高速公路连续箱梁桥独柱墩横向抗倾覆计算及安全性评估

连续梁桥由于结构刚度大、桥面变形小、动力性能好、变形曲线平顺、有利于高速行车等优点,是中小型桥梁的主要结构形式之一,得到了广泛的应用和发展。但是由于超载、偏载以及支座布置不合理等原因,近年来我国连续梁桥出现了多例整体失稳的事故,且事故大多出现在独柱墩连续梁桥上。针对最近发生的独柱墩桥梁倾覆事件,采用有限元程序Midas Civil对拟建的武深高速公路项目中连续箱梁桥独柱墩抗倾覆系数及独柱墩处箱梁支座转角进行验算,并与规范及《广东省高速公路独柱墩连续箱梁桥横向抗倾覆安全性评估验算指导意见》中要求的指标进行对比,对连续箱梁桥独柱墩横向抗倾覆安全性进行合理评估。     

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。     

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。     

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。     

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。     

独柱混凝土曲线连续梁桥抗倾覆稳定性研究

为了对既有公路混凝土曲线连续梁桥的横向稳定安全性进行评估,以中间墩采用独柱单支座支承的曲线连续梁桥为对象,基于安全系数法,定义抵抗倾覆的稳定力矩与产生倾覆作用的力矩的比值为抗倾覆稳定系数,计算曲线连续梁桥在自重和汽车荷载作用下的抗倾覆稳定系数并进行分析。结果表明:中间墩采用独柱支座支撑的曲线连续梁桥的抗倾覆稳定系数值与曲线半径不是单调递增或单调递减的关系,存在最不利曲线半径;在最不利曲线半径附近范围内,中间墩采用独柱单支座支撑桥梁的抗倾覆安全富余度很小甚至不足;直线桥的抗倾覆稳定性远高于曲线梁桥,曲线梁桥的抗倾覆稳定性与中间墩支撑形式有关。中间墩单支座外偏布置或改为双支座可提高曲线梁桥的抗倾覆稳定性。     

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。     

某高速公路独柱墩连续箱梁桥抗倾覆稳定分析与加固设计

在汽车超载或偏载作用下,独柱墩连续箱梁桥可能存在横向倾覆失稳的隐患,如何保证已建独柱墩梁桥抗倾覆稳定能力,需要进行抗倾覆稳定分析与加固设计。分析独柱墩梁桥横向倾覆的过程,总结失稳机理;针对现行规范中抗倾覆理论的不足,按照4种验算依据,对位于某高速公路的2座独柱墩四跨连续箱梁桥进行抗倾覆稳定分析,并提出抗倾覆加固设计。加固验算和抗倾覆加固工程工后检测结论表明,采用的验算依据和提出的加固设计方案是有效可行的。     

独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法

为了明确独柱墩梁桥的破坏机理并提出有效的抗倾覆承载力计算方法,基于箱梁、支座和桥墩三者之间的相互作用关系,构造了抗倾覆承载力实用计算方法,并通过考虑几何非线性和接触非线性,建立了独柱墩梁桥抗倾覆计算的有限元模型。对上虞春晖大桥采用实用计算和建立有限元模型方法进行了对比研究,并与倒塌现场实际倾覆荷载进行了对比验证。研究结果表明:独柱墩梁桥抗倾覆力矩包括上部结构自重和端部支座反力对转动中心的力矩;采用实用计算方法和有限元模拟得到的倾覆极限荷载与春晖桥现场倒塌实测荷载均较为吻合,验证了实用计算方法和有限元模型的正确性;上部结构线重度对结构抗倾覆有显著影响。     

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。     

异形岔道梁桥有限元分析与抗倾覆研究

为保证带外伸横梁的异形岔道梁桥抗倾覆稳定性，结合某工程实例综合采用了设置外伸横梁等4项构造措施。采用Midas Civil 2021建立了全桥梁格模型与全桥板单元模型并进行分析对比，分析了桥跨结构的倾覆破坏机理，提出了实用抗倾覆计算方法。研究表明：梁格法对此类桥梁的计算精度可以满足工程应用的要求；外伸横梁与B岔道根部弯曲破坏失效是桥梁倾覆的最终阶段和前提条件；外伸横梁越短，提供的抗倾覆力矩越大。本次设计采用的4项构造措施均可有效提高结构抗倾覆稳定性，安全系数为10.1，大于2.5，满足规范要求，可为同类桥梁抗倾覆优化设计（如减小外伸横梁根数、调整外伸横梁结构尺寸等）提供依据和参考。     

独柱墩直线梁与曲线梁抗倾覆稳定性对比分析

对独柱墩桥梁横向失稳倾覆机理进行分析,综述目前国内外规范针对桥梁上部结构抗倾覆稳定性计算的有关规定。结合某高架桥工程,选取桥梁位于直线段和曲线段的3跨1联（3×30m）,分别对支座反力、支座底部混凝土强度和桥梁抗倾覆稳定系数进行验算,并对计算结果进行对比分析,所得结论对桥梁独柱墩设计具有一定的参考价值。     

大跨度连续梁桥悬臂施工整体抗倾覆稳定安全系数评估

为了评估连续梁桥在悬臂施工期间的安全性,提出了一种基于可靠度反分析理论的大跨度连续梁桥悬臂施工整体抗倾覆稳定安全系数计算方法。该方法可在给定目标可靠度指标和计入结构参数随机性的前提下,采用可靠度反分析理论,求解连续梁桥悬臂施工整体抗倾覆稳定安全系数。运用该方法计算了一座大跨度连续梁桥的抗倾覆稳定安全系数,并分析了参数敏感性,同时探讨了安全系数取值的合理性。计算结果表明：参数的随机性对连续梁桥悬臂施工阶段整体抗倾覆稳定安全系数影响较大,忽略参数随机性影响会导致过高估计整体抗倾覆稳定安全系数;应根据目标性能需求选择合理的安全系数;在悬臂施工中需要特别关注临时固结设施的合理性,避免挂篮和浇筑节段同时掉落,以保证结构在施工期间的抗倾覆稳定安全;随机变量分布类型对安全系数分析结果有较大影响,在实际施工过程中,可对实际变量参数进行抽样统计,确定合理的随机变量分布类型,以此计算得到的抗倾覆稳定安全系数更加符合实际工程需求;安全系数初始值的选取对该计算方法结果的准确性没有影响,只对结果的收敛速度有一定影响;推荐的可靠度反分析方法对基于目标可靠度指标确定抗倾覆稳定安全系数具有较好的适用性。     

城市独柱墩桥梁抗倾覆加固改造设计探讨

独柱墩桥梁具有结构轻巧、占地少等优点,被广泛应用在城市立交和高架上,近年来,随着独柱墩桥梁倾覆事故频繁发生,独柱墩桥梁结构的稳定性问题越来越受到桥梁管理者的重视。本文结合南京市独柱墩桥梁抗倾覆加固改造的工程实践,对不同桥型进行加固改造方案比选,优化抗倾覆加固设计。     

钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析

钢箱梁桥受力性能好,但结构的横向抗倾覆稳定性较差。该文采用Midas对工程实例进行建模计算,发现设计中存在的问题,讨论与横向抗倾覆稳定性有关的因素。     

超宽简支钢箱梁动力特性及简化分析方法研究

随着超宽梁桥的逐渐增多,宽幅桥梁与普通的窄桥相比,在荷载横向分布、稳定分析以及横向连接等方面都有明显区别.现以一座单跨单箱多室钢箱简支梁桥为研究对象,分别建立空间梁单元模型、等效板单元模型、梁格体系模型和实体单元模型,并对四种模型进行了动力特性结果比较,探讨了超宽简支钢箱梁桥不同计算模型动力特性的差异.结果 表明,梁格...     

独柱墩桥梁抗倾覆稳定性分析

以某高速公路立交四跨一联独柱曲线连续箱梁桥为背景,基于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)对桥梁抗倾覆的相关规定进行研究.利用Midas Civil建立桥梁有限元模型,分析该桥的抗倾覆稳定性,并研究了联端支座间距、中支座外偏心距及温度效应对独柱墩桥梁倾覆稳定性的影响.结果表明,增大联端支座间距、设置合理中支座外偏心距可有效提升桥梁抗倾覆能力;温度效应在独柱墩梁桥抗倾覆设计验算中不可忽视.     

温度梯度模式对钢筋混凝土连续曲线箱梁桥变形的影响

结合实测温度荷载对某实桥进行了变形量的分析计算，同时比较了7种温度梯度模式对钢筋混凝土连续曲线箱梁桥变形的影响。针对浙江地区和与其气候条件相似地区提出了一种简便、且与实测结果相符的温度梯度模式。结果显示所建立的有限元模型可以分析温度荷载对钢筋混凝土连续曲线箱梁桥变形的影响。     

考虑抗扭性能影响的多梁式矮箱梁桥荷载横向分布计算

目前对于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算采用刚接梁法,或采用有限元软件建立模型计算,但以上2种方法都未将抗扭刚度的影响考虑在内。因此,以上采用的2种计算分析方法不能对结构的特性进行准确模拟计算,也不能十分准确地对桥梁技术状况以及承载能力进行评价。为此,基于传统刚接梁计算荷载横向分布方法,在建立柔度系数矩阵时加入考虑主梁和翼板的约束扭转作用,提出一种适用于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算方法。为验证该方法的正确性,以某20 m跨径预制PC箱梁桥为对象,采用考虑抗扭刚度、未考虑抗扭刚度的刚接梁法和有限元数值模拟方法（梁格模型和板单元模型）计算其荷载横向分布系数,并与场地试验（中载和偏载2种工况）实测结果进行验证对比。结果表明：所提出的横向分布计算方法比未考虑箱梁主梁和翼板扭转的刚接梁法计算精度更高,也更接近实桥受力特点;同时,梁格模型、板单元模型与所提出的横向分布计算方法所得计算结果整体趋势基本上一致,相比于有限元数值模拟计算结果,采用该横向分布计算方法所得应变和挠度横向分布与实测结果更为接近,且偏差都在20%以内;该方法可在现场场地试验和桥梁承载能力评定中替代复杂的有限元数值计算方法,为预制矮箱梁桥场地试验和桥梁技术状况及其承载能力的评定提供较为准确的理论参考依据。