道路橋梁工程師職稱范文橋梁的整體穩(wěn)定計(jì)算

　　摘要：城市橋梁尤其是高架橋或立交匝道橋，由于受橋下交通和橋梁美觀的影響，設(shè)置單支點(diǎn)橋墩或橫橋向小支座間距的設(shè)計(jì)形式被廣泛采用，但由此造成橋梁的整體穩(wěn)定問題日益突出，近年來由于車輛重型化和超載現(xiàn)象的發(fā)生，國(guó)內(nèi)發(fā)生了多起橋梁整體失穩(wěn)的事故，本文以工程案例為基礎(chǔ)，介紹橋梁抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算的方法，通過對(duì)相同參數(shù)曲線橋和直線橋的比較，得到相關(guān)結(jié)論。

　　關(guān)鍵詞：整體穩(wěn)定,脫空,傾覆軸線

　　現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)已不僅僅是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，橋梁的景觀設(shè)計(jì)已經(jīng)是城市橋梁設(shè)計(jì)中必須考慮的部分，因此受占地、橋下通透性空間及橋梁橫斷面的景觀性等因素影響，單支點(diǎn)橋墩或小支座間距的橋梁被廣泛應(yīng)用于城市橋梁中，由于橫橋向采用單支點(diǎn)或小間距支撐，在汽車偏載作用下，橋梁的橫向抗傾覆穩(wěn)定非常不利。本文通過對(duì)橋梁抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算分析，提出相關(guān)的設(shè)計(jì)建議。

　　一、計(jì)算方法

　　箱梁的傾覆過程是在汽車荷載的傾覆作用下，單向受壓支座依次脫空，邊界條件失效而失去平衡的過程。結(jié)構(gòu)傾覆時(shí)，事前沒有明顯的征兆，其危害性極大，因此橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)避免橋梁傾覆的發(fā)生。

　　采用整體式斷面的梁橋應(yīng)該進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗(yàn)算。上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)滿足下式要求：

　　式中 —抗傾覆穩(wěn)定系數(shù);

　　—使上部結(jié)構(gòu)傾覆的汽車荷載(含沖擊作用)標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng);

　　—使上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。

　　橋梁在滿足整體穩(wěn)定的同時(shí)要求在作用的標(biāo)準(zhǔn)值(汽車荷載考慮沖擊作用)下，單向受壓支座不應(yīng)處于脫空狀態(tài)。

　　1、直線橋

　　傾覆計(jì)算首先應(yīng)確定傾覆軸線，對(duì)于直線橋來說，傾覆軸線為位于箱梁中心線同側(cè)的距離中心線較遠(yuǎn)的橋墩或橋臺(tái)支座的連線，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為：

　　式中 —車道荷載的均不荷載標(biāo)準(zhǔn)值;

　　—車道荷載的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值;

　　—為橋梁全長(zhǎng)或一聯(lián)長(zhǎng)度;

　　—橫橋向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離;

　　—沖擊系數(shù);

　　—成橋狀態(tài)時(shí)各支座的支座反力;

　　—各支座到傾覆軸線的垂直距離。

　　2、曲線橋

　　對(duì)于彎橋，傾覆軸線隨圓心角和橫橋向支座間距變化而變化，當(dāng)中間橋墩支座全部位于橋臺(tái)支座連線內(nèi)側(cè)時(shí)，傾覆軸線為橋臺(tái)外側(cè)支座連線;當(dāng)中間橋墩支座全部位于橋臺(tái)支座連線外側(cè)時(shí)，傾覆軸線為中間橋墩支座連線或外側(cè)橋臺(tái)支座與中間橋墩支座的連線，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為：

　　式中 —傾覆軸線與橫向加載車道圍成的面積;

　　—橫向加載車道集中荷載到傾覆軸線的垂直距離的最大值;

　　二、工程概況

　　某立交中E匝道橋上跨被交路，跨徑布置為4x35米，橋梁全長(zhǎng)146米。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁;下部結(jié)構(gòu)1、3墩采用花瓶式墩、2號(hào)墩采用柱式墩(單支點(diǎn))、橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。如下圖所示

　　E匝道橋平面處于半徑220米的圓曲線上。橋梁路面凈寬9米，全寬為10米。2#橋墩為單支點(diǎn)，其余均為雙支點(diǎn)，橫橋向支座間距為2.4米。

　　三、抗傾覆驗(yàn)算荷載工況

　　對(duì)上述橋梁上部結(jié)構(gòu)抗傾覆能力進(jìn)行驗(yàn)算，本次驗(yàn)算采用以下三種工況模擬車輛在橋梁上的不同組合情況。

　　工況1：《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)公路-I級(jí)荷載，并驗(yàn)算支座是否脫空。

　　工況2：重車自定義車輛荷載。考慮車輛超載情況，按車輛荷載(55t)車列布載，前后車軸距10m，即前后車凈距7.8m;橫向按規(guī)范車輛荷載橫向布置方式布載，可多列布載。

　　工況3：重車自定義車輛荷載。考慮車輛超載情況，按車輛荷載(55t)車列布載，前后車軸距3.2m，即前后車凈距1m;橫向按規(guī)范車輛荷載橫向布置方式布載，僅單列布載。

　　四、抗傾覆驗(yàn)算

　　采用上述的曲線橋梁和與上述橋梁布置完全相同的直線橋梁進(jìn)行對(duì)比分析，利用midas civil軟件計(jì)算橋梁在恒載和活載偏載作用下的支座反力。

　　1、曲線橋梁

　　2、直線橋梁

　　3、各工況計(jì)算結(jié)果

　　五、結(jié)語

　　1、現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)沒有抗傾覆驗(yàn)算要求，僅要求標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下橋梁支座不脫空。經(jīng)驗(yàn)算，本案例的直線橋和曲線橋的抗傾覆穩(wěn)定性均滿足要求。

　　2、從兩座參數(shù)相同的直線橋和曲線橋各工況的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)比較可知，曲線橋由于布置傾覆荷載的區(qū)域明顯小于直線橋，故各工況的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均大于直線橋，因此在其它條件相同的情況下，曲線橋更容易滿足抗傾覆穩(wěn)定的要求。

　　3、從兩座橋在傾覆荷載作用下的負(fù)反力比較可知，曲線橋的負(fù)反力要大于直線橋，而且隨著橋梁曲線半徑的減少，曲線橋與直線橋的負(fù)反力差值越來越大，因此在進(jìn)行曲線橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意防止支座脫空。

　　4、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁由于混凝土自重較大，抗傾覆穩(wěn)定容易滿足要求，但對(duì)鋼結(jié)構(gòu)或組合結(jié)構(gòu)，由于鋼材自重小，對(duì)橋梁整體穩(wěn)定不利，工程設(shè)計(jì)中可以通過合理設(shè)置支座及增加配重的方法加以解決，確保橋梁運(yùn)行安全。

　　5、通過三種工況分別模擬規(guī)范荷載和不同的車輛超載運(yùn)行情況，由于各地的車輛軸重分布不同，尤其是礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)，采用時(shí)應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)車輛情況，合理采用驗(yàn)算工況。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 李國(guó)豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng). 北京：中國(guó)鐵道出版社，2002

　　[2] 項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論. 北京：人民交通出版社，2001

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