对独柱墩桥梁设计的一点探讨

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【摘要】 根据单支点桥梁使用中存在的倾覆稳定性问题，建立计算分析模型，通过计算实例，提出桥梁倾覆隐患发生的可能性和处理方案，从而在相关工作实践中加以应用，确保桥梁的使用安全。

【关键词】桥梁 计算模型 分析 措施

中图分类号：TU997文献标识码： A 文章编号：

随着公路建设的发展，公路桥梁的数量及形式不断增多。在交通大发展的状况下，部分桥梁存在着或多或少的设计缺陷。随着使用的年限的增长以及重载超载车辆的不断作用，我国的部分桥梁由于车辆超载发生了桥梁倾覆的重大事故。下面我们结合工程实例计算模型分析该类问题，从而提出处理方案，同大家探讨一下，以便在相关的工作中得到相关的重视。

一、计算模型的采用

工程模型概况：桥梁上部为3×30m跨径预应力混凝土连续箱梁，主梁桥面总宽度为10m，设计梁高为1.6m。主梁横断面采用单箱双室的箱梁形式，主梁外悬臂采用2.0m，跨中标准断面箱室顶板厚0.22m，底板厚0.2m，腹板厚0.45m，主梁采用C50混凝土现场浇注。

分析状态：（一）、桥台桥墩均采用双支点支撑结构体系，支点间距3.4m。

（二）、桥台采用双支点，支点间距3.4m，两个桥墩采用单支点中间支撑。

引用设计规范：《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）。

计算模型的参数选择：桥梁上部为空间直线连续梁，计算模型采用空间杆系模型，分析方法采用有限元法进行力学分析。本次分析只做定性分析，因此仅对建立空间杆系模型各工况进行支点反力计算，通过改变边界条件分析支点反力计算值的变化情况，从而通过对计算结果的分析，做出桥梁结构稳定性及存在的安全隐患的相关结论。本次模型分析为了简化计算，我们采用汽车车道荷载、车辆荷载、静荷载、计入冲击系数、不计组合系数，计算支点反力。

计算模型见下图：

分析状态（一）计算模型

分析状态（二）计算模型

荷载情况：

静荷载：混凝土容重按26kN/m3计算；

活荷载：（1）公路Ⅰ级车道荷载，按3车道纵、横向布载；

（2）公路Ⅰ级车辆荷载，按3车道纵、横向布载。

二、计算结果分析

根据以上模型进行有限元分析计算，分析位置仅为桥台支点位置，分析计算结果见下表：

表1 状态（1）桥台支点反力统计表（kN）

从表1可以看出，本模型桥台支反力没有出现负值，从而证明整桥结构稳定性是安全的，桥台支座可根据设计值采用，本模型参考值为2606.8 kN。

表2 状态（2）桥台支点反力统计表（kN）

从表2数据看，本模型桥台支反力没有出现负值，从而证明整桥结构稳定性是安全的，桥台支座可根据设计值采用，本模型参考值为2972.2kN。

表3 状态（2）倾覆临界状态假定计算表（kN）

对本桥的荷载情况分析：如果活载效应增加至1.744倍的时候桥梁支座总效应出现拉力，桥梁处于倾覆状态的临界点上，见表3

计算分析：通过结构体系的转变，桥墩变成单支点后，由于桥墩承担的扭矩要二次分配给桥台支点，结果使桥台支点的最大反力要增加14.02%，最小反力要减小44.19%。所以会出现支反力增加及减小等状况发生。

支反力增加的情况：通过以上计算分析，如果设计者仅采用平面杆系计算方法，忽视由于桥墩支撑体系的变化，引起整桥的扭矩要重新分配到桥台的支撑位置。如果桥台支座的选用中没有考虑这种影响的时候，选用的支座型号是不安全的。结合考虑到车辆的超载情况的发生，会造成支座的安全储备不足，轻者支座受压破坏，重者产生桥梁的侧滑，如果没有可靠的防侧移措施，桥梁就会产生滑移落梁等安全隐患。

支反力减小的情况：通过以上计算分析，如果设计者也忽视扭矩重新分配的情况，对于特定的桥梁，如果上部采用自重较小的钢箱组合梁结构，桥台支座在此种状态下就会出现拉力，如果桥梁本身没有设置足够可靠的的抗倾覆措施，那么势必造成整体结构的倾覆，所以对于这种特定桥梁本身也存在一定的安全隐患。

三、方案对策

根据上面的分析结果可以看出，采用单支点的连续梁桥会存在一定安全隐患，为了解决上述问题我们提出以下解决问题的方法：

3.1、设计中采取合理的技术措施，尽量减少使用桥墩的单支点设计方案，如果不可避免采用单支点设计方案，建议采用墩梁固结的技术措施来抵抗横向扭矩。

3.2、对于结构自重较轻的钢箱梁，如果采用单支点设计方案时，要采用较为可靠的抗倾覆措施，如增加桥台位置的抗拉支座设置，或者增加桥墩的横向支撑，以及增加桥梁配重等技术措施，平衡活载带来的扭矩。这里要重视支座选用时要根据实际的最大值选用。

3.3、对于已经建设完成的桥梁结构，可以采取增加桥台位置的横向约束，增加桥台支座，加大桥台支座承载能力以及增加配重的方式进行处理，如果有条件可以改变结构受力体系，可采用增加永久支撑，或者直接采用墩梁固结的形式来解决桥梁的抗倾覆的安全储备问题。

四、结束语

我们的计算分析仅是对于单一桥型的状况，不能代表全部相关特征的桥梁，具体桥梁还要通过空间实际分析，对桥梁整体抗倾覆安全进行评估。但是这种倾覆隐患在我们的实际现状中是存在的，从这几年工程实际发生相关事故中也能看出，所以我们在设计中尽量不采用单支点连续梁的桥梁方案，但可以采用连续T型钢构。对于将来的设计中我们更要重视这种情况，做到设计的桥梁安全可靠。对已经建设并投入使用的类似的桥梁结构，希望通过一定的专业桥梁普查，并且针对具有倾覆安全隐患的桥梁进行验算分析，采取相对应的工程措施，防患于未然。