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，設置單支點橋墩或橫橋向小支座間距的設計形式被廣泛采用，但由此造成橋梁的整體穩定問題日益突出，近年來由于車輛重型化和超載現象的發生，國內發生了多起橋梁整體失穩的事故，本文以工程案例為基礎，介紹橋梁抗傾覆穩定性計算的方法，通過對相同參數曲線橋和直線橋的比較，得到相關結論。

　　關鍵詞：整體穩定,脫空,傾覆軸線

　　現代橋梁設計已不僅僅是橋梁結構設計，橋梁的景觀設計已經是城市橋梁設計中必須考慮的部分，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，單支點橋墩或小支座間距的橋梁被廣泛應用于城市橋梁中，由于橫橋向采用單支點或小間距支撐，在汽車偏載作用下，橋梁的橫向抗傾覆穩定非常不利。本文通過對橋梁抗傾覆穩定性計算分析，提出相關的設計建議。

　　一、計算方法

　　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。結構傾覆時，事前沒有明顯的征兆，其危害性極大，因此橋梁設計應避免橋梁傾覆的發生。

　　采用整體式斷面的梁橋應該進行上部結構的抗傾覆驗算。上部結構的抗傾覆穩定系數應滿足下式要求：

　　式中 —抗傾覆穩定系數;

　　—使上部結構傾覆的汽車荷載(含沖擊作用)標準值效應;

　　—使上部結構穩定的效應標準組合。

　　橋梁在滿足整體穩定的同時要求在作用的標準值(汽車荷載考慮沖擊作用)下，單向受壓支座不應處于脫空狀態。

　　1、直線橋

　　傾覆計算首先應確定傾覆軸線，對于直線橋來說，傾覆軸線為位于箱梁中心線同側的距離中心線較遠的橋墩或橋臺支座的連線，其抗傾覆穩定系數計算公式為：

　　式中 —車道荷載的均不荷載標準值;

　　—車道荷載的集中荷載標準值;

　　—為橋梁全長或一聯長度;

　　—橫橋向最不利車道位置到傾覆軸線的垂直距離;

　　—沖擊系數;

　　—成橋狀態時各支座的支座反力;

　　—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，當中間橋墩支座全部位于橋臺支座連線內側時，傾覆軸線為橋臺外側支座連線;當中間橋墩支座全部位于橋臺支座連線外側時，傾覆軸線為中間橋墩支座連線或外側橋臺支座與中間橋墩支座的連線，其抗傾覆穩定系數計算公式為：

　　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146米。上部結構采用預應力混凝土等截面現澆連續箱梁;下部結構1、3墩采用花瓶式墩、2號墩采用柱式墩(單支點)、橋臺采用肋板臺，鉆孔灌注樁基礎。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，其余均為雙支點，橫橋向支座間距為2.4米。

　　三、抗傾覆驗算荷載工況

　　對上述橋梁上部結構抗傾覆能力進行驗算，本次驗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：《公路橋涵設計通用規范》(JTGD60-2004)公路-I級荷載，并驗算支座是否脫空。

　　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;橫向按規范車輛荷載橫向布置方式布載，僅單列布載。

　　四、抗傾覆驗算

　　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行對比分析，利用midas civil軟件計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、各工況計算結果

　　五、結語

　　1、現行橋梁設計規范對鋼筋混凝土橋梁上部結構沒有抗傾覆驗算要求，僅要求標準荷載作用下橋梁支座不脫空。經驗算，本案例的直線橋和曲線橋的抗傾覆穩定性均滿足要求。

　　2、從兩座參數相同的直線橋和曲線橋各工況的抗傾覆穩定系數比較可知，曲線橋由于布置傾覆荷載的區域明顯小于直線橋，故各工況的抗傾覆穩定系數均大于直線橋，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定的要求。

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

　　4、鋼筋混凝土結構橋梁由于混凝土自重較大，抗傾覆穩定容易滿足要求，但對鋼結構或組合結構，由于鋼材自重小，對橋梁整體穩定不利，工程設計中可以通過合理設置支座及增加配重的方法加以解決，確保橋梁運行安全。

　　5、通過三種工況分別模擬規范荷載和不同的車輛超載運行情況，由于各地的車輛軸重分布不同，尤其是礦產資源豐富的地區，采用時應根據所在地區車輛情況，合理采用驗算工況。

　　參考文獻：

　　[1] 李國豪.橋梁結構穩定與振動. 北京：中國鐵道出版社，2002

　　[2] 項海帆.高等橋梁結構理論. 北京：人民交通出版社，2001