桥梁墩梁独柱式抗倾覆探讨

蒙启升 何征

摘要：随着国民经济的不断增强，我国的基础设施也在日益完善，城市间的道路桥梁在迅速的更新建设，特别是为了提高城市土地利用率，城市立交桥和高架桥便应运而生，而且被广泛的使用。独柱式桥墩连续梁桥由于具有结构轻巧，桥下空间较大，视野相对比较开阔，适应地形的能力比较强，特别是由于下部施工量较小，而且易于施工。与其它类型的桥墩相比较，独柱式桥墩有非常明显的优势，因此独柱式墩梁在桥梁工程中被广泛的应用。影响独柱墩式梁桥抗倾覆能力的因素有多种，随着道路桥梁行业的不断发展，国内外学者对独柱墩式桥梁的理论研究也将日益完善。

关键词：墩桥；受力

随着国民经济的不断增强，我国的基础设施也在日益完善，城市间的道路桥梁在迅速的更新建设，特别是为了提高城市土地利用率，城市立交桥和高架桥便应运而生，而且被广泛的使用。独柱式桥墩连续梁桥由于具有结构轻巧，桥下空间较大，视野相对比较开阔，适应地形的能力比较强，特别是由于下部施工量较小，而且易于施工。与其它类型的桥墩相比较，独柱式桥墩有非常明显的优势，如在跨河桥梁采用独柱式桥墩可以有效的减小阻水面积，不仅对河流的排水、泄洪能力有显著的提高，而且由于水的阻力减小，可以提高桥梁的稳定性；而对于城市内立交桥，采用独柱式墩梁可以减少占用道路的面积，且桥梁底下视野开阔，可以确保行车安全。因此独柱式墩梁在桥梁工程中被广泛的应用。

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、 抗弯剛度

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、独柱墩桥梁抗倾覆受力分析

1、在正常情况下，桥梁路面的通行车辆行驶所产生的荷载基本在设计所承受的承载力范围之内，这种情况下由于桥墩种支座的受力情况均匀，从结构力学角度上分析量化，其桥墩支座反力均为正值，此时桥梁的稳定性良好。但是如果车辆超载超过150%的时候，根据相关研究发现，桥墩支座，尤其是两端支座的支座反力就会呈现负值，在这种情况下桥梁结构稳定性降低，如果荷载进一步增大时，就会使得桥梁的稳定性降低，引起结构构件出现倾覆性破坏。

2、独柱墩直线梁桥和曲率半径较大的独柱墩弯梁桥容易发生支座脱空现象甚至结构倾覆事故。因此，设计者在设计此类桥梁时应多加注意曲率半径对结构抗倾覆稳定性的影响。

3、如果说直线连续梁的受力因素影响比较简单的话，那么对于曲线桥梁来说，其抗倾覆制约因素就显得比较复杂，特别是独柱墩的跨度设置就要考虑曲线的圆心角。合理的跨度可以有效的提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力，而且对于提高桥墩支座的支座反力，改变支座的偏力距非常的有利。

四、提高独柱墩式桥梁抗倾覆能力

独柱墩式梁桥由于自身的许多优点使得其在过去几十年的路桥建设中得到了广泛的应用，但是近年来由于多起倾覆故事的发生，使得有人怀疑独柱墩梁桥存在严重的结构缺陷。但是事实上，导致这些事故的原因，是相关的工程技术人员在理念上的缺失所引起的。下面就提高独柱墩式梁桥抗倾覆能力提几点建议：

1、 从近年来发生的倾覆事故来看，曲线梁桥在发生倾覆事故的时候主要是由于支座脱空引起的，因此鉴于这种情况，在设计时要尽可能的将柱墩设计成花瓶墩墩柱，而且顶部的支座采用双支撑方式。

2、 对于曲线梁桥，如果在中间需要高置独柱墩且顶部采用单支座支撑时，就必须对支座的偏心距加以验算，设置合理的偏心距对不仅能够改变桥梁的结构受力形式，而且还能有效的提高桥梁的抗倾覆能力。

3、对于独柱墩梁桥的设计来讲，在桥台处和联间连接墩处一般采用双支座抗扭支承，对于这种双支座的支座间距取值，应做详细研究并试算，在支座边缘与梁底边缘留有充分间距的前提下，一般来讲把双支座的支座间距取得愈大，愈可以减小支座出现负反力的几率、降低支座脱空的可能性，对桥梁上部结构的抗倾覆稳定性提高愈有利。但是，双支座的支座间距取值过大会对下部桥墩的受力产生不利影响，应引起注意。

4、支座脱空对结构内力的影响比较大。支座脱空以后，主梁各跨段之间的力矩就会发生变化，而对于外部荷载的承受，其它支座所承受的支座反力就会重新分布，由于受到脱空支座的影响，就会导致其它支座的支座反力过大，加速了支座的破坏力度。因此一旦发现有支座脱空时必须立刻进行有效的处理，避免对其它支座造成危害。

随着道路桥梁行业的不断发展，国内外学者对独柱墩式桥梁的理论研究也将日益完善。在中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2012）中，对整体断面小跨梁的上部结构抗倾覆验算作出清楚的规定，这将为许多工程技术人员在今后设计独柱墩式梁桥时提供了明确的指引，也为桥梁事业发展起到了积极推动的作用。

参考文献：

[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]陈枝洪，吴桂胜，孙向东.独柱墩连续箱梁结构受力特征[J].公路交通科技，2006，23（6）

[3]郑国华.支座预偏心对曲线梁桥结构受力性能影响的研究[J].工程与建设，2012，26（6）

[4]霍志芳.独柱支承曲线连续梁桥预偏心距设计[J].公路，2007（7）.

[5]徐文平，钟金周.某独柱支承连续曲梁桥侧向滑移事故处理[J].公路交通科技，2005，22（3）.