束语

在桥梁建设中，独柱墩连续箱梁桥因诸多原因，仍然得到使用。因此对于待建工程，须重视独柱墩桥梁的防倾覆设计，而对于已建工程，如排查结果为不合格，则应对其进行加固设计，通过多方案对比选择合适方案进行加固。

参考文献

[1]王虎.独柱桥梁抗倾覆稳定性评价及加固设计[J].工程建设与设计，2014.

[2]郑国华.支座预偏心对曲线梁桥结构受力性能影响的研究[J].工程与建设，2012.

[3]JTGD62-2012，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）[S]．