程偉偉

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

引言

鋼箱梁自重輕、節(jié)約材料、安裝工藝簡(jiǎn)單、便于養(yǎng)護(hù)維修、整體穩(wěn)定性好，主梁一般不會(huì)出現(xiàn)局部破壞，主梁的受力性能和工作性能較好[1]，近年來在我國得到了快速發(fā)展，在城市立交、斜拉橋和懸索橋等大跨徑橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。但由于鋼箱梁結(jié)構(gòu)截面較薄，在承受外力作用時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力與形變，甚至產(chǎn)生畸變，會(huì)降低鋼箱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能[2-3]。

1 橋梁傾覆破壞原因分析

1.1 工程概況

某高速公路立交互通體系采用連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，主梁采用單箱三室鋼箱梁，橋面采用雙車道設(shè)計(jì)，橋梁寬度為12.5 m。該橋梁為6 跨鋼箱曲線連續(xù)梁橋，橋跨組合為（25.6+30+40+40+30+25.6） m。大部分橋跨位于曲線上，其中部分橋跨位于半徑為90 m的平曲線上，部分橋跨位于半徑為2 500 m的平曲線上，橋面縱坡為3.5‰，橋面橫坡為-1%～ 2%。連續(xù)鋼箱梁橋大部分橋跨采用等高度梁段，只有一個(gè)邊跨和一個(gè)次邊跨采用變高度梁。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室鋼箱梁，梁高最小為0.9 m，最大為1.5 m。橋梁支座采用板式橡膠支座和盆式橡膠支座，橋墩結(jié)構(gòu)采用圓柱形墩，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。通過調(diào)查，橋梁9～16 #橋墩墩身局部產(chǎn)生開裂，9～16 #橋墩支座產(chǎn)生了偏移和變形。經(jīng)驗(yàn)算橋梁承載能力滿足《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 3362—2018）要求，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆計(jì)算，分析驗(yàn)算結(jié)果制定加固方案，優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.2 橋梁傾覆破壞原因分析

橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)組成、支承形式和外部荷載等因素的影響，由于設(shè)計(jì)不合理、維護(hù)不到位、嚴(yán)重超載等原因會(huì)造成橋梁出現(xiàn)不同程度的傾覆破壞[4]。橋梁抗傾覆驗(yàn)算主要是以保證橋梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定為出發(fā)點(diǎn)，保證橋梁在偏心重載作用下的穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行橋梁傾覆分析前，應(yīng)全面開展調(diào)查工作，確定橋梁產(chǎn)生傾覆破壞的原因，合理制定優(yōu)化方案。

連續(xù)鋼箱梁橋傾覆破壞原因：（1）橋面上部偏載所產(chǎn)生的傾覆力矩較小，遠(yuǎn)小于橋梁結(jié)構(gòu)的抗傾覆力矩，支座支承狀態(tài)良好，未出現(xiàn)脫空，但在橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載和車輛荷載的綜合作用下，橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于偏心受壓狀態(tài)，局部產(chǎn)生應(yīng)力集中引起變形破壞，進(jìn)而導(dǎo)致箱梁結(jié)構(gòu)傾覆破壞。橋墩在偏心受壓的作用下，出現(xiàn)了局部開裂。（2）橋梁中墩支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，車輛超載造成支承結(jié)構(gòu)破壞。該連續(xù)鋼箱梁橋原設(shè)計(jì)中墩采用單支座支承，容易產(chǎn)生較大的傾覆力矩。該橋梁支座雖未出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，但已經(jīng)出現(xiàn)了偏移和變形，一方面是由于車輛超載造成的，另一方面是由于支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的。

2 驗(yàn)算工況

為了保證連續(xù)鋼箱梁橋抗傾覆驗(yàn)算的準(zhǔn)確性，結(jié)合橋梁運(yùn)行情況，確定四種驗(yàn)算工況。（1）工況1：車道荷載選定為1倍城市A級(jí)荷載，按照雙車道進(jìn)行偏載布置。（2）工況2：車道荷載選定為1.2倍城市A級(jí)荷載，在考慮車輛普遍超載的情況下進(jìn)行加載計(jì)算，按照雙車道進(jìn)行偏心加載。（3）工況3：車道荷載選定為1.3倍城市A級(jí)荷載，按照1.3倍均布荷載和集中荷載進(jìn)行支座反力計(jì)算，按照雙車道進(jìn)行偏心加載。（4）工況4：車道荷載選定為3倍城市A級(jí)荷載，在考慮車輛普遍超載的情況下，按照1.2倍車輛荷載進(jìn)行加載計(jì)算，按照雙車道進(jìn)行偏心加載。

3 橋梁體系抗傾覆分析

3.1 支座反力計(jì)算

結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)資料，在四種驗(yàn)算工況下，分別在極限偏載情況下對(duì)曲線鋼箱梁進(jìn)行支座反力計(jì)算。連續(xù)鋼箱梁橋中墩采用單支座支承，支座反力計(jì)算結(jié)果見表1。

分析表1連續(xù)鋼箱梁支座反力計(jì)算結(jié)果，在四種驗(yàn)算工況的荷載組合出現(xiàn)最小值時(shí)，邊墩內(nèi)側(cè)支座反力為負(fù)。這是由于本項(xiàng)目曲線段連續(xù)鋼箱梁中墩采用單支座支承，相較于雙支座支承，傾覆軸線會(huì)向鋼箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)移動(dòng)，產(chǎn)生的傾覆力矩也會(huì)比雙支座支承大。

表1 中墩單支座支承支座反力計(jì)算結(jié)果/kN

為了進(jìn)行對(duì)比分析，在中墩采用雙支座支承的情況下進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，支座反力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 中墩雙支座支承支座反力計(jì)算結(jié)果/kN

分析表2支座反力計(jì)算結(jié)果，中墩采用雙支座支承時(shí)，四個(gè)驗(yàn)算工況支座反力計(jì)算結(jié)果均為正值，均滿足《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 3362—2018）要求。9 #和16 #邊墩工況四支座反力計(jì)算結(jié)果較小，支座內(nèi)側(cè)反力最小值分別為50.6 kN和60.5 kN，雖然為正值，但安全儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。因此，除了將中墩改為雙支座支承外，還需要調(diào)整預(yù)偏心值。

3.2 連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化

原設(shè)計(jì)橋梁中墩采用單支座支承，在四種驗(yàn)算工況下，支座反力計(jì)算結(jié)果橋墩內(nèi)側(cè)均出現(xiàn)了負(fù)值，而雙支座支承支反力計(jì)算結(jié)果明顯高于單支座支承，因此，該連續(xù)鋼箱梁橋的優(yōu)化重點(diǎn)是中墩支承設(shè)計(jì)。在不改變橋梁線形和主梁結(jié)構(gòu)的情況下，將原橋梁中墩單支座支承改為雙支座支承，并根據(jù)支座反力計(jì)算結(jié)果適當(dāng)調(diào)整支承位置，以提高支座反力的安全儲(chǔ)備，進(jìn)而提高橋梁的抗傾覆能力。將預(yù)偏心值調(diào)整為0.2 m，在驗(yàn)算工況4下重新進(jìn)行支座反力計(jì)算，與優(yōu)化前的支座反力進(jìn)行對(duì)比分析，繪制支座反力最大值和最小值折線圖見圖1、圖2。

圖1 優(yōu)化前后工況4支座反力最大值

圖2 優(yōu)化前后工況4支座反力最小值

分析圖1驗(yàn)算工況4下橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后支座反力最大值對(duì)比分析結(jié)果，優(yōu)化后9 #～16 #墩支座反力沒有出現(xiàn)負(fù)值，且邊墩支座反力有一定幅度的增加，受力結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

對(duì)比分析圖2驗(yàn)算工況4下優(yōu)化前后支座反力最小值計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化后支座反力較小的邊墩有了較大幅度增加，9 #和16 #墩支座內(nèi)側(cè)反力最小值分別增加到285.6 kN和249.8 kN，安全儲(chǔ)備增加，有效提高了橋梁的抗傾覆能力，說明該優(yōu)化方案可行。

4 結(jié)語

（1）分析原橋梁支座反力計(jì)算結(jié)果，邊墩內(nèi)側(cè)支座反力出現(xiàn)了負(fù)值，中墩采用單支座支承，也容易產(chǎn)生較大的傾覆力矩，需要對(duì)原橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。（2）分析中墩雙支座支承的支座反力計(jì)算結(jié)果，四個(gè)工況下各橋墩支座反力計(jì)算結(jié)果均為正值，但個(gè)別支座反力最小值較小，需要對(duì)支座預(yù)偏心值進(jìn)行調(diào)整。（3）對(duì)比分析優(yōu)化前后工況4支座反力計(jì)算結(jié)果，各墩支座反力最大值和最小值均有一定幅度的提高，尤其是最小值提高幅度較大，優(yōu)化后安全儲(chǔ)備增加，優(yōu)化方案可行。