独柱墩桥梁横向稳定影响因素研究

本文以实际工程为背景,采用五跨等跨布置混凝土连续梁桥,截面为单箱双室结构,借助有限元软件Midas建立不同桥梁跨径、桥梁曲率半径、中墩支座偏心值来分析独柱墩桥梁抗倾覆能力及倾覆力学特征,得出上述影响因素对独柱墩横向稳定系数的影响规律。计算数据分析表明在相同条件下,曲线桥梁随着曲率半径的增大,抗倾覆稳定系数先减小后增大;稳定系数随着跨径的增大而增大;适当增加小半径曲线梁桥中墩支座偏心可以增强独柱墩桥梁横向稳定性。     

曲线桥抗倾覆稳定性设计方法研究

由于目前曲线桥抗倾覆稳定性设计尚未有统一标准,禁止支座脱空和抗倾覆稳定系数大于2.5均可以用作曲线桥梁的抗倾覆稳定性满足要求的判别标准,在此基础上本文引入了新的稳定性系数等效计算公式并与前两种设计方法进行对比。基于某公路钢-混组合曲线梁桥建立空间有限元模型,通过对设计荷载和实际车队荷载进行最不利布置,计算其抗倾覆稳定性系数并进行对比。研究结果表明:设计荷载和实际车队荷载作用下此桥均满足抗倾覆的要求,但是后者作用下的稳定系数较小;以禁止支座脱空系数大于1来进行抗倾覆稳定设计更安全;引入的抗倾覆稳定系数等效计算方法更为简便、实用。     

箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析

针对箱形截面梁桥的抗倾覆稳定性问题,为研究目前设计中常用的几种抗倾覆验算荷载及其合理性,基于力学原理,推导了直线桥及曲线桥的抗倾覆稳定系数计算公式,并提出了适用于设计的简化公式,将所推导的计算公式用于实桥设计中。结果表明:公路-Ⅰ级荷载用于抗倾覆稳定性验算是偏小的,宜采用5m间距55t密排重车车队;加大连接墩的支点间距可提高直线桥的抗倾覆稳定性;随着弯曲半径的逐步减小,曲线桥抗倾覆稳定系数逐步提高,桥越弯越不容易整体倾覆;大半径曲线梁桥的抗倾覆能力最差,其次是直线桥,最后是小半径曲线梁桥。     

某独柱墩曲线梁桥安全性评估与加固设计

近年来因车辆超载导致独柱墩曲线梁桥垮塌事故频发,对既有独柱墩曲线梁桥进行安全评估与加固成为研究热点。该文以某高速公路独柱墩曲线梁桥为例,首先应用Midas/Civil建立有限元模型,采用支座反力法、稳定系数法计算获得的抗倾覆稳定系数分别为2.0、1.76,均不满足规范(大于2.5)要求;接着分析了支座预偏心对曲线梁桥抗倾覆稳定性的影响。结果表明:该桥最佳预偏心值为11cm,设置支座预偏心能一定程度提高桥梁抗倾覆稳定性;最后提出一种独柱墩增设钢结构盖梁及支座加固设计方案,其抗倾覆稳定系数为3.5,加固后支座不会出现脱空现象,钢结构盖梁和增设钢结构盖梁后桥墩偏心受压承载力验算结果均符合现行规范要求,研究成果可供类似独柱墩曲线梁桥加固设计参考借鉴。     

基于实用算法的独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆影响因素分析

采用抗倾覆稳定性的实用计算方法分析曲率半径、中墩偏心距、支座间距(桥台处两支座的中心间距)对独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆性能的影响。结果表明,随着曲率半径的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应先减弱后增强,倾覆效应先增强后减弱,抗倾覆稳定系数先减小后增大;随中墩偏心距的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应增强,倾覆效应减弱,抗倾覆稳定系数增大;曲率小于某限定值时,随着支座间距的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应增强,倾覆效应减弱,抗倾覆稳定系数增大,增大支座间距能显著改善独柱墩曲线箱梁桥的抗倾覆性能。     

曲线钢箱梁施工抗倾覆稳定性研究

为分析曲线钢箱梁桥施工过程中的抗倾覆稳定性,建立单箱梁和有临时加固设施的双箱梁数值模型,计算各支座的支撑反力。根据钢箱梁的不同受力特征,采用稳定系数法和支座反力法,计算曲线钢箱梁的抗倾覆稳定性系数。分析表明,对于结构整体倾覆分析而言,单箱梁和有临时加固设施的双箱梁的自重作用提供了结构的稳定力矩,使得在施工各工况下均不出现支座脱空的现象;单箱梁和有临时加固设施的曲线钢箱梁整体抗倾覆稳定性较好,各个阶段的抗倾覆系数均远大于规范的规定,桥梁结构不会发生侧向倾覆;双箱梁间设置临时加固设施,可以提高曲线钢箱梁的抗倾覆稳定性,在施工过程中,应加强双纵梁间的临时连接。     

基于正交试验法的曲线连续梁桥抗倾覆稳定性研究

为研究曲线连续梁桥中的不同参数对桥梁倾覆稳定性的影响,以高速公路上某匝道桥为工程背景,开展基于正交试验法的参数分析。建立匝道桥的有限元计算模型,并结合正交试验的方法,分析曲线半径、支座间距及桥梁纵坡对曲线梁桥抗倾覆能力的影响。结果表明,支座间距对桥梁倾覆影响最大,曲线半径次之,而桥梁纵坡对其的影响较小。     

独柱墩梁桥倾覆轴线的选取

为探讨《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62)征求意见稿》4.1.9条补充的关于上部结构抗倾覆稳定系数验算中倾覆轴线的确定,分别通过理论推导和MIDAS有限元计算分析了直线和曲线梁桥结构倾覆轴线的选取。结果表明:选取不同倾覆轴线进行抗倾覆稳定系数验算,结果相差偏大。联端双支承,中间墩独柱支承的直线和曲线梁桥结构,当联端外侧支座连线以外无支座时,应选取此支座连线作为倾覆轴线进行验算;当联端外侧支座连线以外有支座时,倾覆轴线应选取为联跨跨中位置相邻支座的连线。     

强倾弱弯梁桥设计准则研究

多起梁桥倾覆事故显示，主梁发生横向倾覆而未发生强度破坏，说明独柱墩梁桥的抗倾覆承载力和抗弯承载力不匹配。为避免超载作用下梁桥发生非延性的倾覆破坏，提出了强倾弱弯设计准则，并推导了强倾弱弯的计算公式。以跨径分布、箱梁线重度和支座分布等为参数，给出了三跨连续梁超载系数的快速计算公式。进一步以江苏无锡312高架桥、哈尔滨三环路鸿福路段高架桥和湖州104高架桥为例，进行强倾弱弯设计准则分析和初步验证。结果表明：①车道荷载横向偏载、纵向满布是连续梁桥抗倾覆最不利的活载布置方案；②传统独柱墩梁桥难以满足强倾弱弯设计准则，无法保证强度破坏发生在倾覆破坏之前；③忽略支座尺寸、大转动效应以及桥梁实际抗弯承载力与设计抗弯承载力的差异，抗倾覆稳定系数应大于2.88才能实现强倾弱弯，而不是2018版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中规定的2.5。     

独柱墩梁桥横向稳定计算理论与验证

针对独柱墩梁桥横向稳定存在的隐患问题,通过对多座独柱墩梁桥倒塌现场残骸的调查研究提出了倾覆过程中的5种可能破坏模式。基于典型破坏模式,提出以所有抗扭支座失效(脱空)作为判断倾覆的准则。采用有限度的抗扭支座模拟支座尺寸对抗倾覆的有利影响,将独柱墩梁桥倾覆过程等效为箱梁变形体转动及刚体转动的叠加,并考虑箱梁大转动导致桥墩反力重分布对于桥梁抗倾覆的影响。在不考虑、考虑支座尺寸(即支座点支撑或面支撑)2种模式下,通过能量法和变分原理建立空间力系平衡来判断箱梁是否倾覆;最后以上虞春晖桥、哈尔滨三环路鸿福路段上行匝道桥、粤赣高速匝道桥和津晋高速匝道桥为例,对提出理论进行了验证,并进一步进行了影响因素分析。研究结果表明:相比于规范计算方法将倾覆简单地看作刚体的转动,由于综合考虑了变形体转动、刚体转动及箱梁大转动对桥梁倾覆的影响,提出的计算方法所得4座桥的临界倾覆荷载与实测倾覆荷载接近,可偏安全的计算梁桥的抗倾覆承载力。     

基于新规范的独柱墩曲线梁桥抗倾覆稳定性分析

利用新规范的简化算法计算了大半径或直线独柱墩梁桥的横向抗倾覆稳定性,与精细化有限元计算的结果对比表明,新规范具有较好的适用性,不会高估大半径曲线梁桥的抗倾覆能力。以上海市某高速立交6联独柱墩连续箱梁匝道为例,计算了基础变位、温度梯度对于独柱墩抗倾覆稳定性的影响,同时分析了在役独柱墩曲线梁桥的特点,提出在进行抗倾覆性能验算时,应结合现场桥梁的状态和几何现状对模型进行修改。对上海地区该类桥梁的抗倾覆验算有一定的借鉴意义。     

桥型布置对独柱墩曲线梁桥抗倾覆性能的影响

以三跨连续独柱墩曲线梁桥作为基本结构,针对不同桥型布置形式建立有限元模型,利用非线性分析与接触理论考察倾覆过程中结构位移、转角及支座反力的时程变化规律。进而计算抗倾覆稳定安全系数,分析不同桥型布置下的独柱墩梁桥抗倾覆能力及倾覆力学特征,改变桥型布置以对独柱墩倾覆力学行为进行参数分析,并将规范法计算结果与有限元法计算结果进行对比。数值仿真表明:随偏载不断增大,边墩内侧支座反力首先减小直至脱空;反力重新分配后,边墩外侧支座反力增速减缓,中墩单支座反力持续增大,最终达到极限状态。通过参数分析可进一步看出:不同桥型布置形式对这一倾覆过程影响明显,边中跨比越小的独柱墩梁桥,其抗倾覆安全性能越低;如果同时曲线半径较大,则采用规范方法验算时会大大高估其抗倾覆能力,从而降低结构设计的安全性。     

中小跨径独柱墩连续梁抗倾覆稳定性分析研究

中小跨径独柱墩梁桥以其简洁经济的优点在中国得到了广泛应用。然而,近年来独柱墩曲线梁桥倾覆倒塌的事故时有发生。基于独柱墩曲线梁桥横向倾覆的机理,根据《上海地区梁桥横向稳定性验算指南》咨询报告的规定,分别从支座反力、抗倾覆稳定系数、梁体转角、下部结构承载能力极限状态四个方面对上海某立交进行抗倾覆稳定验算分析,为上海地区已有的独柱墩桥梁抗倾覆验算提供参考。     

支承间距及方式对独柱墩箱梁桥抗倾覆稳定性影响分析

依托某独柱墩连续箱梁桥,运用MIDAS/Civil建立桥梁仿真模型,研究不同支承距离和支承方式下独柱墩箱梁桥的抗倾覆稳定性变化规律。结果表明,独柱墩箱梁桥抗倾覆稳定性系数随着支承间距的增大逐渐增大,在确保桥梁合理设计的前提下,适当增大支承间距有助于提升桥梁的抗倾覆性能;不同支承方式下独柱墩箱梁桥的抗倾覆稳定性依次为梁墩固结双支座间距2.35m(原结构)双支座间距1.5m单支座,选用中墩双支座支承方式不仅能提升独柱墩箱梁桥梁体抗倾覆性能,还能减小单个支座的轴向承载。     

独柱墩曲线梁桥倾覆轴线研究

为指导独柱墩曲线梁桥抗倾覆能力设计,基于有限元理论和分析方法,利用MIDAS软件建立独柱墩曲线梁桥模型,计算不同车道荷载作用下各支座的反力,得出支座的脱空顺序,确定倾覆轴线。结果表明:当1排车辆从桥的一侧开始向上行驶,最先出现支座脱空的为进入曲线桥的桥台内侧支座,另一侧桥台内侧支座的反力也迅速减小并随后脱空;倾覆轴线为桥台外侧支座与曲线桥其它支座的连线。为了防止独柱墩桥梁在活载作用下发生倾覆,提出了一些如设置抗拉支座、偏心支座等措施。     

独柱墩桥梁在偏载荷作用下抗倾覆验算及处理措施

为了解决独柱墩桥梁在偏心荷载作用下横向抗倾覆能力不足的问题，依托黄麻互通匝道独柱墩桥梁实例，提出了将独柱墩单支撑改为多点支撑的处理措施。首先采用数值模拟法，对该桥独柱墩在车道偏载情况下进行了受力计算，结果显示荷载作用基本组合下，一个支座出现了负反力，不满足抗倾覆验算工况特征状态1的要求。然后采用在独柱墩顶部增设钢盖梁加固措施后，经结构计算及实践证明，有效解决了支座脱压的问题。研究结果表明：在偶然偏心荷载作用下，独柱墩所在桥跨的支座存在脱空的隐患；通过将独柱单支撑改为多点支撑的措施可有效解决支座脱空问题；独柱墩顶部增设钢盖梁后整座桥梁的抗倾覆能力得到了明显提升。     

曲线桥梁抗倾覆稳定参数分析

通过参数分析,探讨曲线桥梁支座布置、平面圆心角和曲率半径对其抗倾覆稳定的影响.结果表明:中墩采用双支座、减少单联桥梁圆心角,能有效改善曲线桥梁的抗倾覆稳定性能;当圆心角φ＜34°时,抗倾覆稳定系数趋于稳定.     

偏载作用下箱梁桥抗倾覆稳定问题的探讨

近年发生数起箱梁桥在重载车偏载作用下倾覆倒塌的事故,引起了人们广泛的关注。通过对比国内外桥梁设计规范,并对某桥案例进行了分析,提出箱梁桥抗倾覆稳定设计的建议和值得研究的问题:偏载作用下的多跨连续梁桥将产生梁体扭转变形,在确定抗倾覆稳定系数时,将弹性体问题采用刚体的计算方法是不正确的;桥梁设计中应综合考虑桥梁竖向强度的可靠指标,确定合理的横向整体倾覆稳定系数,避免横向整体倾覆失稳先于竖向强度破坏;桥梁橡胶支座的橡胶为超弹性体材料,应对箱梁桥倾覆过程中支座的受力性能和支座与箱梁间的相互作用进行深入研究。     

独柱墩连续曲线箱梁桥抗倾覆性能评估与加固

为了提升独柱墩连续曲线箱梁桥的抗倾覆能力,确保重载车辆作用下桥梁结构安全,根据现行桥梁设计规范和行业管理部门的技术要求,分析重载车辆下独柱墩连续曲线箱梁桥倾覆破坏的机理,归纳该类桥梁抗倾覆性能评估的内容、要点和加固方法。结合工程实例中桥梁的空间布置和结构受力特点,提出为独柱墩增设盖梁和支承或将独柱墩改为多柱墩的加固方案,并采用梁单元建立了加固前后独柱墩连续曲线箱梁桥抗倾覆评估模型,对各加固方案下桥梁的抗倾覆性能进行了对比分析。结果表明：将独柱墩改为多柱墩的加固方案,能够更有效地提升桥梁的抗倾覆稳定性,加固后桥梁两侧偏载下的抗倾覆稳定系数为加固前的1.73与1.48倍。     

某墩梁固结独柱墩曲线匝道桥倾覆安全性评估

目前对于墩梁固结独柱墩桥梁横向倾覆安全性评估的研究较少,验算加固等方面存在争议。以某建成年代较久远墩梁固结独柱墩曲线匝道桥为例,利用Midas有限元软件建立桥梁计算模型,考虑新旧公路桥梁规范,组合6种不同荷载工况进行抗倾覆验算。结果表明,匝道桥的两端内侧支座在不利工况作用下存在脱空风险;旧规范下匝道桥横向抗倾覆稳定系数不仅大于当时规定的安全限值1.3,也大于新规范规定的安全限值2.5;6种工况下固结墩柱均满足弯压承载力要求;汽车荷载效应分项系数取3.452 6时,匝道桥的3^#墩先达到抗弯承载力限值,桥梁整体将失稳发生倾覆;内侧支座、墩顶最大位移均未超过位移容许值;现有抗倾覆系数计算公式仍有改进空间,建议对于墩梁固结桥梁,抗倾覆系数可在某些条件下非优先考虑;最后综合工程实际、经济性和合理性,提出增设一种高强度抗拉拔装置的加固方案,支座不再出现脱空,横向倾覆安全性得到提高。研究成果可为后续规范改进、墩梁固结独柱墩桥梁倾覆安全性验算加固提供参考借鉴。