獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算分析[權(quán)威資料]

獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算分析 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要： 在偏心偶然超載作用下，獨(dú)柱墩橋梁可能發(fā)生整體橫向失穩(wěn)。通過(guò)對(duì)獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋的抗傾覆能力分析，并以云南省武定至昆明高速公路共 9 座獨(dú)柱墩箱梁橋的抗傾覆驗(yàn)算為工程背景，運(yùn)用有限元分析程序 MIDAS/ CIVIL2006，對(duì)其中橫向受力最不利的箱梁進(jìn)行了整體抗傾覆驗(yàn)算，并有針對(duì)性的提出應(yīng)對(duì)措施，以避免發(fā)生支座脫空現(xiàn)象導(dǎo)致側(cè)傾，提高橋梁的抗傾覆能力。 Abstract： Under the action of the eccentric accidental overloading， the overall lateral instability of single column pier bridge may occur. Through to the analysis of the ability against overturning on continuous box girder bridge， and WuDing to Kunming highway in Yunnan Province a total of 9 single column pier box girder bridges resistive overturning checking calculation for the engineering background， by using the finite element analysis program MIDAS/CIVIL2006， to check the overall stability against overturning of the box girder under the worst lateral force， and put forward some corresponding countermeasures， to avoid the phenomenon of bearing separation and enhance the ability of bridge stability against overturning. 關(guān)鍵詞： 獨(dú)柱墩；連續(xù)箱梁橋；抗傾覆穩(wěn)定性；應(yīng)對(duì)措施 Key words： single column pier； continuous box girder bridge； stability against overturning；countermeasures U44 A 1006-4311（ 2013） 09-0045-03 0 引言 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋整體性能好、抗扭剛度大，下部結(jié)構(gòu)若配置獨(dú)柱式橋墩，可使橋梁視覺通透、線條流暢、外形美觀、節(jié)約橋梁占地并能節(jié)省工程造價(jià)，因此獨(dú)柱式連續(xù)箱梁橋在互通式立交的匝道橋中被廣泛采用。目前我國(guó)載重車輛普遍 存在超載現(xiàn)象，個(gè)別車輛超載甚至達(dá)到了 200% 300%，導(dǎo)致多數(shù)橋梁處于超負(fù)荷工作狀態(tài)。在偏心偶然超載作用下，已經(jīng)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)發(fā)生多起獨(dú)柱墩箱梁橋傾覆倒塌事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響，現(xiàn)有獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋的橫向抗傾覆穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出。 我國(guó)現(xiàn)行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 D62-2004）對(duì)上部箱梁抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能等結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度方面有明確規(guī)定和要求，但對(duì)橋梁的橫向傾覆穩(wěn)定性要求方面沒有加以闡述。在橋梁設(shè)計(jì)中，從業(yè)人員往往重視了橋梁縱向的受力分析與 計(jì)算，卻忽略了對(duì)橋梁在偏心超載情況下的的橫向整體穩(wěn)定性分析。因此，獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋橫向受力特點(diǎn)的研究就成了當(dāng)前一個(gè)重要課題。 1 連續(xù)箱梁橋抗傾覆驗(yàn)算分析 在曲線連續(xù)箱梁橋中，由于梁體內(nèi)、外側(cè)恒載差以及偏心偶然超載的作用下產(chǎn)生較大的扭矩，通常會(huì)使箱梁外側(cè)超載、內(nèi)側(cè)卸載，當(dāng)扭矩不斷增大，達(dá)到并超過(guò)了整個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)于梁體外側(cè)翻轉(zhuǎn)軸所能承受的抵抗翻轉(zhuǎn)力矩時(shí)，箱梁內(nèi)側(cè)支座將產(chǎn)生負(fù)反力，這時(shí)如果梁體自身不能抵消此負(fù)反力，就會(huì)出現(xiàn)梁體與支座的脫離，即 “ 支座脫空 ” 現(xiàn)象，梁體曲線內(nèi)側(cè)支座就可能因?yàn)閴毫χ胤峙?而壓壞從而喪失承載能力，整體結(jié)構(gòu)就可能會(huì)發(fā)生側(cè)翻并傾覆。 可以用抗傾覆度作為評(píng)價(jià)連續(xù)箱梁橋抗傾覆能力的指標(biāo) 1。 抗傾覆度 K= 對(duì)于抗傾覆扭轉(zhuǎn)力矩，主要有箱梁翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向異側(cè)的結(jié)構(gòu)重力；對(duì)于傾覆扭轉(zhuǎn)力矩，則主要有箱梁翻轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)方向同側(cè)的結(jié)構(gòu)重力和偏載的活載力矩。 本文通過(guò)對(duì)武昆高速共 9 座獨(dú)柱墩中橫向受力最不利的連續(xù)箱梁進(jìn)行了抗傾覆計(jì)算分析，對(duì)影響?yīng)氈者B續(xù)箱梁橋橫向穩(wěn)定的因素進(jìn)行了分析和總結(jié)，從而為獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)提出一些建議和參考。 1.1 工 程概況 本文計(jì)算的云南省武昆高速項(xiàng)目包括富民立交、解家營(yíng)立交、烏龜山立交共有 9 座獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋。設(shè)計(jì)時(shí)每一聯(lián)除簡(jiǎn)支處采用雙柱墩（雙支座）外，連續(xù)處均設(shè)計(jì)為獨(dú)柱墩（獨(dú)支座）。連續(xù)墩處橫橋向考慮了支座中心線（墩中線）偏離箱梁中心線曲線外側(cè)一定的偏心距。 在偏心偶然超載作用下，獨(dú)柱墩橋梁可能發(fā)生整體橫向失穩(wěn)?，F(xiàn)選取偏載作用下抗傾覆最不利的烏龜山立交匝FK0+300 橋第五聯(lián)箱梁（圓曲線半徑 R=163.491 米， 420 米一聯(lián)）進(jìn)行橫向整體抗傾覆驗(yàn)算，來(lái)具體分析抗傾覆能力的影響因素。 該類梁體下 部聯(lián)端簡(jiǎn)支處均為蓋梁雙柱墩，如圖 1，蓋梁上的非抗扭盆式支座均與下方墩柱直接對(duì)應(yīng)，故支座豎向作用不會(huì)對(duì)蓋梁造成直接破壞。聯(lián)內(nèi)連續(xù)處均為獨(dú)柱通過(guò)非抗扭盆式支座直接支承梁體橫梁，如圖 2。超重車輛對(duì)下部的影響主要是軸力的增加，故本次抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算不考慮下部的問(wèn)題。 1.2 計(jì)算依據(jù) 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 JTG D60-2004。 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 D62-2004。 1.3 計(jì)算參數(shù) 1.3.1 材料參數(shù)。主梁采用 C40 混凝土，鋼筋混凝土容重取為 26kN/m3， C40 混凝土彈性模量為 3.25104Mpa ，抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度 18.4Mpa，混凝土材料的收縮徐變特性全部按照規(guī)范規(guī)定取值。 1.3.2 計(jì)算荷載 結(jié)構(gòu)自重。自重由程序自行計(jì)算，考慮了橫梁處的實(shí)心段和截面變化，鋼筋混凝土容重計(jì)為： 26kN/m3。 二期恒載。鋼筋混凝土容重計(jì)為： 26kN/m3，瀝青混凝土容重按 24kN/m3 計(jì)算，橋面鋪裝（ 8cm 混凝土、 10cm 瀝青）、防撞護(hù)墻以均布力的形式施加于主梁?jiǎn)卧稀?汽車活載。首先按現(xiàn)行規(guī)范公路 I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)車道荷載進(jìn)行復(fù)核性驗(yàn)算，其次選取特殊荷載進(jìn)行非常規(guī)傾覆安全性驗(yàn)算。車道荷載在偏載滿布作用下，按單車道最不利偏載布置。 汽車荷載沖擊系數(shù)。沖擊系數(shù)按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（ JTG D60-2004）規(guī)定的方法計(jì)算，取標(biāo)準(zhǔn)跨徑20m，計(jì)算如下： f=9.4 （ Hz） f=16.4 （ Hz） 故正彎矩沖擊系數(shù) 1=0.381 負(fù)彎矩沖擊系數(shù) 2=0.45 不均勻沉降。計(jì)算時(shí)考慮 5mm 的不均勻沉降量。 離心力。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī) 范 4.3.3 條計(jì)算。經(jīng)計(jì)算烏龜山立交匝 FK0+300 橋第五聯(lián)的離心力產(chǎn)生的向外側(cè)的每延米傾覆力矩為 5.23KN.m/m。 荷載組合。超載車輛荷載為偶然荷載，驗(yàn)算按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 4.1.6.2 條規(guī)定進(jìn)行荷載組合，即取上述 項(xiàng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行組合。對(duì)混凝土收縮徐變、溫度效應(yīng)和橫向風(fēng)荷載等均不考慮。由于所驗(yàn)算對(duì)象為高速公路上重要互通區(qū)的橋梁，構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取 1.1。 1.4 有限元模型 烏龜山立交匝 F 第五聯(lián)采用 420 米現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬 10.5 米，底板寬 6 米。下部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支處采用雙柱墩，連續(xù)處采用獨(dú)柱墩。本聯(lián) 15 17號(hào)連續(xù)墩處橫橋向考慮了支座中心線（墩中線）偏離箱梁中心線曲線外側(cè) 13cm 的偏心距。 車道荷載在偏載滿布作用下，按單車道最不利偏載布置，荷載橫向布置如圖 3 所示。 采用有限元分析軟件 MIDAS Civil2006 進(jìn)行計(jì)算，全橋共 126 個(gè)節(jié)點(diǎn)， 111 個(gè)單元。按曲線梁建模，見圖 4。 1.5 計(jì)算結(jié)果 獨(dú)柱墩橋梁在偏心超載作用下主要存在以下幾點(diǎn)安全隱患： 獨(dú)柱墩梁體尤其曲線橋梁，在偏載作用及梁體內(nèi)外側(cè) 恒載偏心作用下，多支承點(diǎn)位置支座可能存在脫空，橋梁結(jié)構(gòu)存在整體失穩(wěn)、傾覆的可能性。 在偏心超載作用下，梁體承受較大的扭矩作用，且跨徑越長(zhǎng)，獨(dú)柱墩數(shù)量越多，扭矩累積作用越大，一但梁體抗扭能力不足，橋梁將出現(xiàn)剪扭破壞。 獨(dú)柱墩本身為偏壓構(gòu)件，如果墩高較大或者墩身過(guò)細(xì)，在較大的偏載作用下，立柱將存在偏壓破壞的可能性。由于本文主要關(guān)注上部箱梁的整體傾覆穩(wěn)定，故不再討論這種情況。 本次計(jì)算主要分析以下兩方面： 1.5.1 箱梁在偏載作用下的整體剛性傾覆驗(yàn)算 獨(dú)柱墩曲線橋梁， 在車輛活載、離心力等偏載作用效應(yīng)下出現(xiàn)的支座脫空現(xiàn)象，即橋梁（簡(jiǎn)支）墩臺(tái)處的雙支座出現(xiàn)負(fù)的支反力時(shí)，獨(dú)柱墩橋梁上部結(jié)構(gòu)就存在傾覆的危險(xiǎn)。本文假定在偏心超載發(fā)生橫向整體側(cè)傾前，梁體不會(huì)先發(fā)生彎扭破壞。 在公路 I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)車道荷載及特殊荷載荷載作用下，標(biāo)準(zhǔn)值組合時(shí)內(nèi)側(cè)支座的最小支反力計(jì)算結(jié)果見表 1。 由表 1 數(shù)據(jù)可知，在現(xiàn)行公路 I 級(jí)車道荷載下，該橋簡(jiǎn)支墩處及橋臺(tái)處雙支座位置內(nèi)側(cè)支座不會(huì)出現(xiàn)負(fù)反力，即支座不會(huì)出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，因而不會(huì)發(fā)生上部箱梁傾覆危險(xiǎn)。 考慮超載情況，分級(jí)增加活載效應(yīng)（ 每級(jí)增加標(biāo)準(zhǔn)車道荷載的 0.2 倍），當(dāng)活載效應(yīng)增加至標(biāo)準(zhǔn)車道荷載的 1.8倍時(shí)， 14 號(hào)橋墩處內(nèi)側(cè)支座出現(xiàn)負(fù)反力，橋臺(tái)處支反力為0，將出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，該橋在此荷載等級(jí)作用下，將存在傾覆的危險(xiǎn)。 1.5.2 持久狀況下橋梁抗扭承載力計(jì)算 由于獨(dú)柱墩單支座結(jié)構(gòu)不能承受梁體縱向扭矩，其作用全部由聯(lián)端簡(jiǎn)支處的雙支座產(chǎn)生反扭矩對(duì)抗，故聯(lián)端靠近支座處的梁體承受縱向扭矩是最大的。 根據(jù)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 D62-2004）第 5.5.4 條規(guī)定計(jì)算截面的抗扭承載能力 2。在 標(biāo)準(zhǔn)車道荷載作用下近聯(lián)端附近邊跨梁體截面扭矩設(shè)計(jì)值 rTd 最大為 4754KN m，截面抗力為 6578KN m，梁體抗扭承載力滿足規(guī)范要求。在 1.8 倍標(biāo)準(zhǔn)車道荷載作用下近聯(lián)端附近邊跨梁體截面扭矩設(shè)計(jì)值 rTd 最大為 6324KN m，截面抗力為 6578KN m，梁體抗扭承載力滿足規(guī)范要求。故該橋上部結(jié)構(gòu)抗扭承載能力滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)抗扭安全儲(chǔ)備較高，且可得知箱梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞之前會(huì)先發(fā)生傾覆破壞。由于箱梁上部結(jié)構(gòu)的抗扭承載能力一般均較高，因而很少出現(xiàn)由于扭轉(zhuǎn)作用而造成破壞。 當(dāng)一聯(lián)內(nèi)孔數(shù)減少、聯(lián)長(zhǎng)縮短時(shí)，由 于其所能排布的偏載車輛也較少，故而對(duì)聯(lián)端產(chǎn)生的扭矩也較小，所以獨(dú)墩單支座連續(xù)梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超載扭斷破壞的可能性是隨著其一聯(lián)的長(zhǎng)度增加而增加的。曲線梁由于彎（剪）扭矩耦合效應(yīng)的作用，相同孔數(shù)的一聯(lián)的扭矩內(nèi)力，曲線梁將較直線梁增大不少。 2 結(jié)論與建議 由于連續(xù)處獨(dú)柱墩設(shè)置了合理的橫向偏心距，在現(xiàn)行公路 I 級(jí)車道荷載下的最不利偏載作用下，不會(huì)發(fā)生橋梁橫向失穩(wěn)，抗傾覆驗(yàn)算滿足規(guī)范要求?？紤]超載情況，當(dāng)活載效應(yīng)增加至標(biāo)準(zhǔn)車道荷載的 1.8 倍時(shí)，將出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象，該橋在此荷載等級(jí)作用下，將存在傾覆的危 險(xiǎn)。 獨(dú)柱墩連續(xù)箱梁橋在我國(guó)有著非常廣泛的應(yīng)用，但目前正在服役公路橋梁在偏心偶然超載時(shí)存在傾覆危險(xiǎn)的橋梁不在少數(shù)。為了避免發(fā)生支座脫空現(xiàn)象導(dǎo)致側(cè)傾，提高橋梁的抗傾覆能力，筆者建議： 從前述結(jié)構(gòu)分析上看，獨(dú)柱墩橋梁滿足現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的車道荷載的抗傾覆性能要求，但在超載、重車的作用下則會(huì)出現(xiàn)傾覆，隨著交通量的增長(zhǎng)和超載車輛的增多，給正在運(yùn)營(yíng)的獨(dú)柱墩橋梁的安全性帶來(lái)極大的隱患，因此應(yīng)該加強(qiáng)正在運(yùn)營(yíng)獨(dú)柱墩橋梁的檢測(cè)及動(dòng)態(tài)觀察，制訂有效的養(yǎng)護(hù)措施，確保其能夠安全運(yùn)行。 鑒于獨(dú) 柱墩連續(xù)箱梁橋存在安全隱患，因此設(shè)計(jì)中在外部條件允許的情況下連續(xù)處橋墩應(yīng)盡可能避免采用獨(dú)柱單支座的結(jié)構(gòu)形式，而采用雙柱雙支座的形式。若場(chǎng)地條件受限而必須采用獨(dú)柱墩時(shí)，則應(yīng)考慮增大墩身截面，并采用獨(dú)墩雙支座形式（如花瓶墩），以改善梁體的抗傾覆能力。 面對(duì)超載車輛存在的現(xiàn)實(shí)性和緊迫性，針對(duì)連續(xù)箱梁橋連續(xù)處獨(dú)墩單支座抗扭能力最為薄弱和簡(jiǎn)支處箱梁曲線內(nèi)外側(cè)支座受力不均的情形，現(xiàn)有服役獨(dú)柱墩橋梁可進(jìn)行必要的改造加固，增強(qiáng)梁體整體應(yīng)對(duì)不利傾覆荷載的能力。 在橋梁通車運(yùn)營(yíng)期間，有關(guān)路政部門應(yīng)切實(shí)加 強(qiáng)對(duì)橋梁使用的管理。須嚴(yán)格杜絕超重車輛上橋行駛，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)堵停卸貨或由有資質(zhì)的單位做特載車輛單獨(dú)驗(yàn)算、制定專門的通行方案，切不可僥幸盲目上橋。 參考文獻(xiàn)： 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. 2JTG D62-2004 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.2004， 43. 3武宏曉 .連續(xù)獨(dú)柱墩橋梁抗傾覆安全評(píng)價(jià)及加固設(shè)計(jì)方案 J.城市道橋與防洪， 2010，（ 04） . 閱讀相關(guān)文檔 :缸體鑄件材料縮松缺陷的解決及硬度的改善 液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù) 價(jià)值工程在建筑工程項(xiàng)目施工方案優(yōu)選中的應(yīng)用 振動(dòng)測(cè)速法在潛油電泵機(jī)組性能測(cè)試中的應(yīng)用 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流信息系統(tǒng)集成研究 基于農(nóng)校對(duì)接的鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系構(gòu)建研究 徐州闞山電廠