張 義， 唐 發(fā) 明

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610031)

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關(guān)于連續(xù)箱梁橋獨(dú)柱墩單雙支座方案設(shè)計對比分析

張 義， 唐 發(fā) 明

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610031)

城市橋梁下部結(jié)構(gòu)的布置形式經(jīng)常受到城市空間及市政路網(wǎng)、管網(wǎng)的影響。有時，為了適應(yīng)橋梁周圍環(huán)境，需采用獨(dú)柱墩的結(jié)構(gòu)形式，而獨(dú)柱墩橋梁支座的布置方式對橋梁的使用安全起到了決定性的作用。介紹了采用midas civil軟件建模對此類橋梁進(jìn)行有限元計算分析的過程，旨在為今后同類工程設(shè)計提供參考。

曲線梁橋; 獨(dú)柱墩；支座布置；抗傾覆穩(wěn)定性

1 概 述

獨(dú)柱墩橋梁結(jié)構(gòu)形式輕巧，橋下通透性好，可以使駕駛?cè)藛T獲得開闊的視野。然而，近年來采用獨(dú)柱墩橋梁出現(xiàn)事故的幾率卻很高，如哈爾濱群力路高架橋獨(dú)柱墩橋整體側(cè)翻，浙江上虞立交橋獨(dú)柱墩引橋側(cè)翻等。通過對這些事故進(jìn)行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)并不是梁體或者是橋墩亦或是其余構(gòu)件的承載力不足而引發(fā)的事故，究其原因是獨(dú)柱墩上布置了不合理的單支撐而使梁體抗傾覆穩(wěn)定性不滿足要求從而引發(fā)了梁體側(cè)翻。

其實，通過調(diào)整梁底支座的布置方式完全可以防止以上事故的發(fā)生。筆者通過一個工程實例分析了曲線連續(xù)橋梁在單雙支座時的受力情況，運(yùn)用分析結(jié)果指導(dǎo)工程實踐，能夠確保橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全。

2 實例分析

2.1 工程概述

筆者論述的是某市政立交橋匝道橋，該橋平面位于半徑為150 m的圓曲線上，孔跨布置為3×25 m，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(單箱單室)。1#和2#橋墩采用獨(dú)柱墩，0#和3#為橋臺，橋臺處采用雙支座并將橋臺端橫梁橫向加寬以將支座間距盡可能地拉大。

筆者分別計算、分析了1#和2#橋墩在設(shè)置蓋梁和未設(shè)置蓋梁時不同的支座布置方式對梁體的抗傾覆穩(wěn)定性、抗彎承載力、抗剪承載力、抗扭承載力、各項應(yīng)力值以及最小支座反力的影響。

該橋?qū)? m，梁高1.6 m，懸臂長2 m，在橋墩處無論設(shè)置雙支座、還是單支座，都統(tǒng)一將支座中心線較梁體中心線向曲線外側(cè)偏移15 cm。

2.2 計算模型的建立

運(yùn)用空間桿系理論，采用midas civil 2013軟件對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。為比較1#墩、2#墩單支座和雙支座對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，筆者對兩種情況分別進(jìn)行了建模計算，計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

2.3 支座豎向反力計算結(jié)果

2.3.1 僅恒載作用下的豎向支撐反力

僅恒載作用下的豎向支撐反力見圖2和圖3。

圖2 僅為恒載作用下雙支座豎向支撐反力示意圖(單位：kN)

圖3 僅為恒載作用下單支座豎向支撐反力示意圖(單位：kN)

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)組合下最小豎向支撐反力

標(biāo)準(zhǔn)組合下最小豎向支撐反力見圖4、5。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)組合下雙支座最小豎向支撐反力 示意圖(單位：kN)

圖5 標(biāo)準(zhǔn)組合下單支座最小豎向支撐反力 示意圖(單位：kN)

由圖2～5可以看出：該橋在以上兩種支座布置方式下支座均未出現(xiàn)負(fù)反力，即支座未脫空；而且可以很明顯地看出：在雙支座布置方式下，支座反力的分布相對更均勻，從而更有利于上部梁體的受力。

2.4 梁體在使用階段應(yīng)力和承載能力計算分析結(jié)果

通過對以上兩種模型、兩種支座布置方式的計算，得到梁體在使用階段各項計算結(jié)果(表1～3)。梁體是按A類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的。

表1 橋墩布置雙支座時的梁體應(yīng)力表 /MPa

表2 橋墩布置單支座時的梁體應(yīng)力表 /MPa

表3 橋墩布置雙支座時的梁體承載能力表

注：表中數(shù)字為抗力/內(nèi)力。

從以上計算結(jié)果可以看出：對于獨(dú)柱墩，采用雙支座與采用單支座的方式對梁體的受力影響為：(1)在抗彎、抗剪承載能力相差不大的情況下，采用單支座的梁體抗扭承載能力不足；(2)在應(yīng)力方面，采用單支座的梁體主拉應(yīng)力不滿足規(guī)范要求。

2.5 梁體抗傾覆計算結(jié)果

筆者在文中的梁體抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計算依據(jù)為2012年發(fā)布的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)用力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范—征求意見稿》中第4.1.9條的規(guī)定。根據(jù)《征求意見稿》的規(guī)定，梁體布置雙支座和單支座的傾覆軸線分別見圖6和圖7；該橋抗傾覆安全系數(shù)γqf計算公式為：

式中γqf為抗傾覆安全系數(shù)；qk為車道荷載中的均布荷載；Pk為車道荷載中的集中荷載；Ω為傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積；e為橫向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離；μ為沖擊系數(shù)；RGi為成橋狀態(tài)時各個支座的支反力；xi為各個支座到傾覆軸線的垂直距離。

2.5.1 橋墩布置雙支座時抗傾覆系數(shù)的計算

橋墩布置雙支座時抗傾覆結(jié)果見表4。

2.5.2 橋墩布置單支座時抗傾覆系數(shù)的計算

橋墩布置單支座時抗傾覆計算結(jié)果見表5。

圖6 橋墩布置雙支座時傾覆軸線的位置示意圖(單位：cm)

圖7 橋墩布置單支座時傾覆軸線的位置示意圖(單位：cm)

軸線類型∑RGixi/kN·mμqk/kN·m-1Pk/kNΩ/m2e/m(1+μ)×(qkΩ+Pke)γqf軸線1505310.32810.531025.71.07798.963.3軸線2294950.32810.531037.21.371082.727.2

表5 按傾覆軸線1和軸線2作用下梁體抗傾覆系數(shù)計算表

從以上計算結(jié)果可以明顯地看出：梁體在橋墩布置雙支座情況下的抗傾覆安全系數(shù)大于在橋墩布置單支座的情況；如果考慮現(xiàn)實情況中汽車普遍超載，此時若仍然在橋墩上布置單支座，則其抗傾覆系數(shù)可能會小于2.5，從而有可能引起梁體側(cè)翻。

3 對文中涉及到的一些曲線橋其余問題的探討

曲線橋的支座偏心對于整個橋梁結(jié)構(gòu)受力有著非常重要的影響，在設(shè)計中找到一個合適的偏心就需要對支座的布置位置不斷地進(jìn)行試算，并對試算過程中的支座反力、梁體受到的扭矩等多方面因素進(jìn)行綜合分析，從而從試算結(jié)果中找到一個合適的支座布置位置。

對于該工程來說，橋臺支座的布置對整個橋的安全性同樣起到了不可忽視的影響。將橋臺支座盡可能地拉開，不但可以使橫向上內(nèi)外側(cè)支座的支反力盡可能地均勻，同時亦增強(qiáng)了梁體抗扭的作用，使扭轉(zhuǎn)變形相對減小。

4 結(jié)論與建議

從該實例可以看出，由于曲線橋?qū)εまD(zhuǎn)更敏感，即彎橋存在明顯的彎-扭耦合作用，在橋墩布置單支座時亦增大了扭矩力的作用，于是在橋墩布置單支座時使曲線橋的梁體抗扭承載力不足并使得梁體主拉應(yīng)力儲備不足。在抗傾覆方面，橋墩布置雙支座比橋墩布置單支座的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)富裕量大很多，從而更安全。

綜上所述：在滿足凈空和結(jié)構(gòu)尺寸要求的前提下，橋梁的支座布置應(yīng)盡量采用雙支座或多支座型式并盡量將支座的間距拉開。在受到壞境或其他方面的限制且必須在獨(dú)柱墩上設(shè)置單支撐的情況下，首先需要通過合理的計算、設(shè)置合理的支座偏心，從而使結(jié)構(gòu)的受力更合理，然后再采用其他方面的的措施，使結(jié)構(gòu)處于安全運(yùn)行中，如合理配置鋼束、配置足夠的鋼筋、設(shè)置可靠的限制梁體橫向位移的限位裝置等。

[1] JTG D60-2015，公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

中國水電五局公司長河壩施工局QC小組獲中國建筑業(yè)協(xié)會QC成果一等獎

日前，從中國建筑業(yè)學(xué)會2016年QC成果發(fā)布會上傳出消息，中國水電五局公司長河壩施工局參賽的“陡坡混凝土基面泥漿”及“搭接帷幕布孔裝置研發(fā)”QC小組分別榮獲全國工程建設(shè)優(yōu)秀QC小組活動成果一等獎和三等獎。

長河壩施工局高度重視質(zhì)量管理小組QC創(chuàng)新成果研發(fā)工作并取得了喜人成績。尤其在2016年，是長河壩施工局開展QC小組活動以來獲得成果最為豐碩的一年，總結(jié)形成的5項成果分別榮獲省部級一等獎6項，二等獎2項，三等獎1項。小組成員充分發(fā)揮主觀能動性，廣泛帶動現(xiàn)場操作人員參與，遵循“小、實、活、新”的活動理念，開展了系列服務(wù)于生產(chǎn)的小組活動，真正做到了提高思想認(rèn)識、落實責(zé)任要求、強(qiáng)化溝通協(xié)調(diào)，確保了QC成果達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的要求，為提升施工質(zhì)量、改進(jìn)創(chuàng)新能力和工程建設(shè)質(zhì)量起到了推進(jìn)作用。

由中國水電五局公司承建的川藏鐵路成雅段工程近況

新建川藏鐵路位于我國四川省和西藏自治區(qū)境內(nèi)，全線運(yùn)營長度約1 900千米，建筑長度約1 800千米。其中川藏鐵路成雅段始于成都朝陽湖站，終至雅安車站，全長42千米，屬于蘆山地震災(zāi)后重建重點(diǎn)項目，具有有利于四川省加速構(gòu)建現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，進(jìn)一步發(fā)揮川西重鎮(zhèn)雅安“東聯(lián)成都、西進(jìn)康藏、南下攀西”的重要樞紐作用，有助于發(fā)揮成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)的輻射帶動作用，對推動地震災(zāi)區(qū)振興、輻射藏區(qū)、帶動民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)民族安定團(tuán)結(jié)等具有十分重要的戰(zhàn)略意義。 中國水電五局公司在與二十幾家專業(yè)鐵路施工單位的競爭中脫穎而出，單獨(dú)中標(biāo)川藏鐵路成雅段站前二標(biāo)，中標(biāo)金額達(dá)11.76億元，合同工期為2014年12月1日至2018年5月31日，共計42個月。本標(biāo)段全長25.907千米，主要建筑物包含路基工程、橋梁工程、隧道工程、框架涵工程、站場工程。施工難點(diǎn)主要體現(xiàn)在自然環(huán)境因素和工程本身特點(diǎn)兩個方面。首先，由于所中標(biāo)段地處四川盆地邊緣，地形起伏大，多有懸崖分布，滑坡、巖堆發(fā)育，地質(zhì)以卵石土地層為主，邊坡極不穩(wěn)定。加之雅安四季多雨的氣候條件，給線性工程施工造成很大干擾，沿線人口密集，征拆工作難度大；其次，本標(biāo)段橋梁多屬大跨度、高墩身類型，部分承臺墩身位于陡坡位置，與地面高差最高達(dá)41米，便道無法通往，部分橋梁跨越河溝，雨季河水隨時暴漲，現(xiàn)澆連續(xù)梁支架施工需密切關(guān)注水位變化，從而加大了施工難度。該標(biāo)段隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，埋深較淺，全部為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，根據(jù)該段地質(zhì)情況，項目部決定現(xiàn)場依據(jù)“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱(不)爆破、快封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、緊襯砌”的原則進(jìn)行施工，確保了隧道的施工安全和質(zhì)量。 中國水電五局公司極為重視川藏鐵路建設(shè)，選派精兵良將，組建了川藏鐵路成雅段工程項目經(jīng)理部。項目部自2014年11月進(jìn)場后，始終秉承“謙虛、嚴(yán)謹(jǐn)、精益、創(chuàng)新、超越”的理念，實現(xiàn)了“管理制度標(biāo)準(zhǔn)化、人員配備標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)場管理標(biāo)準(zhǔn)化、過程控制標(biāo)準(zhǔn)化”。其中蒙頂山拌合站、金雞關(guān)2號隧道出口標(biāo)準(zhǔn)化、信息化建設(shè)得到多方贊譽(yù)，多次被建設(shè)單位作為迎檢點(diǎn)接受大型檢查團(tuán)的檢閱。項目部履約情況良好，總體工期受控，得到了建設(shè)單位、監(jiān)理單位、地方政府等各方的充分肯定。 截止目前，川藏鐵路成雅段工程項目經(jīng)理部主體工程路基、站場已全部開工，完成設(shè)計總量的60.3%，全線橋梁工程共17座，開工15座，累計完成7 423.9延米，為設(shè)計總量11 471成橋米的64.7%。全線隧道4座，開工4座，累計完成2 422.3成洞米，為設(shè)計總量3 726成洞米的65%。全線涵洞36座，開工28座，完成15座，折合907.58橫延米，占設(shè)計總量的63.7%，工程進(jìn)展良好。

2016-06-06

U443.2;U441;U442;U443

B

1001-2184(2016)05-0100-04

張 義(1975-)，男，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，學(xué)士，從事交通工程設(shè)計技術(shù)與管理工作；

唐發(fā)明(1985-)，男，四川巴中人，工程師，學(xué)士，從事橋梁設(shè)計工作.