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橋梁抗傾覆再考慮

  

本文選取一座擬定直線及曲線橋進行分析,對抗傾覆計算進行探討。

 

橋梁倒塌原因很多:

 

1)外部作用過大

 

1-1)構件強度失效,例如地震下橋墩破壞導致橋梁倒塌、施工期間桿件強度、穩定不夠倒塌,運營多年后養護不及時桿件疲勞失效造成倒塌;

 

1-2)位移過大,地震、船撞下掉梁,因此規范規定簡支梁最小值a,同時設置措施防止縱橫向落梁;

 

1-3)橫向支座間距過小,車輛偏載同時超載過多作用橫向傾覆倒塌。

 

2)懸臂施工,穩定力矩不夠,施工期間縱向抗傾覆倒塌等;

 

總結:橋梁倒塌有施工、材料等造成的強度、穩定、疲勞不夠而倒塌;也可能地震、撞橋、超載、爆炸等外部原因造成的坍塌;傾覆只是橋梁倒塌中的一種形式;

范例-曲線半徑100m

 

選取一座鋼箱梁為例說明橫向傾覆問題,9m橋寬鋼箱梁;

 

1)孔跨設置:2x30,不設置壓重;

2)曲線半徑100m;

3)邊支座中心距6m;

 

4)中支座中心距4m

18規范按照兩個極限狀態控制設計:

1)特征狀態1:在1.4倍活載下不脫空;

2)特征狀態2:穩定效應總和大于失穩效應總和的2.5倍。

 

特征狀態1,對于曲線橋梁溫度作用下整體溫度與非線性溫度均有支座負反力現象存在;

 

特征狀態1只保證恒載+1.4倍設計活載下支座反力無脫空,保證成橋狀態與計算狀態邊界一致,活載安全系數為1.4倍;

 

結構安全系數:承載能力極限狀態結構抗力大于(1.2x恒載+1.4x活載)x1.1倍重要性系數,跨度越大活載占值越小

 

特征狀態2,1#橋墩在1-1內側支座活載負反力最不利時,1-1支座1.4倍活載不脫空下,1-1支座傾覆安全系數3.34,2-1、3-1內側支座傾覆力矩較小,穩定效應總和/傾覆力矩總和拉大到11。

 

按照規范目前采用11的安全系數,對于1-1單個支座在活載增大到一定倍數后已經脫空結構邊界已經與設計邊界不一致,結構已經進入非線性范疇

 

范例-直線

 

9m橋寬鋼箱梁

1)孔跨設置:2x30;

2)直線;

3)邊支座中心距6m;

 

4)中支座中心距4m。

18規范按照兩個極限狀態控制設計

1)特征狀態1:在1.4倍活載下不脫空;

2)特征狀態2:穩定效應總和大于失穩效應總和的2.5倍。

 

特征狀態1,特征狀態1只保證恒載+1.4倍設計活載下支座反力無脫空,保證成橋狀態與計算狀態邊界一致,活載安全系數為1.4倍;

 

結構安全系數:承載能力極限狀態結構抗力大于(1.2x恒載+1.4x活載)x1.1倍重要性系數,跨度越大活載比值越小

 

特征狀態2,1#橋墩在1-1內側支座活載負反力最不利時,1-1支座1.4倍活載不脫空下,1-1支座安全系數7.27,2-1、3-1內側支座傾覆力矩較小,穩定效應總和/傾覆力矩總和拉大到18.67。

 

按照規范目前采用18.67的安全系數,對于1-1單個支座在活載增大到一定倍數后,已經脫空,結構邊界已經與設計邊界不一致,結構已經進入非線性范疇。

 

范例-曲線半徑100m-調整支座間距

 

調整曲線鋼箱梁支座布置,9m橋寬鋼箱梁

 

1)孔跨設置:2x30,不設置壓重;

2)曲線半徑100m;

3)左側邊支座中心距4.5m,右側邊支座6m;

4)中支座中心距4m。

18規范按照兩個極限狀態控制設計

1)特征狀態1:在1.4倍活載下不脫空;

2)特征狀態2:穩定效應總和大于失穩效應總和的2.5倍。

 

特征狀態1,調整左側邊支座支座間距,支座間距從6m減小到4.5m,恒載+1.4倍活載下只有8kN壓力;

 

 

特征狀態2,1#橋墩在1-1內側支座活載負反力最不利時,1-1支座1.4倍活載不脫空下,1-1支座安全系數1.44,2-1、3-1內側支座傾覆力矩較小,穩定效應總和/傾覆力矩總和拉大到7.25,按照規范目前采用7.25的安全系數仍然滿足傾覆要求;

幾個問題的探討:

 

1)對于1-1失效支座,失效系數超過1.44后脫空,實際邊界與計算假定不一致脫空后1-1支座反力轉移到1-2支座反力,1#蓋梁或者橋墩及基礎橫向彎矩增加(恒載力矩增大較多)到一定程度可能引橋強度破壞實際設計不考慮單側支座失效的上下構、支座結構設計;

 

2)主梁具備一定的抗扭剛度常規軟件不能考慮上部結構脫空后轉角引起的內力及反力變化;

 

3)1-1支座脫空后結構是否按照3-1、2-1支座持續失效最終傾覆;

 

4)對于曲線橋梁,穩定力矩之和大于傾覆力矩之和2.5倍,前提宜保證一定安全系數下不脫空,實際邊界與計算一致,穩定力矩累加效應在沒有脫空下成橋狀態的一個具體數值,傾覆力矩累加效應對應沒有脫空下最不利活載布置下的對應的傾覆力矩數值,兩者之比是個傾覆安全系數概念。

 

 

一旦脫空后,彎、扭、下部結構自身強度、相對位移會造成分析不確定性,建議單個支座的傾覆系數也考慮;

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