分析连续独柱墩桥梁抗倾覆安全评价及加固设计

分析连续独柱墩桥梁抗倾覆安全评价及加固设计

郭香黄凌波

中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

摘要：独柱墩连续箱梁桥具有结构简单，外形美观，占地面积小，施工难度较小等优点，在交通工程得到了广泛的应用。但独柱墩桥梁因其独特的受力特点导致横向抗倾覆能力不足，独柱墩桥梁倾覆事故也时有发生。为增加横向抗倾覆能力，有很多种独柱墩加固的方式，比如增加盖梁，增设支撑柱，桥台支座外移等方法。本文将根据不同加固方法的加固效果进行独柱墩加固方案比选。

关键词：独柱墩；连续箱梁；横向抗倾覆；加固

前言：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。目前我国载重车辆普遍存在超载现象，个别车辆超载甚至达到了200%～300%，导致多数桥梁处于超负荷工作状态。在偏心偶然超载作用下，已经导致国内发生多起独柱墩箱梁桥倾覆倒塌事故，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响，现有独柱墩连续箱梁桥的横向抗倾覆稳定性问题日益突出。我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）对上部箱梁抗弯强度、抗剪强度以及抗裂性能等结构自身强度方面有明确规定和要求，但对桥梁的横向倾覆稳定性要求方面没有加以阐述。在桥梁设计中，从业人员往往重视了桥梁纵向的受力分析与计算，却忽略了对桥梁在偏心超载情况下的的横向整体稳定性分析。因此，独柱墩连续箱梁桥横向受力特点的研究就成了当前一个重要课题。

一、独柱墩桥梁受力特点

所谓的独柱墩桥梁就是指桥梁底部有一个桥墩。由于独柱式墩梁采用的是独立支撑方式，因此其结构受力特点也比较特殊，总体上有以下两方面特点：

1.从现阶段的道路运输状况来看，道路桥梁通行的车辆无外乎有两种一是中小型车辆，这种类型的车辆通常质量较轻，对桥梁的压迫也在其承载力范围之内；另一种则是大型车辆，这种类型的车辆绝大部分以运输为主，一般情况下这种大型运输车辆或多或少的会出现超载的情况，有的车辆甚至超载300%，在这种偏心超载作用下，桥梁上部结构梁体将承受很大的扭矩作用，并且这种扭矩累积作用会随着桥梁跨径的增大和独柱墩数量的增多变得越来越大。

2.独柱式墩梁其桥墩从结构受力分析上属于偏心受压构件。根据偏心受压构件的特点，我们知道桥墩的稳定性随墩柱的长细比变化而发生变化，如果桥墩的长细比比较大，并且桥梁路面的通过车辆超载时，桥墩所承受的偏心荷载也会随之增大，这种情况下桥梁的稳定性就会降低，桥墩会随时出现偏压破坏的可能性。

二、影响独柱墩梁桥受力的因素

影响独柱墩梁桥受力的因素有很多，对于直线墩梁桥其受力因素与桥梁的跨度及抗弯刚度有密切的关系；而对于曲线弯桥而言，不仅与跨度和抗弯刚度有关系，还受弯桥的曲线的圆心角的直接影响。

1.跨度

桥梁的跨度直接影响着桥梁的受力形态，进而对结构的稳定性也会产生影响。如桥梁的跨度比较小，则受各方面制约因素的影响较小，特别是风荷载的影响就会比较小；相反，如果跨度比较大的情况下，就会引起桥梁的结构发生位移，在这种情况下无论是设计者，还是施工者都必须考虑桥梁的结构位移。

2.抗弯刚度

假设桥梁受到的外部荷载恒定不变，根据相关的理论研究发生，其结构内力与刚度有很大的关系，换言之，主梁结构的刚度则直接影响桥梁的内部受力情况。而且桥梁的主梁所承担的负荷，与抗弯刚度呈线性关系。

3.圆心角

对于曲线桥梁而言，桥墩的受力还与圆心角有关系。曲线桥梁的圆心角是是桥梁跨度与弯曲半径的比值，它是一个全面反映主梁弯曲程度的参数，而桥梁的弯曲程度对弯桥受力特征的影响最大。在弯曲半径相同的情况下，桥梁的弯曲程度与桥梁的跨径成正比例关系，即桥梁的跨径越大，桥梁的弯曲程度就越大。上述这些因素都直接影响着独柱墩梁桥的受力，这些影响直接关系着整个桥梁的整体抗倾覆能力。

三、公路桥梁墩柱加固技术要点

1.粘贴钢板加固技术

在桥梁墩柱加固技术中钢板一直扮演着十分重要的角色，对它的加固处理方式可以在与其相关的具体的加固步骤中展现出来。将大小合适的钢板通过结构胶粘贴剂粘贴在需要进行加固的墩柱表面，让墩柱与钢板形成一个统一体，能够共同承受桥梁以及运行车辆带来的压力，由于外力结构对于墩柱具有某些特别的要求，因此在操作阶段必须将加固形式所具有的作用发挥出来，一些受力作用造成偏心较大的部件需要进行特殊处理。粘贴钢板加固技术自身具有一定特殊性，因此需要对各个流程进行规定，其中流程包含了表面处理、定位处理以及卸载处理，不同的流程有着不同的处理步骤。在进行表面处理时，需要将钢板表面与混凝土表面的浮浆清理掉，之后利用树脂泥对受损处进行修补，保证其表面平整，之后再使用脱脂棉擦拭表面，之后再进行卸荷处理，卸除结构所承受的荷载力，保证加固效果符合国家规定的要求。由于混凝土与钢板自身都具有一定的特殊性，因此在进行钢板粘贴时需要保障二者的完全结合，可以使用相关的结构胶实现二者的粘贴。粘贴钢板这一技术较为简单、方便、快捷，很少会影响到原有的结构，但是其自身具有材料重量大、成本较高等特点，这会对墩柱加固造成影响。对高16m的墩柱进行粘贴钢板加固时首先需要对钢板进行质量检测，之后根据施工图与施工工艺对钢板进行切割，保证其可以与墩柱相适应，切割时误差需要在2mm左右，切割面上的缺棱需要在1mm，之后将钢板加工成直径为180cm的半圆形钢套，对钢套进行防腐处理后再利用粘贴剂将钢套与墩柱表面进行粘贴，之后进行喷漆处理。

2.体外预应力加固技术

这一技术指的是将预应力支撑杆与墩柱结构特点进行结合，利用到其他方面的技术指标当中，公路桥梁墩柱在加固方面有很多特殊要求，因此在进行相关处理时需要对施工场所进行相关维护，对于不同材料需要有不同阶段的处理，例如混凝土，在前期进行准备时需要进行张拉控制，之后才能够允许投入使用，在进行张拉的同时要记录混凝土的相关数据，以保证它自身的质量。体外预应力加固技术优势较为明显，在实际应用中能够对施工成本进行有效节约，墩柱的预应力、承载力以及刚度都能够得到较大的提升，墩柱不会因此而出现过度疲劳导致再次出现问题，但是与其他施工技术相比，它自身的施工难度较大，在进行加固的过程中非常容易出现工程事故，2006年在我国华东某市就出现过，因此在使用这项技术时需要与工程需求进行结合，妥善使用。

3.增设钢管混凝土立柱

为了更好的确保桥梁的横向稳定性，减小原来桥墩立柱在施工的过程中所承受的偏心受压作用，在桥墩原来的立柱横向两侧加设一根钢管混凝土立柱，这样的加固改造方式使得结构自身的安全性和稳定性明显的提升。因为桥墩承台的尺寸相对较大，在设钢管混凝土立柱的过程中，我们可以将其直接搭设在原结构的承台上面，柱脚施工中主要借助的是植筋的处理方式，将其和原来的承台紧密的连接在一起。在钢管立柱的类型方面，在施工中可以选择螺旋钢管，其直径达到了711mm，同时壁厚度也达到了13mm。为了更好的保证承台和钢管立柱连接的质量和效果。在钢管当中还加设了植筋。为了有效的提高结构的整体性，工程施工的过程中采用了H型钢进行加工。在原混凝土立柱和新增的立柱上都要设置钢箍，这样就可以非常好的确保其和H型钢横系梁能够得到十分有效的连接。

结语

公路桥梁墩柱加固作为我国桥梁养护中的重要组成部分，它能够改善桥梁结构的耐久性，让整个桥梁的承载力得到提高，让每一座公路桥梁的质量都能得到提高，人们的出行与货物的运输能够得到安全保障。对于墩柱的加固要具体问题具体分析，不同的情况下选择相应的加固技术，让我国桥梁加固技术的水平逐渐得到提高。

参考文献：

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[2]王希超.4-20m独柱墩连续梁桥抗倾覆设计浅析[J].北方交通，2013（2）.

[3]吴玉华，蔡若红，杨育人.独柱墩连续梁桥的稳定影响因素分析[J].公路工程，2011（6）.