独柱墩桥梁抗倾覆安全分析及加固设计技术研究

正文:

1 前言

由于独柱墩桥梁结构相对轻巧, 桥下的渗透性好, 桥上视野较为开阔, 适应性强的优点, 成为城市公路桥梁和公路匝道建设的优良的选择。这种桥梁的上部结构主要采用预应力混凝土或普通钢筋混凝土连续箱梁。随着独柱桥墩的快速发展, 许多人在设计和施工环节过程中发现了可能存在的问题以及采用独立墩桥梁的弊端。例如, 桥体与支座脱空、梁体滑移和侧翻, 其中最引人注目的问题以及危害最大的是梁体侧翻。近年国内发生了很多独柱墩桥梁倾覆事故, 严重的危害人们的生命, 财产安全, 造成极端恶劣的社会影响。

如何对新建独柱墩桥梁结构做抗倾覆设计和已经完成的桥梁加固强化是避免再次发生倾覆事故的重要手段。本文分析当前的单柱墩梁桥存在的主要问题和基本优化方法, 对于独柱墩梁桥可以稳定运营提供指导性意见。

2 独柱墩梁桥倾覆

2.1 倾覆事故桥梁共性

单柱墩桥在施工阶段和运营阶段, 结构受力情况比较复杂, 要考虑许多外界因素影响。近年来, 将独柱墩桥梁倾覆事故总结分析发现, 桥梁事故存在共同之处:都存在不同的程度的超负荷, 偏心受载荷的现象;所有支架脱空现象都出现在公路桥梁支座的一边;出现倾覆情况的大多是弧度相对较大桥梁曲率半径过大;桥梁整体未出现损坏现象, 桥梁板显示横向侧翻。

2.2 支座受力分析

对桥墩的直线, 在部分负荷下, 桥梁上部结构会发生扭转变形, 导致受力不均匀, 随着转矩的增加, 出现不均匀形变现象, 当一个侧轴承脱空, 上部结构力系统发生改变, 轴承力发生重分布;独柱墩桥梁因为其自身的受力特点, 上部结构截面重心并不在桥的中心线, 在部分负荷下同时产生纵向弯曲曲率弯曲的影响扭转耦合作用, 导致桥梁外侧过载, 桥梁内侧卸载, 内外支座受力不均匀导致桥体与支架脱离。

2.3 倾覆临界分析

支架脱空并不意味着独柱墩桥横向倾覆, 这仅仅是一个发生前的征兆, 并不决定一定会出现侧翻倾覆, 不能因为支架脱空就肯定判断会发生倾覆。实际上那是一个持续性、阶段性的过程, 但由于瞬态破坏, 能量输出较大, 类似于脆弱的结构骨折, 瞬间造成毁坏, 让人认为倾覆过程很短然而并不是, 量变引起的质变。基于独柱墩桥梁刚度分析, 全面的分析倾覆的整个过程。上部结构在车辆超载, 受力偏心及自重二期恒载, 预应力加载, 温度等因素的影响下, 第一次出现边墩脱离这一现象。, 随着车辆负载增加, 桥梁阻力恒定荷载转矩不足以抵抗汽车的倾覆力矩, 独柱墩处于倾覆临界状态。确定倾覆临界状态对独柱墩桥梁设计和桥梁加固具有重要意义。

2.4 倾覆轴线确定

准确地推算出倾覆轴线是对抗倾覆设计的前提。直线桥倾覆轴线是相对简单的, 可以直接拾取的边墩 (桥台) 在同一边的连接线。而曲线桥倾覆轴线至今没有形成统一的认识。

3 独柱墩桥梁抗倾覆安全措施及管理办法

3.1 抗倾覆措施

针对现有的独柱墩桥梁问题, 除了在设计阶段计算横向稳定性, 确保在符合验算的范围内;尽量避免使用独柱墩桥梁, 如果需要采用独柱墩桥梁, 为了提高提高抗扭能力可以使用桥墩梁整合系统, 同时采用强度较大的柱墩头。通过独柱墩桥梁实现验算的倾覆轴线合理设置支座偏心, 事先改善不均匀受力的存在, 提高抗倾覆能力。

3.2 桥梁加固措施

独立柱墩钢筋施工主要步骤:1、与楔形的钢表面板与梁的底部位置处理粗糙凿毛。2、钻孔植筋, 并注入粘合剂, 法兰的安装和钢管柱的第一部分;安装剩余钢管段;事前埋入垫石保护钢筋;往柱墩内部添加厚实的混凝土 (可以分段浇筑混凝土施工) 。3、桥墩内混凝土浇注应略高于顶部的钢管和混凝土强度到达90%后将高出部分凿除, 然后焊接帽支柱顶板 (顶板表面的垫石限制钢筋应焊接提前到位) , 最后将预制垫石表面上涂环氧树脂胶后在相应的位置覆盖。4、安设墩顶支座及覆盖上钢板。

3.3 运营阶段管理

按照国家独柱墩桥倾覆事故调查结果, 除了桥本身的设计缺陷, 最为重要的一个原因是, 由于超重车辆集中在一边行驶, 独柱墩桥过弯荷载应力严重超过设计荷载标准, 导致桥梁损坏, 发生事故。

3.3.1 常规运营管理

不仅要在设计阶段和施工阶段处理抗倾覆问题, 在桥梁使用运营状态下, 也需要加强管理, 主要有以下几点:1、在桥头设置警告, 禁止桥面停车等。2、在一个独柱墩梁应该设置支持紧急停车区域, 设置警告斑马线, 用震荡符号标记, 汽车路线合理有效的限制, 严禁车辆通过桥梁边缘。

3.3.2 车辆运营管理

加强高速公路枢纽每日巡查比如独柱墩桥梁例行检查, 规范超载车辆秩序。

4 结束语

1、基于独柱墩桥倾覆稳定安全分析, 提出了桥梁刚度加固设计计划并组织实施项目工作。2、加强科研人员能力水平, 完善独柱墩桥的设计规范, 出台国家硬性标准, 加强设计源头管理;3、在面临超载情况严重, 客流量大的情况, 除了采取交通管制方法, 更应在桥梁设计上充分考虑实际运行条件, 进行有针对性的设计, 尽可能使用整合或双柱结构;4、桥梁保修管理单位组织桥梁全面检查, 以及桥梁加固措施, 提高安全性;5、桥梁保修管理单位必须加强相关部门的沟通与协调, 增加道路执法, 实现桥梁安全的交通环境。

摘要：独柱墩桥梁许多优点在现代桥梁建设中占有重要地位, 独柱墩桥梁可以提高视野, 提高低空间布局和桥梁美学的优点, 常用于城市立交桥和高速公路匝道和其他项目中, 通常的形式为现浇连续箱梁结构。独柱墩桥梁在汽车偏心负载的情况下横向抗倾覆能力较差, 本文在前人研究基础上, 讨论分析独柱墩桥梁抗倾覆的问题所在, 并寻找解决办法与措施。

关键词：抗倾覆,安全,加固,措施