公路桥梁横向稳定性探讨

(中交路桥技术有限公司，北京 100029)

1 概述

在公路设计中，由于桥下净空限制、连接线设置要求等因素，不得已设置了各类位于小半径曲线上的桥梁，这些桥梁有连续梁，也有简支梁;同时，出于美观及桥下空间的限制，独柱墩在连续梁中广泛使用，这导致了梁底支座横向间距偏小，不利于结构横向抗倾覆稳定。

近些年，陆续发生了多起桥梁侧翻事故。2010年11月26日，位于南京市雨花台区小行地铁站附近，城市快速内环西线南延工程(纬八路—绕城公路)四标段在B17～B18进行钢箱梁防撞墙施工时，钢箱梁发生倾覆;2011年2月24日，天津外环线中石油桥，在宾悦桥和凌宾路一侧匝道的拐弯处发生侧翻。

施工期间桥梁侧翻多是由于对桥梁横向稳定考虑不全，施工顺序不当引起;而运营阶段的桥梁倾覆则多是由超重车辆引起。本文就桥梁横向稳定性的计算方法及其预防措施进行分析。

2 现行公路规范对桥梁横向稳定的规定

现行JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范第9．7．4条中规定:在板桥的同一块板的多个支座中，不得有支座脱空。可见:在公路设计规范中，并没有对桥梁的横向稳定问题给出明确的规定，只是要求受压支座不得脱空。

TB 0002．3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范中规定:在计算荷载的最不利组合作用下，桥跨结构的横向稳定系数不应小于1．3;而JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范对于墩台结构抗倾覆的稳定系数规定为:在永久作用(不计混凝土收缩及徐变、浮力)和汽车、人群的标准值效应组合下，其抗倾覆稳定性系数不得小于1．5。

同铁路桥梁相比，公路桥梁有以下特点:

1)铁路桥梁上车道少，车道位置固定;而公路桥梁车道数多，在交通拥堵时，桥梁上将聚集比设计荷载更多的车辆，偏载情况严重。

2)公路桥梁自重比铁路桥梁低，对抗倾覆更加不利。3)公路桥梁由于景观及桥下空间的限制，独柱墩较多，且墩顶支座横向间距小。

综合考虑以上因素，参考《公路桥涵地基与基础设计规范》对结构抗倾覆稳定性的要求，本文认为将桥梁横向稳定系数取为1．5是合适的。

3 横向稳定性计算方法

在桥梁倾覆时，桥梁可以看作一个整体在运动。在临界状态，其最内侧支座呈脱空的状态，因此可以认为其旋转轴是两个桥台最外侧支座的连线，其抵抗力矩为恒载作用下的支座反力对旋转轴的力矩，倾覆力矩为桥梁上引起倾覆的活载对旋转轴的力矩。

因此，桥梁横向稳定性系数可以取为恒载的抵抗力矩及活载作用下的倾覆力矩的比值。

如图1所示，位于某曲线上的简支梁桥，在0号，3号桥台处设置两个横向支座，在1号，2号桥墩处设置受压支座。在倾覆时，桥梁整体将沿支座2，6的连线发生刚体旋转。因此可将支座2，6的连线视为倾覆轴，恒载作用下倾覆旋转轴内侧支座1，3，4，5对倾覆轴产生的力矩视为抗倾覆力矩，活载对倾覆轴产生的力矩为倾覆力矩，其比值可以作为桥梁的横向稳定性系数。

4 工程实例

4．1 工程概况

本工程实例为单跨37．547 m的简支钢混凝土组合箱梁，按两车道设计，设计荷载为:公路—Ⅰ级，桥梁标准横断面如图2所示。

当地交通量大，超载车辆多，根据业主要求，验算抗倾覆的汽车荷载采用如下:汽车采用规范55 t重车，全桥按5 m间距满布重车荷载。

图1 桥梁横向稳定性计算示意图

图2 桥梁横断面示意图（单位：cm）

4．2 桥梁横向稳定性计算

1)恒载抗倾力矩计算。

由图3可以看出，在倾覆时，最内侧支座3，4呈脱空状态，箱梁绕支座1，2的连线为轴倾覆。在恒载作用下支座3，4的反力可以作为抵抗倾覆的力矩。其抗倾力矩计算如表1所示。

表1 抗倾力矩计算表

2)倾覆力矩计算。

如图3所示，按规范规定进行横向布置时，其内侧车道作用点已经位于倾覆线内侧，对抵抗倾覆是有利的，因此不考虑其影响，只考虑外侧车道布载工况。其倾覆力矩如表2所示。

3)桥梁横向抗倾覆稳定性系数。

桥梁横向抗倾覆稳定性系数为抗倾力矩与倾覆力矩的比值:2 487．1/2 112．2=1．18。

5 加固方案

增大桥梁横向稳定性，可以从增大桥梁的抗倾覆能力及减小活载引起的倾覆力矩两方面考虑;对于不满足倾覆稳定性要求的曲线桥梁，目前主要有以下几种处理方案:

1)在设计阶段，适当考虑独桩墩的位置，使其向曲线外侧偏置，使此处支座能够提供更多的抗倾覆力矩，从而增强桥梁横向稳定性。

2)通过交通设施，减小重车产生的倾覆力矩，如在桥梁以外范围内设置阻挡装置，使超重车辆无法进入桥梁;在曲线桥梁上，使用特殊护栏，使重车不得驶入桥梁外侧。

3)通过验算，在箱梁中进行压重，通过增大桥梁自重，提高其横向稳定性。

4)在可能发生脱空的支座处，设置抗拉支座，通过支座的抗拉力来增加桥梁抗倾覆能力。

图3 活载加载示意图

表2 倾覆力矩计算表 kN·m

6 结语

1)桥梁横向稳定性与桥梁的构造、下部支座设置、车辆超载等因素有关，在设计此类桥梁时应慎重考虑，力争在设计阶段消除不安全因素。

2)本文提出的方法通过简单的有限元计算即可完成，简便易行，能够满足一般设计的精度要求。其原理有待更多工程实例进行验证。

3)桥梁横向稳定系数的取值应结合实际交通状况进一步研究，确定一个较为合理、经济的系数值。

［1］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］．

［2］TB 0002．3-2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］．

［3］JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］．

［4］范立础．桥梁工程［M］．北京:人民交通出版社，2005．

［5］高 伟，许可宾，刘俊伏．平板橡胶支座上梁体横向倾覆稳定性的计算特点［J］．铁道工程学报，2001，12(4):47-49．