钢箱梁桥抗倾覆稳定性分析

谭伟

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029）

0 引言

钢箱梁桥具有抗扭刚度大、受力性能好、结构自重轻、加工方便、施工期短等优点，在城市高架桥中得到了广泛的运用，尤其在跨线等特殊场合下应用非常方便。

在城市高架桥桥下部结构设计时，为减少占用桥下空间、增加视野和桥形美观，桥墩往往采用独柱支承方式。这种形式的钢箱梁桥受力状态较为复杂，对横向抗倾覆稳定非常不利。

本文以深圳市宝安区观澜民和路（观澜大道—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，提出对此类桥结构设计的建议。

1 工程实例

1.1 工程概况

深圳市宝安区观澜民和路市政工程第三标段全桥共七联，分左、右两幅。该工程实例为右幅第6联连续钢箱梁，跨径为（33.5+40+26.5）m，位于半径800 m的圆曲线上。该桥跨越观光路，中墩为单支座独柱支承，两端为盖梁加双柱墩，盖梁上设双支座，支座间距为6 m。

1.2 有限元模型的建立

本文采用Midas建立连续钢箱梁的有限元模型，如图1所示。箱梁顶宽12.5 m，箱梁底宽8.5 m，中心梁高1.6 m，如图2所示。上部结构共离散为49个节点，48个单元，单元最大长度为2 m。

连续钢箱梁桥荷载取值如下：主梁自重由程序自动计算，考虑到模型中未包含横隔板等构件重量，自重系数取1.15；二期恒载包括防撞护栏与桥面铺装，以均布荷载计入；汽车荷载为公路I级，3车道，利用Midas的车道偏载功能考虑1～3车道的偏载情况，取最不利的情况；温度作用包括整体升、降温与梯度温度，参照规范选取；支座沉降考虑各墩不均匀沉降1 cm。

图1 连续钢箱梁计算模型

图2 钢箱梁标准横断面图（单位：cm）

1.3 计算结果

为了防止桥梁的横向倾覆，设计中采用保证每一个支座都不出现负反力，即均不脱空的方式来进行控制。

用Midas进行建模计算，对结果进行比较分析，发现使结构出现最大负反力的原因为汽车的偏载。如图3所示。

图3 汽车偏载最大负反力图

选取结构的两种典型工况进行分析：

工况一：自重+二期恒载+汽车偏载最不利+支座沉降最不利；

工况二：自重+二期恒载+汽车偏载最不利+支座沉降最不利+整体升温+梯度降温。

两种工况下，结构的最大负反力如图4～5所示。从图中可以看出，钢箱梁桥在成桥状态各种荷载组合下，端支座会出现负反力，即原设计存在横向倾覆问题。

图4 工况一最大负反力图

图5 工况二最大负反力图

2 结果分析

当中墩支座不变，盖梁上的支座间距由6m变为6.8 m、7.2 m时，结构在工况三下的支座反力如表1所列。

表1 端支座间距变化时，结构反力表（单位：kN）

从表1可以看出，端支座的间距越大，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（支座间距也为6 m），结构在工况三下的支座反力如表2所列。

从表2可以看出，中墩设置双支座以后，钢箱梁桥在成桥状态下不出现负反力，有利于结构的横向稳定。

表2 中墩变为双支座时，结构反力表（单位：kN）

当所有支座不变，在钢箱梁两端5 m的范围内灌注一半梁高的混凝土时，结构在工况三下的支座反力如表3所列。

表3 两端混凝土压重时，结构反力表（单位：kN）

从表3可以看出，在设置一定的混凝土压重的情况下，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，也可以达到使结构不出现负反力，且优化设计目的。

3 结论

（1）深圳市宝安区观澜民和路市政工程第三标段钢箱梁桥存在倾覆问题，应根据实际情况修改原设计，提高结构的横向稳定性。

（2）对于连续钢箱梁桥，其横向倾覆稳定性与其是否位于平曲线上、梁端的支座间距、中墩是否单点支承、结构是否压重等因素有关。建议以后在设计此类型桥梁时应谨慎考虑以上因素。

[1]袁摄桢，戴公连，吴建武.单柱宽幅连续梁桥横向倾覆稳定性探讨 [J].中外建筑，2008，(7):154-157.

[2]梁峰.三跨独柱连续梁桥抗倾覆能力研究 [J].公路，2009，10(10):40-43.

[3]武宏晓.连续独柱墩桥梁抗倾覆安全评价及加固设计方案[J].

城市道桥与防洪，2010，(4):88-90.