独柱墩梁桥倾覆临界状态分析及规范法的适用性

为了对独柱墩梁桥的倾覆机理与安全性评价进行研究,以哈尔滨阳明滩大桥已发生倾覆事故的独柱墩梁桥为例,进行精细化三维有限元建模,将支座视为橡胶单元,并记入几何、材料双重非线性,在多种基准验算荷载作用下进行结构极限破坏状态的全过程分析;同时提出4个依次发生的临界倾覆状态,连续描述整个倾覆过程中不同阶段的受力临界行为,利用抗倾覆安全系数的概念针对不同临界状态定量确定独柱墩梁桥的抗倾覆性能,并结合实际倾覆事故进行合理性验证。将规范法、仿真分析的结果与实际情况进行了对比,研究结果表明：基于理想支承刚体转动的规范方法会明显高估其抗倾覆性能,运营阶段不仅应避免支座脱空现象,还应进一步控制上部结构梁体扭转角不超限;建议采用弹性体空间计算模型,计算支座恒载反力与活载最大竖向负反力的比值,作为针对第1临界倾覆状态（支座脱空）的抗倾覆安全系数;当55 t车辆或公路-I级作为验算荷载时,该系数应分别大于1.3或2.0,并计入橡胶支座与主梁底面之间的相互作用。     

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。     

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。     

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。     

城市公路桥梁抗倾覆验算与加固改造的设计方案研究

以成都某公路独柱墩桥梁为背景,通过对实际桥梁发生倾覆时受力特点进行分析,使用通用的桥梁结构计算空间有限元MIDAS/Civil分析软件进行该桥的计算、建模、分析,计算模型为梁格法模型,制定出适用于独柱墩桥梁倾覆稳定性的验算方法,在独柱墩曲线梁桥原有独柱墩上,进行钢结构支撑的添加,在支撑上部,加设2个支座,也就是在1号桥墩和2号桥墩两侧各进行一个支座的加设,在进行该独柱墩曲线梁桥加固后,脱空问题并没有表现在公路I级验算的支座当中,-272.0 kN~272.0 kN的支座3反力增加到420.0 kN。当汽车超载达到3车道公路I级荷载工况组合时,全部支座均未出现脱空现象。给已有独柱墩桥梁的改造和加固以及新建独柱墩桥梁的设计提供参考。     

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。     

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。     

独柱墩曲线梁桥抗倾覆影响因素分析

独柱墩曲线梁桥具有适应地形能力强,但抗倾覆能力差的特点。为探讨独柱墩曲线梁桥的抗倾覆影响因素,结合工程实例,以某独柱墩曲线梁桥为对象,建立midas模型,分析曲率半径、支座间距及支座形式对桥梁抗倾覆性能的影响。结果表明,增大曲率半径和支座间距均能有效提升桥梁抗倾覆性能,而将独柱墩改造为双支座墩是比前者更为有效的抗倾覆措施。     

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。     

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。     

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.     

三跨独柱连续钢混叠合梁桥抗倾覆稳定性分析

以某三跨独柱墩连续钢混叠合梁桥为例,采用空间有限元模型模拟结构受力特点,按照相关规程规定,对原桥进行设计极限荷载作用下的抗倾覆稳定分析。进而对实际可能出现的不同车辆荷载及布置形式进行分析,研究其对相关抗倾覆稳定参数的影响,进一步确定可能发生倾覆的极端荷载布置形式。最后,按照设计车辆荷载进行现场加载试验,进一步验证该桥梁的抗倾覆性能。结合计算与试验的结果,探讨相关规程对该类桥梁抗倾覆规定的合理性,提出现阶段避免此类型桥梁发生倾覆事故的建议。     

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。     

基于拉压杆的独柱墩抗倾覆加固结构及设计方法研究

独柱墩桥梁倾覆过程的最主要表现形式是主梁刚体转动,而汽车荷载偏载产生的倾覆力矩和主梁自重产生的抗倾覆力矩分别是杠杆的动力和阻力。为提高独柱墩桥梁结构的抗倾覆稳定性,确保独柱墩桥梁在运营过程中具有足够的抗倾覆安全储备,避免主梁的横桥向倾覆,使梁体达到静止的平衡状态,抗倾覆力矩应具有足够的抵抗效应。在杠杆原理基础上,提出了基于拉压杆的独柱墩抗倾覆加固新型结构,该新型加固结构是将主梁腹板两侧与桥墩通过钢拉杆连接,当主梁有倾覆的趋势时,产生拉压杆效应,为有倾覆趋势的主梁提供了一个附加的反向力矩,以抵抗主梁的倾覆力矩,同时提高了主梁的抗倾覆能力。基于拉压杆效应的力学原理,在现行规范公式基础上建立了该类结构的抗倾覆稳定系数计算方法。该新型加固结构构造简单、受力明确、加固效果好、设计与施工方便。工程应用实例表明:该加固结构能将桥梁抗倾覆稳定系数提高1. 5倍以上,抗倾覆稳定系数大幅增加,加固效果显著;实桥监测期间未见明显位移突变导致支座脱空,左右侧梁体位移并未出现较大的反差,并且呈现一致的变化规律。监测结果也验证了该加固结构的有效性和可行性,该加固结构及其设计方法可为类似桥梁结构加固提供借鉴和参考。     

独柱墩匝道桥事故机理分析及加固措施研究

独柱墩匝道桥是曲线梁桥的一种表现形式,由于车辆超载发生了多起坍塌事故。分析事故破坏特点,得出两种类型的破坏形式,即倾覆失稳和支座失效。针对这两种破坏形式,提出了相应的解决办法,明确了两种加固措施。以某国道独柱匝道桥为背景,进行空间有限元分析,计算不同工况下的抗倾覆安全系数和支座反力,及加固后的抗倾覆安全系数和支座反力分布状态。经验证分析得,钢盖梁加固措施受力明确、施工简易,快速,可用于快速加固独柱墩匝道桥。     

桥梁倾覆风险评价及处治

独柱墩箱梁桥具有视觉通透,外形美观,下部结构工程量小、节约占地等突出优势,但这类桥近年来在使用中接连发生了几起箱梁桥整体侧向倾覆事故,造成了很坏的社会影响。一般来说设计对上部结构强度及刚度重点关注,但关于桥梁上部结构的抗倾覆能力则重视不够,现行规范也未明确提及桥梁上部结构的侧向抗倾覆稳定性要求,客观造成了该类桥事故频发。通过荷载试验和理论计算分析表明该桥在极端荷载条件下存在支座脱空和梁板倾覆的可能,因此采取了预防性加固措施,经过一段时间的运营验证,表明预防倾覆加固达到了预期目标。     

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。     

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。     

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。