_箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析
_箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析
桥梁建设 ２０１４年第４４卷第３期（总第２２６期）Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．３，２０１４（Ｔｏｔａｌｌｙ Ｎｏ．２２６）文章编号：１００３－４７２２（２０１４）０３－００６９－０６箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析曹 景，刘志才，冯希训（天津市市政工程设计研究院，天津３０００５１）摘 要：针对箱形截面梁桥的抗倾覆稳定性问题，为研究目前设计中常用的几种抗倾覆验算荷载及其合理性，基于力学原理，推导了直线桥及曲线桥的抗倾覆稳定系数计算公式，并提出了适用于设计的简化公式，将所推导的计算公式用于实桥设计中。
结果表明：公路－Ⅰ级荷载用于抗倾覆稳定性验算是偏小的，宜采用５ｍ间距５５ｔ密排重车车队；加大连接墩的支点间距可提高直线桥的抗倾覆稳定性；随着弯曲半径的逐步减小，曲线桥抗倾覆稳定系数逐步提高，桥越弯越不容易整体倾覆；大半径曲线梁桥的抗倾覆能力最差，其次是直线桥，最后是小半径曲线梁桥。
关键词：直线桥；曲线桥；箱形梁；抗倾覆；验算荷载；倾覆轴；计算公式中图分类号：Ｕ４４１．２；Ｕ４４８．２７文献标志码：ＡＡｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｒａｉｇｈｔａｎｄ Ｃｕｒｖｅｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ Ｂｏｘ ＳｅｃｔｉｏｎｓＣＡＯ Ｊｉｎｇ，ＬＩＵ Ｚｈｉ－ｃａｉ，ＦＥＮＧ Ｘｉ－ｘｕｎ（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔａｎｄ ｃｕｒｖｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ ｂｏｘ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｉｎ ｒｅｇａｒｄ ｏｆｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒ－ｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｏｒｍｕｌａｅ ｔｈａｔ ｗｅｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｄ ｗｅｒｅ ａｐ－ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｂｒｉｄｇｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｉｇｈｗａｙ－ＩＳｔａｎｄａｒｄ Ｌｏａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｎｏｔ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄｔｈｅ ｄｅｎｓｅｌｙ ａｒｒａｙｅｄ ５５ｔｈｅａｖｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｔ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ ５ｍｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎ－ｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐｉｅｒｓ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒ－ｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｂｒｉｄｇｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｄｕａｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｖｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ａ ｃｕｒｖｅｄｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅｃｕｒｖｅｄ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｌｅｓｓ ｅａｓｉｌｙ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｌｌ ｇｌｏｂａｌｌｙ ｏｖｅｒｔｕｒｎ．Ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｅｎｔｌｅ ｒａｄｉｕｓ ｉｓ ｔｈｅ ｐｏｏｒｅｓｔ，ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｈａｒｐ ｒａｄｉｕｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｉｇｈｔ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｕｒｖｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ；ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌ－ｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄ；ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ａｘｉｓ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ收稿日期：２０１３－０５－０６作者简介：曹 景，教授级高工，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊ２＿ｊ２＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
连续钢箱梁桥抗倾覆稳定探讨
连续钢箱梁桥抗倾覆稳定探讨连续钢箱梁桥是一种高效、节约的桥梁结构，被广泛应用于城市道路、铁路和高速公路等交通工程中。
然而，在桥梁使用和施工过程中，因自然灾害和交通事故等原因，桥梁往往会发生倾覆和损坏，严重影响交通运输和公共安全。
因此，提高连续钢箱梁桥的抗倾覆稳定性成为一个重要问题。
要提高连续钢箱梁桥的抗倾覆稳定性，需要从以下几个方面进行探讨：1. 结构设计优化优化设计是提高连续钢箱梁桥抗倾覆稳定性的首要任务。
在设计时，应充分考虑桥梁在静态和动态荷载作用下的稳定性，选取合理的截面形状和尺寸，采用高强度钢材和抗震性能优良的构件，以提高桥梁在不同荷载条件下的耐候性和承载能力，同时减小桥梁的重量和空气阻力，增加抗风性能。
2. 施工技术改进施工技术是保证连续钢箱梁桥稳定性的重要环节。
在施工中，应按照设计要求精确测量、精确控制，采用先进的钢结构组装技术和焊接工艺，确保构件精度高、连续性好、质量可靠。
同时，要在施工队伍岗位培训和现场安全管理等方面加强力度，提高施工工人的技能水平和安全意识，减少工程事故的发生。
3. 管理维护规范管理维护也是保证连续钢箱梁桥稳定性的关键因素之一。
在桥梁使用过程中，应严格按照规范进行定期检查、维护和保养，及时发现和解决桥梁可能存在的缺陷和故障，确保桥梁的性能和安全可靠。
同时，政府部门和社会机构应当建立完善的档案管理和信息协调体系，充分利用现代化技术手段、时刻监测桥梁的运行情况和结构状况，及时调整和优化桥梁的使用和维护计划，确保桥梁的长期稳定性和可持续性。
综上所述，提高连续钢箱梁桥的抗倾覆稳定性是一个系统工程，需要从结构设计、施工技术、管理维护等多个方面加强探讨和研究，创新技术和管理模式，不断提高桥梁的抗风、抗震和稳定性能，促进城市建设、交通运输和经济发展的可持续发展。
独柱墩连续曲线梁桥抗倾覆稳定性研究综述
独柱墩连续曲线梁桥抗倾覆稳定性研究综述发布时间：2022-11-10T07:17:40.622Z 来源：《工程建设标准化》2022年13期作者：徐洪帅李洪雷薛峰[导读] 在进行城市立交建设中，独柱墩桥梁因其独特的优点被大量的建造。
徐洪帅李洪雷薛峰济南城建集团有限公司济南 250013摘要：在进行城市立交建设中，独柱墩桥梁因其独特的优点被大量的建造。
然而近些年因汽车超载导致的独柱墩桥梁倾覆事故频发，给人民群众的财产安全和社会的健康发展带来了巨大影响。
因此，本文将对独柱墩连续曲线梁桥抗倾覆稳定性进行综述，提出相应的建议。
关键词：桥梁工程；抗倾覆稳定性：综述；独柱墩1.引言随着现代城镇化的高速发展，城市人口越来越多，汽车数量也在逐年递增，很多城市出现了严重的交通拥堵问题，给城市交通带来极大的压力。
为了缓解城市压力，提高出行质量，独柱墩曲线梁桥因占地面积小、地形适应性强，造型轻巧美观等被广泛的应用于桥梁建造中。
通常，独柱墩桥梁受桥墩顶面的空间限制，支座横向间距较小，在偏载情况下支座反力变化较大，结构抗倾覆能力较弱。
近年来我国已经发生了不少独柱墩桥梁倾覆事故，其中最近发生的沪渝高速沪渝向转大广高速匝道桥事故，造成3辆货车侧翻，3名人员死亡。
其他类似事故如下表：独柱墩桥梁倾覆事故调查表明，独柱墩曲线梁桥发生倾覆时，梁体保持完整，桥跨结构未出现损坏，说明本身承载并无质量问题，强度和刚度满足要求。
因此，在进行桥梁设计、施工和安全检查时，必须充分关注独柱墩梁桥的抗倾覆问题。
文将对独柱墩连续曲线梁桥抗倾覆稳定性进行综述，提出相应的建议。
2.独柱墩连续曲线梁桥的静力特性2.1梁桥的受力特点（1）弯扭耦合作用梁体因为受到平面曲率的影响，主梁会受到弯矩和扭矩的共同作用，梁截面既有纵向和横向的弯矩，又有横向的“耦合扭矩”；同样的，当力矩发生的时候，“耦合弯矩”也会出现，这是一种相互作用和耦合的过程。
（2）曲线桥内外梁体不均匀受力由于曲线梁桥外侧曲线弧长大于内侧曲线弧长，即使仅有自重作用或者对称的荷载作用下，也会出现较大的扭矩。
钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析
道一观光路 ） 市政工程第 三标段连续钢箱 梁为例 ， 对 其 横 向抗 倾 覆稳 定性 进 行 分析 。综 合 结果 ， 出 提 对 此 类桥 结 构设 计 的建 议 。
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图 ２ 钢 箱 梁 标 准 横 断 面 图 （ 位 ：： ） 单 Ｃ ｍ
１ 工 程 实例
原设计 ， 提高结构的横 向稳定性。 （ ） 于 连 续 钢 箱 梁桥 ， 横 向倾 覆 稳 定 性 与 ２对 其 其 是 否 位 于平 曲线 上 、 端 的 支 座 间距 、 梁 中墩 是 否 单 点支 承 、 构 是否 压 重 等 因素有 关 。建 议 以后在 结 设 计此 类 型桥 梁 时应 谨 慎 考虑 以上 因素 。
两端 压 重 内侧 ２ ５８ １． 内侧 ２ ． ３１
外侧 ８ ５０ ０．
从 表 ３可 以看 出 ， 设 置一 定 的 混凝 土 压 重 的 在
情况下 ， 钢箱梁桥在成桥状态下不 出现负反力 ， 结 构 的横 向抗倾 覆 稳 定性 比原设 计 情 况好 。
以上三 种 方法 如 根 据具 体情 况 结 合使 用 ， 可 也 以达 到使 结构 不 出现 负反 力 ， 优化 设 计 目的 。 且
３ 结 论
（ ） 圳 市 宝安 区观澜 民和路 市 政工 程 第 三标 １深 段 钢 箱 梁 桥存 在 倾 覆 问题 ，应 根据 实 际情 况 修 改
从 表 １可 以看 出 ， 支 座 的 间 距 越 大 ， 端 钢箱 梁 桥在成桥状态下的负反力值越小 ，结 构的横 向抗 倾 覆 稳定 性 越好 。 当端 支 座 不 变 ，中墩 由单 支 座 变 为 双 支 座 时 （ 座 间距 也 为 ６ｍ）结 构在 工 况 三 下 的支 座 反 力 支 ， 如表 ２所列 。 从 表 ２可 以看 出 ， 中墩设 置 双 支 座 以 后 ， 箱 钢 梁 桥 在 成 桥 状 态 下 不 出 现 负反 力 ，有 利 于结 构 的
独柱墩连续箱梁桥抗倾覆稳定性验算分析
独柱墩连续箱梁桥抗倾覆稳定性验算分析作者：钟豪等来源：《价值工程》2013年第09期摘要：在偏心偶然超载作用下，独柱墩桥梁可能发生整体横向失稳。
通过对独柱墩连续箱梁桥的抗倾覆能力分析，并以云南省武定至昆明高速公路共9座独柱墩箱梁桥的抗倾覆验算为工程背景，运用有限元分析程序MIDAS/ CIVIL2006，对其中横向受力最不利的箱梁进行了整体抗倾覆验算，并有针对性的提出应对措施，以避免发生支座脱空现象导致侧倾，提高桥梁的抗倾覆能力。
Abstract： Under the action of the eccentric accidental overloading， the overall lateral instability of single column pier bridge may occur. Through to the analysis of the ability against overturning on continuous box girder bridge， and WuDing to Kunming highway in Yunnan Province a total of 9 single column pier box girder bridges resistive overturning checking calculation for the engineering background， by using the finite element analysis program MIDAS/CIVIL2006， to check the overall stability against overturning of the box girder under the worst lateral force， and put forward some corresponding countermeasures， to avoid the phenomenon of bearing separation and enhance the ability of bridge stability against overturning.关键词：独柱墩；连续箱梁桥；抗倾覆稳定性；应对措施Key words： single column pier；continuous box girder bridge；stability against overturning；countermeasures中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）09-0045-030 引言现浇连续箱梁桥整体性能好、抗扭刚度大，下部结构若配置独柱式桥墩，可使桥梁视觉通透、线条流畅、外形美观、节约桥梁占地并能节省工程造价，因此独柱式连续箱梁桥在互通式立交的匝道桥中被广泛采用。
桥梁结构抗倾覆稳定性研究分析
桥梁结构抗倾覆稳定性研究分析发布时间：2022-11-24T01:16:49.129Z 来源：《工程建设标准化》2022年第14期第7月作者：殷涛，丁楠[导读] 结合桥梁工程实例，运用有限元软件依据新规范对不同支座布置的弯桥进行了抗倾覆能力验算分析殷涛，丁楠安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心安徽省合肥市，230000[摘要] 结合桥梁工程实例，运用有限元软件依据新规范对不同支座布置的弯桥进行了抗倾覆能力验算分析，并给出了设计阶段和运营阶段相关倾覆防控措施，避免桥梁倾覆对人们的生命财产安全带来威胁。
[关键词] 桥梁；抗倾覆；计算；防控措施1 引言[1]2007年以来，我国发生了多起桥梁倒塌倾覆事故，桥梁的稳定性和安全性越来越受到重视。
通过对倾覆形式和原因的分析，倒塌原因主要有三种：(1) 下部结构破坏，上部结构保持完好。
在极端事件下（例如地震、车辆撞击等），下部结构破坏，上部结构支承失效，引起倒塌； (2)上部结构强度破坏。
荷载作用下，上部结构因强度不足发生破坏，造成倒塌； (3)下部结构完好，上部结构倾覆破坏。
其中，由于车辆超重和桥梁支座设置不合理导致上部结构倾覆破坏，没有明显征兆，猝然发生及其危险，需要严格控制。
2 桥梁抗倾覆计算方法倾覆现象可以描述为，桥梁上部结构在超重车辆偏载作用下产生的失稳倾覆力矩超过结构恒载的稳定力矩，支座反力重新分布，部分支座脱离正常的受压状态，支承体系不再提供有效约束，上部结构绕倾覆轴线发生旋转，最终形成结构扭转大变形，横向失稳垮塌，支承约束体系破坏的现象。
桥梁的倾覆过程中先后有两个特征状态[2]： (1)某一单向受压支座开始脱空；(2)箱梁的抗扭倾覆的支承体系全部失效。
在倾覆的第2特征状态中，结构变形不再符合小位移的假定，存在几何非线性影响。
通过分析典型桥梁倾覆破坏过程的特征状态和机理，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362-2018中规定公路桥梁上部箱梁结构应按条文4.1.8进行抗倾覆验算：基本组合作用下，单向受压支座始终保持受压状态；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要求。
独柱曲线刚构匝道桥抗倾覆稳定试验研究
似条 件 的要 求． 原 型与模 型相 似 ， 须满 足 ： 一 使 必
１ Ｃｏ一 （ ，
关 系 ， 变测 点 主要 布置 在 一跨 之 间 ， 桥共 设 ４ 应 全 个截面， 根据 测试 要求 ， 顶底 板 布置相 应 的纵横 向应
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３ ）边 界条 件相 似 约束 条 件 必 须 与原 型 相 同． 构 表 面 作用 静 态 结
路河北段 自身的特点 ， 定出以永安立 交两座独 柱 支承 连续 曲线混凝 土单 箱单 室箱梁 刚构桥作 为主要 的研 究对 确 象． 以有 限元理论 分析 为基础 ， 并 利用 Ａ ｓｓ多工况仿真技 术， 以模型试验加 以验证 的方 法， 究独柱 曲线连续 ｎｙ 辅 研
梁桥的 力学性能． 出桥 梁在各荷 载工况作 用下各个控 制断 面的应 力及位 移分布情 况， 确定 出车辆荷 载最不利 得 并 轮位及车辆吨位级数 ， 获得 了青银 高速公路 Ｃ匝道独柱混 凝土曲线箱 粱桥 可能发 生倾覆 的极 端荷载 布置形 式， 提 出现阶段避免此类桥型发生桥梁事故的建议 ， 为永 久解决该桥的车辆荷载倾覆 问题提 出了加 固方案． 并
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关 键 词 ： 柱 曲 线 刚 构桥 ； 独 匝道 桥 ； 倾 覆 ； 型 试 验 抗 模
桥梁结构稳定性分析及其设计模拟
桥梁结构稳定性分析及其设计模拟桥梁作为人类工程史上的重要成就，既承载着交通运输的重要功能，也体现着人类对于工程建设的智慧和创造力。
在桥梁设计中，稳定性分析是至关重要的一项工作，它不仅能够评估桥梁结构的安全性，还可以为设计人员提供有效的指导和优化方案。
本文将对桥梁结构稳定性分析及其设计模拟进行探讨。
首先，我们需要了解什么是桥梁结构的稳定性。
在桥梁设计中，稳定性是指结构在外部力作用下保持平衡的能力，即不发生破坏、倒塌或失稳的状态。
稳定性分析的目的是评估桥梁结构的抗弯、抗剪、抗压等能力，以及其在不同荷载工况下的变形和挠度情况。
稳定性分析的第一步是确定桥梁的受力特点和工况。
根据桥梁的设计要求和实际使用情况，确定荷载种类、荷载大小和荷载位置等参数。
在设计模拟中，可以使用计算机辅助工具进行荷载分析，并得出桥梁结构在不同工况下的受力状态。
接下来，针对不同的受力情况，进行结构的强度分析和稳定性校核。
强度分析是指对各部位的承载能力进行计算和校核，确保结构在受到最大荷载时不会破坏。
稳定性校核则是通过计算结构的刚度和抗倾覆能力，判断结构在不同工况下是否会失去稳定性。
这一步骤通常使用有限元分析等工具进行，可以得出桥梁在各个截面和节点的应力、变形和位移等参数。
在进行稳定性分析时，我们还需要考虑桥梁的动力响应。
因为桥梁会受到风荷载、地震力等动力荷载的作用，这些荷载会引起结构的共振和动态响应。
为了保证桥梁的稳定性，我们需要对桥梁的固有频率、振型和动力响应进行分析和校核，并采取相应的减振措施。
在完成桥梁结构稳定性分析后，我们可以对其进行设计模拟。
设计模拟是指基于已有的分析结果，进行参数化设计和优化的过程。
通过设计模拟，我们可以调整材料的使用、截面形状的选择、构件布置的优化等，以达到提高结构稳定性和经济性的目标。
值得注意的是，桥梁结构稳定性分析及其设计模拟不仅仅是一项刚性计算过程，还需要结合工程实际和经验进行合理的校核。
在实际设计过程中，还需要考虑材料的可获得性、施工的可行性和维护的便捷性等因素，以保证桥梁结构的长期安全可靠。
独柱桥梁抗倾覆的稳定性分析与加固设计方法
独柱墩连续梁桥抗倾覆的稳定性分析与加固设计方法摘 要：在桥梁工程建设中，现浇连续箱梁的独柱墩因具有良好的抗扭刚度、整体性以及视觉通透性等特点被广泛应用。
但其限制横向偶然偏心荷载能力较弱，加之设计时对连续梁桥横向稳定性分析深度不足，常导致后期桥梁运营阶段出现连续梁桥上部结构横向侧移甚至倾覆。
基于此，对独柱墩连续梁桥的抗倾覆的稳定性分析以及加固设计方法进行探讨。
关键词：独柱墩；连续梁；抗倾覆稳定性分析；加固设计国内在2007年之前的设计中对于验算独柱墩桥梁进行研究中，往往对其上部结构纵向和竖向静力和动力模型分析的较为透彻，但对基本可变荷载过渡到横向偶然偏心荷载的影响没有引起足够重视及我国行业规范的抗倾覆系数取值较低等原因的制约。
再加之我国车辆超载情况严重，常使得桥梁常处于超负荷的工作状态。
当偏心偶然荷载过大时，独柱桥梁就会倒塌倾覆[1]，危及国民生计安全，因此对独柱墩连续梁桥抗倾覆稳定性研究至关重要。
1 工程概况某独柱墩桥梁，左右分幅，上部结构为8×20m 单箱双室预应力混凝土连续箱梁，四跨一联，桥面宽度11.6m ，下部结构为钢筋混凝土独圆柱墩，墩台联端设置悬挑式盖梁。
桥梁的曲线半径为90m,箱梁的截面积大小为6×20，支座数量为20个。
2 抗倾覆验算分析2.1 验算说明（1）当桥梁一侧横向偶然偏心荷载超过其自身抗倾覆能力时，另侧梁底支座即产生负支撑反力，直至支座脱空，当横向偶然偏心荷载作用力矩达到并超过整联结构抗倾覆力矩时，桥跨即可能出现倾覆。
上部结构抗倾覆验算稳定系数应满足如下条件：/ 2.5qf bk bk s s γ=≥在上式中各字母所代表的含义表示如下：qf γ表示抗倾覆稳定系数；bk s 表示的含义是汽车荷载（含冲击作用下）标准值；sk s 表示上部结构稳定的作用效应标准组合值。
在作用标准值组合下，桥梁单向受压支座不能处于脱空状态。
（2）在弯桥区域，如果联内桥墩中所有的支座都处于支座连线内侧以及桥台外侧时，倾覆轴线则应根据桥台外侧支座连线进行确定；如果联内桥墩的所有支座不仅在桥台的外侧处，而且还在支座连线外侧时，倾覆轴线的确定则要依据跨中桥墩支座连线的位置确定。
大跨径钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析
大跨径钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析作者：***来源：《西部交通科技》2024年第03期作者简介：凌冬（1969—），高级工程师，主要从事公路桥梁设计工作。
文章基于某高速公路互通匝道钢箱梁桥工程实例，根据大跨径梁桥的受力特性，结合现行桥梁规范要求，利用有限元桥梁分析理论，通过对桥梁最不利位置进行模拟分析，选择合适的特征点，针对支座脱空以及结构倾覆进行验算，对大跨径钢箱梁桥抗倾覆稳定性进行计算分析，并提出了保障桥梁安全的相应措施。
大跨径；钢箱梁桥；抗倾覆；稳定性U448.21+3A5419030引言目前，我国道路运输车辆超限超载的现象十分普遍，因此导致桥梁倾覆事故时有发生，对行车安全构成了极大的威胁［1］。
钢箱梁因其自重小、强度高、施工快捷等优点，已成为热门桥型之一［2］，但其抗倾覆稳定性较差的问题仍然困扰着工程界［3］。
根据以往的交通安全事故进行分析，除施工质量问题导致桥头路基承载力不足进而引发钢箱梁倾覆外，其抗扭支承失稳与结构自身稳定性不足同样是桥梁倾覆破坏的主要原因［4-5］。
为了保证大跨径梁桥的安全性，应重视其抗倾覆设计。
近年来，众多专家学者对大跨径钢箱梁桥抗倾覆稳定性问题进行了大量的研究。
肖鹏程［6］通过对桥梁横向抗倾覆性能的研究，综合考虑了不同横向荷载作用位置、支座间距以及桥墩布置形式等设计参数，分析了支座反力以及横向抗倾覆性能，并给出了相应的抗倾覆加固方案。
孙军等［7］为了研究钢箱梁桥在弯道结构中的抗倾覆稳定性，采用单箱梁和带临时加固设备的双箱梁进行数值模拟，并对其支承反作用力进行了计算。
吴玉华等［8］采用有限元方法对大跨度连续箱梁进行了应力分析，在此基础上，提出了桥梁侧向稳固措施。
王泉宇等［9］利用曲梁理论公式对简支超静定曲梁的支承反力进行了分析，并以支座间距为依据分析了内、外支座的反作用力，最后以支座是否达到规范中所要求的稳定系数为标准来评估桥梁的稳定性与抗倾覆性。
耿君君［10］采用了有限元的方法，对连续梁桥进行了抗倾覆稳定性分析，并对其受力和倾覆之间的关系进行了研究，同时探讨了偏心度对梁桥抗倾覆稳定性的影响。
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桥梁建设 ２０１４年第４４卷第３期（总第２２６期）Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．３，２０１４（Ｔｏｔａｌｌｙ Ｎｏ．２２６）文章编号：１００３－４７２２（２０１４）０３－００６９－０６箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析曹 景，刘志才，冯希训（天津市市政工程设计研究院，天津３０００５１）摘 要：针对箱形截面梁桥的抗倾覆稳定性问题，为研究目前设计中常用的几种抗倾覆验算荷载及其合理性，基于力学原理，推导了直线桥及曲线桥的抗倾覆稳定系数计算公式，并提出了适用于设计的简化公式，将所推导的计算公式用于实桥设计中。
结果表明：公路－Ⅰ级荷载用于抗倾覆稳定性验算是偏小的，宜采用５ｍ间距５５ｔ密排重车车队；加大连接墩的支点间距可提高直线桥的抗倾覆稳定性；随着弯曲半径的逐步减小，曲线桥抗倾覆稳定系数逐步提高，桥越弯越不容易整体倾覆；大半径曲线梁桥的抗倾覆能力最差，其次是直线桥，最后是小半径曲线梁桥。
关键词：直线桥；曲线桥；箱形梁；抗倾覆；验算荷载；倾覆轴；计算公式中图分类号：Ｕ４４１．２；Ｕ４４８．２７文献标志码：ＡＡｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｒａｉｇｈｔａｎｄ Ｃｕｒｖｅｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ Ｂｏｘ ＳｅｃｔｉｏｎｓＣＡＯ Ｊｉｎｇ，ＬＩＵ Ｚｈｉ－ｃａｉ，ＦＥＮＧ Ｘｉ－ｘｕｎ（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔａｎｄ ｃｕｒｖｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｗｉｔｈ ｂｏｘ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｉｎ ｒｅｇａｒｄ ｏｆｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒ－ｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｏｒｍｕｌａｅ ｔｈａｔ ｗｅｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｄ ｗｅｒｅ ａｐ－ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｂｒｉｄｇｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｉｇｈｗａｙ－ＩＳｔａｎｄａｒｄ Ｌｏａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｎｏｔ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄｔｈｅ ｄｅｎｓｅｌｙ ａｒｒａｙｅｄ ５５ｔｈｅａｖｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｔ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ ５ｍｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎ－ｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐｉｅｒｓ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒ－ｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｂｒｉｄｇｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｄｕａｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｖｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ａ ｃｕｒｖｅｄｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅｃｕｒｖｅｄ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｌｅｓｓ ｅａｓｉｌｙ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｌｌ ｇｌｏｂａｌｌｙ ｏｖｅｒｔｕｒｎ．Ｔｈｅ ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｅｎｔｌｅ ｒａｄｉｕｓ ｉｓ ｔｈｅ ｐｏｏｒｅｓｔ，ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｈａｒｐ ｒａｄｉｕｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｉｇｈｔ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｕｒｖｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ；ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌ－ｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄ；ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ ａｘｉｓ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ收稿日期：２０１３－０５－０６作者简介：曹 景，教授级高工，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊ２＿ｊ２＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
研究方向：大跨与新型桥梁结构。
１ 引 言从２００７～２０１２年，我国已发生多起桥梁整体倾覆事故，如：２００７年１０月包头民族东路高架桥钢箱梁整体侧翻；２００９年７月天津津晋高速港塘收费站附近的连续独柱墩匝道桥倒塌；２０１０年１１月南京城市快速内环西线南延工程正在建设的简支钢箱梁在防撞墙施工时侧翻等。
究其原因：一方面是道路超载、超限运输现象极为普遍［１，２］且屡禁不止；另一９６桥梁建设 Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２０１４，４４（３）方面是桥梁的整体布置存在一些安全隐患，部分城市高架桥墩柱支点间距偏小，或连续布置了多个独柱小间距双支点或独柱单支点等。
桥梁倾覆事故具有突发性，一旦发生，往往损失惨重且社会影响恶劣，应极力避免。
目前，国内公路及市政桥梁的抗倾覆计算尚无明文规定，文献［３］、［４］及正在修订的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（征求意见稿）［５］做了一些探索，但尚不完整。
本文基于力学原理，探讨目前设计中采用的抗倾覆验算荷载及其合理性，推导直线桥及曲线桥的抗倾覆计算公式，并将抗倾覆计算公式应用在实桥设计中。
２ 抗倾覆验算汽车荷载《公路桥涵设计通用规范》（ＪＴＧ Ｄ６０－２００４）及《城市桥梁设计规范》（ＣＪＪ １１－２０１１）均规定汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，桥梁结构的整体计算采用车道荷载。
桥梁抗倾覆计算属于整体计算的范畴，故须采用车道荷载进行验算。
上述２本规范规定的车辆荷载分别为公路－Ⅰ级荷载与城－Ａ级荷载，其车道荷载取值一致。
规范规定的车道荷载为虚拟荷载，其均布荷载标准值ｑｋ及集中荷载标准值Ｐｋ是通过对实际汽车车队的测定和效应分析得到的，二者等效的原理为结构弯矩、剪力相等，取ｑｋ为加载基数，Ｐｋ作为补充。
用车道荷载模拟实际汽车车队来验算桥梁的抗倾覆，其适用性有待进一步研究，文献［６］指出公路－Ⅰ级荷载明显偏小。
浙江省公路管理局于２００９年颁布了《桥梁上部结构抗倾覆验算荷载的规定》［７］（以下简称为《荷载规定》），汽车荷载分为３种工况：工况１，公路－Ⅰ级荷载；工况２，１．３倍的公路－Ⅰ级荷载；工况３，１．２倍的１０ｍ间距５５ｔ密排重车，５５ｔ重车的布置与《公路桥涵设计通用规范》（ＪＴＧ Ｄ６０－２００４）规定的车辆荷载一致。
本文在上述规定的基础上，提出５ｍ间距５５ｔ密排重车车队（图１），并建议桥梁抗倾覆计算不考虑纵、横向折减系数，其理由在于：①重车往往组成连续的车队，集体运输，车速缓慢时，车辆之间的净距很小，从安全角度考虑，前后车轴距５ｍ能涵盖满足限载牌限定要求的绝大部分汽车布载不利情况，且无须再考虑《荷载规定》给出的抗倾覆验算荷载工况３中１．２倍的修正系数，物理意义更明确；②桥梁倾覆属于突发的脆性破坏，其安全度应高于强度、刚度及应力验算，极端情况下，重车可能偏心布满半幅桥面，若考虑纵横向折减系数则偏于不安全。
图１ ５ｍ间距５５ｔ密排重车车队布置Ｆｉｇ．１Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｄｅｎｓｅｌｙ Ａｒｒａｙｅｄ ５５ｔＨｅａｖｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｔ Ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ ５ｍ将汽－超２０级荷载定义为工况４，本文提出的５ｍ间距５５ｔ密排重车定义为工况５。
对４×３０ｍ的连续箱梁桥及２００９年天津津晋高速倒塌匝道桥中的一联连续箱梁（跨径布置为１７．５ｍ＋２×２２ｍ＋１７．５ｍ，桥宽８．５ｍ，处于缓和曲线上，桥梁中心线等效半径约为２３４ｍ）进行分析，求解出《荷载规定》给出的３种验算工况及工况４、工况５分别作用下１个车道的总荷载，计算结果如表１所示。
表１ 各工况下１个车道的总荷载Ｔａｂ．１Ｔｏｔａｌ Ｌｏａｄ ｏｆ ａ Ｌａｎｅ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｌｏａｄ Ｃａｓｅｓ跨径车道荷载／ｋＮ工况１工况２工况３工况４工况５４×３０ｍ１ ５９６ ２ ０７５ ３ ６３６ １ ７５０ ３ ８５０１７．５ｍ＋２×２２ｍ＋１７．５ｍ１ １２７ １ ４６５ ２ ６０４ １ ３５０ ２ ４８０ 从表１可以看出：①在工况１作用下，１个车道的总荷载最小，不及工况５的一半，考虑到桥梁限载为５５ｔ时，即使所有车辆均不超载超限，在极端情况下接近工况５的桥面车辆布置是可能出现的，此时若仍按工况１进行抗倾覆验算，则明显偏于不安全；②在工况５与工况３作用下，１个车道的总荷载较为接近，说明本文给出的５ｍ间距５５ｔ密排重车车队，其效用与《荷载规定》给出的１．２倍１０ｍ间距５５ｔ密排重车车队接近。
文献［６］及［８］中提到采用重车重量远超５５ｔ的特殊重载车队进行抗倾覆验算，笔者认为，采用严重超限车辆进行抗倾覆验算，标准难于统一，且容易产生错误的舆论导向；采用规范规定的车辆荷载进行验算，适当提高抗倾覆稳定安全系数的最低要求（比如目前设计中常采用的２．５），可以引导车辆不超限，同时因安全系数的存在也可以间接预防车辆一般超限带来的安全隐患。
３ 直线桥抗倾覆验算３．１ 直线桥倾覆轴的确定箱梁桥倾覆过程是在汽车或其他荷载的倾覆作用下，单向受压支座依次脱空，边界条件失效而失去０７箱形截面直线桥及曲线桥抗倾覆稳定性分析 曹 景，刘志才，冯希训平衡的过程。
抗倾覆验算的首要任务是找到倾覆轴，直线桥比较直观，一般认为箱梁桥中心线同侧的连接墩（或桥台）支点连线即为倾覆轴，如图２所示。
图２所示直线桥有一个显著特点：连接墩支点间距大于或者等于中墩支点间距。
若某中墩支点间距大于连接墩支点间距，其倾覆轴将不再是在桥梁中心线同侧的连接墩两支点连线（图３中的假想倾覆轴），理由在于：箱梁按图３的假想轴倾覆时，必然受到倾覆轴外侧支点ａ的约束，３个不在同１条直线上的支点确定了１个稳定的平面，形成了三足鼎立的局面，结构是稳定的，不会倾覆。