[发明专利]一种独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术，具体涉及一种独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法。

背景技术

桥梁倒塌事故的原因包括施工质量不足、设计不合理、车辆超载、撞击和其它由自然条件引起的倒塌。特别是近几年独柱墩梁桥的相继倒塌，引起社会广泛关注。

目前，国内桥梁设计人员对上部结构的抗弯、抗剪承载力以及混凝土抗裂性能比较重视，在满足规范要求的情况下，具有较大的冗余度。但对桥梁的横向稳定和倾覆倒塌缺乏必要的重视，即便考虑了倾覆稳定，也大多把端支座是否脱空作为评价桥梁倾覆的唯一指标，无法综合考虑上部结构自重对抗倾覆的影响，在设计阶段就埋下安全隐患。独柱墩梁桥是以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁，主要由上部结构和下部结构组成，其中上部结构主要包括箱型主梁(即箱梁)，支座，桥面铺装，排水系统，防护栏杆；下部结构主要包括桥台、桥墩、基础。独柱墩梁桥两端采用双柱墩，双柱墩的每个墩上设置有一个抗扭支座(相应的两个抗扭支座称为一对抗扭支座，分别位于箱梁的两侧)；中间采用独柱墩，每个墩上设置有一个支座。

为增大独柱墩梁桥的抗倾覆能力，可以在独柱墩间隔插入双柱墩，即除首尾两端外，中间部分也分布有双柱墩。

我国现行的公路桥梁规范中，尚未对桥梁结构倾覆稳定性作出明确规定。《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中3.5.8条和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中9.7.4条均只有禁止桥梁支座脱空的描述。铁道部《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)中4.1.1条规定在计算载荷的最不利组合作用下，桥跨结构的横向倾覆稳定系数不应小于1.3。而现行城市桥梁设计规范虽然提出了保证桥梁整体稳定性的要求，但未给出明确的验算方法及相应标准。浙江省交通厅在《关于独柱式桥墩桥梁稳定性问题座谈会议纪要》中提出，在实际计算分析中除定义1.3倍车道载荷外，进一步定义1.2倍车辆载荷作为倾覆验算载荷，通过支座是否出现负反力来判断桥梁结构的抗倾覆性能。在铁路桥梁中，超载尚不严重；但在公路桥梁中，随着装备制造业的迅猛发展，车辆超载2-3倍较为常见。根据可靠度理论，通过分项系数对材料强度折减并对外载荷放大，结构实际抗弯或抗剪承载力可达设计载荷的3-4倍。因此，在公路桥梁的设计中，计算上部结构倾覆稳定只考虑超载30％无法适应现有车辆载重的实际情况；同时结构倾覆仅采用支座是否出现负反力来判断亦值得商榷；最后，由于缺乏有效的实用计算方法，工程人员无法科学快速的判断桥梁是否倾覆。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法。

一种独柱墩梁桥抗倾覆承载力计算方法，包括如下步骤：

(1)确定倾覆临界状态下箱梁的转动轴线；

(2)根据所述的转动轴线分别计算箱梁自重力矩，以及抗倾覆侧的载荷力矩和倾覆侧的抗扭支座反力力矩；

(3)根据所述的箱梁自重力矩，以及抗倾覆侧的载荷力矩和倾覆侧的抗扭支座反力力矩计算独柱墩梁桥的抗倾覆力矩。

梁桥抗倾覆承载力通常采用抗倾覆力矩力矩、抗倾覆支座反力或扭矩等参数进行衡量，各个参数之间可以进行换算。本发明中抗倾覆力矩，在抗倾覆力矩力矩已知的条件下，根据物理和几何运算，可以很容易的推导出抗倾覆支座反力和扭矩等其他用于衡量倾覆承载能力的参数上。

独柱墩梁桥倾覆分为2个关键状态，即支座脱空和临界倾覆，并形成了与之相对应3个关键阶段，即稳定阶段、渐变阶段和倾覆阶段。

本发明中独柱墩梁桥达到支座脱空状态时，对于圆形支座而言，转动轴线位于离支座中心1/4R处，其中R为支座的半径，对于矩形支座(水平截面为矩形)的转动轴线位于离支座中心1/6B处，B为矩形的宽。

汽车载荷在偏载作用下对梁桥产生竖向的载荷和倾覆力矩：

在稳定阶段时，桥墩反力由两侧端支座(抗扭支座)和中间独柱墩联合提供；在使用时由于箱梁两侧的载荷作用，箱梁的转动轴线逐渐偏离支座的几何中心，当偏移量达到一定的程度时，抗倾覆侧抗扭支座出现脱空现象，进入渐变阶段。

在渐变阶段时，由于在临界状态之前，抗倾覆侧的支座(包括该侧的抗扭支座)已经处于支座脱空状态，因此该侧的支座不会产生抗倾覆的力矩；

在倾覆阶段时，转动轴线达到极限位置，此时抗倾覆侧的支座已经脱空，倾覆侧偏载产生的倾覆力矩等于上部结构(即箱梁)自重力矩、抗倾覆侧载荷力矩和倾覆侧抗扭支座反力力矩三者之和，倾覆侧抗扭支座和中间独柱墩支座联合抵抗竖向(即竖直方向)的载荷。