发布时间：2022-05-30所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 【摘 要】为了确保某独柱墩桥梁的稳定性，文中采用在独柱墩上增加钢盖梁的加固处理，并用 MIDAS- civil 等有限元计算软件对该桥独柱墩进行建模计算并对钢盖梁进行结构分析，结果表明该桥的抗倾覆稳定性及钢盖梁满足现行规范要求，为同类工程设计提供参考。 【关键词】
【摘 要】为了确保某独柱墩桥梁的稳定性，文中采用在独柱墩上增加钢盖梁的加固处理，并用 MIDAS- civil 等有限元计算软件对该桥独柱墩进行建模计算并对钢盖梁进行结构分析，结果表明该桥的抗倾覆稳定性及钢盖梁满足现行规范要求，为同类工程设计提供参考。
【关键词】独柱墩;抗倾覆;有限元;钢盖梁
0 引言
独柱墩桥梁广泛应用于高速公路互通立交匝道桥、跨线桥、分离立交等结构中，它有施工方便，受力明确，节省桥下空间及减少造价等诸多优点。近些年由于社会经济的发展需求，大型重载车与日增多，汽车的载重能力也随之大幅增加，加之认识及预防措施不足等多方面原因，全国各地近年来已发生多起桥梁侧倾、侧滑、倾覆事故，造成了重大经济损失和恶劣的社会影响。
针对上述事故，近几年来很多学者都对独柱墩的加固方案、方法及应用等行了研究，李井辉[ 1 ]对单支点支撑桥梁抗倾覆加固提出了三种设计方案，包括独柱墩增设钢盖梁，将独柱墩改变成薄壁墩，在桥台处增设抗拔锚栓的方案，并对三种方案进行了较为全面的论述，论证了三种方案的优缺点，并得出了选用增加钢盖梁方案的抗倾覆性能改善效果好、施工容易、景观性较好、施工时对交通影响较小、造价较经济的结论。刘捷，谢雪峰[2 ]对独柱墩单支点桥倾覆的固方法同样进行了研究，在上述加固方案的基础上又提出了在墩柱两侧增加新墩柱的方案，并论证了其可行性。李维俊，王榃[ 3 ]又提出了增加通过在边墩设置抗拉装置及通过在独柱墩顶设置牛腿，牛腿上增设支座的加固方案，并论证了其优缺点。张亮[ 4 ]提出了增粗原有墩柱，将墩柱加固成椭球状，并进行受力分析、验证了其加固效果。张振涛，龚鸣[5 ]同样论述了增加盖梁，增加桩柱及增加抗拔结构的加固方案对独柱墩加固效果的影响。从上述学者的研究成果中可以看出，大部分学者是推崇采用增加盖梁的加固方法来增加独柱墩的稳定性能。这是一个大趋势，但在增加盖梁的加固方案中，可采用混凝土盖梁及钢盖梁两种方案，由于现有桥梁上部主梁的限制，混凝土很难振捣及施工，因此钢盖梁的应用是比较科学经济的。王文彪，韩鹏，李攀[6 ]对曲线桥钢盖梁的加固设计做了较为全面的理论分析。
文中将计算一个互通区独柱墩桥的稳定性及钢盖梁的强度，采用 midas Civil、Civil- Designer 有限元计算软件建立有限元模型并进行计算，通过对独柱墩桥梁加固前后的稳定性对比，论证钢盖梁加固方案的可行性，加固及计算方法也可为以后该种类的桥梁加固设计提供依据，并为该种桥梁日后的计算方法提供可拓展的空间。
1 桥梁工程概况
桥为 (17+20+20+17)m 等高钢筋混凝土连续箱梁，设计荷载为公路 - Ⅰ级;验算荷载：公路 - Ⅰ级;下部采用钢筋混凝土独柱墩、肋板式桥台、基础为扩大基础;桥面铺装采用 7.6~14cm 的 C40 复合纤维防水混凝土铺装;主梁截面采用单箱单室斜腹板形式，箱梁顶宽 10m、底宽 5.6m、梁高 1.2m，顶板厚 20cm，底板厚 20cm，支点附近加厚至 40cm，腹板厚 30cm，支点附近加厚至 50cm，中支点横梁宽度为 1m，端支点横梁宽度为 0.65m。主梁采用 C40 混凝土。
由于该桥为独柱墩桥梁，其存在稳定性不足的现象，如放任不管将导致桥梁整体失稳，造成较大的安全事故，因此应采用可靠的加固措施对该独柱墩桥梁进行处理，增加独柱墩桥梁的稳定性能。
加固方案：该桥将采用增加钢盖梁的方法加固 1# 、3# 独柱墩加固效果见图 1。
加固中注意：加固设计中在改变支点受力体系后，应尽量将支点设置在主梁腹板范围内，以避免主梁底板局部应力过大而造成破坏，并且钢盖梁与墩柱连接时应用化学锚栓进行连接，避免使用膨胀螺栓。在计算时由于是加固设计，桥梁承载能力极限状态及正常使用极限状态仍维持原设计标准不变，加固后的结构能够满足在原设计荷载标准下的正常安全使用。
2 抗倾覆稳定性验算
为了论证采用钢盖梁加固独柱墩的可行性，应先对加固前后的独柱墩的稳定性进行验算，根据 JTG 3362- 2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，以下简称《桥规》[7]第 4.1.8 条规定，持久状况下，梁桥不应发生结构体系改变，并应同时满足下列规定：(1) 在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态[8 ]。(2) 按作用标准值进行组合时，整体式截面简支梁和连续梁的作用效应应符合下式要求：
2.1 桥梁加固前抗倾覆验算
2.1.1 支座脱空验算计算
通过有限元计算软件，计算桥梁加固前运营阶段支座是否脱空，验算在加固前桥梁支座是否满足规范要求不发生脱空现象，为加固设计提供必要的条件支撑，验算结果见表 1。
由表 1 可知，运营阶段在基本组合作用下，0# 及 4# 桥台支座产生负反力，不满足《桥规》第 4.1.8 条第一款的规定，两侧桥台支座发生脱空现象，故支座脱空验算不满足规范要求。
2.1.2 抗倾覆验算计算结果
通过有限元计算软件，进行桥梁加固前运营阶段的抗倾覆验算，验算在加固前桥梁稳定系数是否满足大于等于 2.5 的规范要求，验算结果见表 2。
表 2 中计算出了桥梁加固前运营阶段桥台各支座最不利情况下的稳定效应及失稳效应，由表中结果可知，0# 台及 4# 台支座的稳定效应与失稳效应相比后，倾覆验算的稳定性系数均为 0.87，小于规范要求的 2.5，因此加固前该桥抗倾覆验算不满足规范要求。
因此由表 1 及表 2 的结果显示，该桥 0# 台及 4# 台加固前的支座脱空、抗倾覆验算均不满足规范要求，需对该桥进行加固处理来改善桥梁的稳定性能。 2.2 桥梁加固后抗倾覆验算采用增加钢盖梁的方法加固该桥的独柱墩后，再次验算整个桥梁的抗倾覆能力。
2.2.1 支座脱空验算
计算此次加固设计采用两侧边支座顶部与梁底不接触的新模式，主梁与支座间留有 2mm 的间隙，当单侧偏载情况下，一侧边支座与梁底接触，另一侧脱空，这可以大大的提高桥梁整体稳定的安全性能，同时减轻了钢盖梁的负担，可使钢盖梁的耐性行得到提高，支座脱空验算旧桥中支座不产生脱空即为满足抗倾覆要求，因此验算不考虑边支座是否脱空。
2.2.2 抗倾覆验算计算
结果通过有限元计算软件，进行桥梁加固后运营阶段的抗倾覆验算，验算在加固前桥梁稳定系数是否满足大于等于 2.5 的规范要求。
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运营阶段考虑单侧偏载情况，该阶段为最不利布载情况，应先计算各墩台支座的稳定相应及失稳效应，并根据规范进行计算，验算结果见表 3~ 表 7。
表 3~ 表 6 中计算出了桥梁加固后运营阶段各支座偏载作用下最不利情况的稳定效应及失稳效应，由表 7 中结果可知，0# 台、1# 墩、3# 墩、4# 台支座的稳定效应与失稳效应相比后，倾覆验算的稳定性系数最大为 31.84，最小为 6.75，均大于规范要求的 2.5，因此加固后该桥抗倾覆验算满足规范要求。
加固后该桥 0# 台、1# 墩、3# 墩、4# 台加固后的支座脱空、抗倾覆验算均能满足规范要求，因此增加钢盖梁后，该桥的稳定性能得到了较大的提高，证明该种加固形式能够较好的改善桥梁的整体稳定性能。
3 钢盖梁计算
由于采用钢盖梁加固独柱墩后，钢盖梁要承担桥梁上部结构自重及活荷载，因此为保证钢盖梁的安全性能，应对钢盖梁进行验算。
钢盖梁采用 Q345 钢材，文中通过采用 midas Civil、 Civil- Designer 有限元软件对钢盖梁进行计算，应分别验算钢盖梁的拉 / 压弯构件腹板应力、拉 / 压弯构件腹板最小厚度、拉 / 压弯构件翼缘板弯曲正应力、拉 / 压弯构件整体稳定性及钢盖梁疲劳验算。
应注意在计算钢盖梁时要满足 JTG D64- 2015 《公路钢结构桥梁设计规范》中涉及钢盖梁的各项计算指标，并且不要忽视构造要求的计算内容。有限元模型见图 2。
4 结语
(1) 该桥通过增加钢盖梁法对独柱桥墩进行加固后，该桥抗倾覆稳定性能得到了极大的提高，因此增加钢盖梁来改造加固独柱墩桥梁来提高稳定性能的方式是较为高效，而且可行。
(2) 在采取钢盖梁加固方法后，由于钢盖梁要承受上部主梁自重及活载，因此应对钢盖梁的各项验算指标进行计算，并且各项指标均应满足现行设计规范的要求，才能证明增加的钢盖梁安全可靠，能够应用在具体的实际工程当中。文中钢盖梁的最终各项指标均能满足规范的要求。实例也为日后钢盖梁的计算提供了可借鉴的参考依据。
(3) 文中桥梁的加固方法及验算过程，为日后同类似的独柱墩桥梁结构提供可参考借鉴资料。——论文作者：刘骁
参考文献
[1] 李井辉.单支点支撑桥梁抗倾覆加固设计[J]. 黑龙江交通科技，2021(3):112- 113.
[2] 刘捷，谢雪峰. 独柱墩单支点桥倾覆分析及加固方法研究[J]. 天津建设科技，2020，30(5)：45- 46.
[3] 李维俊，王榃. 独柱墩抗倾覆加固设计及应用的探讨[J]. 四川水泥，2021(4):327- 328.
[4] 张亮. 独柱墩桥的加固方法研究[J].天津建设科技，2019，29 (s1):28- 29.
[5] 张振涛，龚鸣. 独柱墩桥梁抗倾覆加固问题探讨[J]. 交通世界，2020(34):136- 137.
[6] 王文彪，韩鹏，李攀. 独柱墩曲线桥钢盖梁加固方案设计[J]. 城市道桥与防洪，2021(3):68- 71.
[7] 中华人民共和国交通部. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG 3362- 2018[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.
[8] 中华人民共和国交通部. 公路桥涵通用设计规范：JTG D60- 2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.
[9] 中华人民共和国交通部. 公路钢结构桥梁设计规范：JTG D64- 2015[S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.
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