基于抗扭失效的桥梁抗倾覆研究20130220-第6届中国公路科技创新高层论坛
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桥梁抗震的研究进展一、本文概述随着全球气候变化的加剧,地震等自然灾害频发,桥梁作为交通网络的重要组成部分,其抗震性能越来越受到人们的关注。
近年来,桥梁抗震研究取得了显著的进展,不仅提高了桥梁的抗震设计水平,也为保障交通畅通和人民生命财产安全提供了有力支持。
本文旨在综述桥梁抗震研究的最新进展,探讨当前研究热点和未来发展趋势,为桥梁抗震设计与实践提供参考。
本文将首先回顾桥梁抗震研究的历程,分析地震对桥梁结构的影响及破坏机理。
在此基础上,重点介绍近年来桥梁抗震设计理论、实验技术、数值模拟等方面的研究进展,包括抗震设计理念的更新、新型抗震材料的研发、智能抗震技术的应用等。
还将对桥梁抗震加固与修复技术、震后桥梁快速评估与恢复等方面进行讨论。
本文还将关注桥梁抗震研究的前沿动态,包括抗震设计规范的更新、新型抗震结构体系的探索、多学科交叉融合在桥梁抗震研究中的应用等。
通过对这些内容的梳理与分析,本文旨在为桥梁抗震研究与实践提供新的思路和方法,推动桥梁抗震技术的持续发展与进步。
二、桥梁抗震设计理论桥梁抗震设计理论是确保桥梁在地震中安全稳定运行的关键。
随着科技的不断进步和研究的深入,桥梁抗震设计理论也得到了显著的发展。
传统的抗震设计主要依赖于静态的力学分析和结构强度评估,但地震是一个高度动态的过程,因此,现代的抗震设计更加注重动态分析,包括时程分析、反应谱分析等方法,以更准确地模拟地震对桥梁的影响。
近年来,基于性能的抗震设计(Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE)成为研究的热点。
PBEE强调根据桥梁的特定性能目标来进行设计,而不仅仅是满足某种静态的强度要求。
这种设计方法允许设计师根据桥梁的重要性、使用功能、维护成本等因素,为其设定不同的性能水平,从而在地震中达到预期的抗震效果。
随着计算机科学和人工智能的发展,数值模拟和智能算法在桥梁抗震设计中的应用也越来越广泛。
桥梁抗震研究综述桥梁是连接城市和乡村的重要交通枢纽,承载着车辆和行人的重要交通工程。
地震是世界范围内常见的自然灾害,桥梁在地震中往往面临严重破坏甚至倒塌的风险。
对桥梁的抗震性能进行研究,提高桥梁在地震中的承载能力和安全性,对于保障交通安全和城乡联通具有极其重要的意义。
目前,关于桥梁抗震性能的研究已经取得了很多进展,本文将综述桥梁抗震研究的现状和发展趋势,以期为相关领域的研究人员提供参考和借鉴,推动桥梁抗震性能的提升。
一、桥梁抗震研究的现状1. 桥梁抗震设计规范目前,国内外都建立了一系列规范和标准,用于规范桥梁的抗震设计和施工。
中国国家标准《公路桥梁抗震设计规范》(GB 50441-2007)、美国国家标准《桥梁设计规范》(AASHTO LRFD Bridge Design Specifications),这些规范主要包括桥梁的抗震设计参数、地震作用下的受力分析、抗震构造形式等内容,为桥梁的抗震设计提供了基本依据。
2. 桥梁抗震性能研究方法在桥梁抗震性能研究中,主要采用了试验、数值模拟和理论分析等方法。
试验包括静力试验和动力试验,通过对不同类型桥梁的地震响应进行试验观测,获取有关结构在地震作用下的变形、位移和应力等数据。
数值模拟则是通过有限元分析等方法,对桥梁在地震作用下的响应进行模拟计算,得到结构的动力特性和抗震性能参数。
理论分析主要以结构动力学和地震工程理论为基础,通过推导和计算,研究桥梁在地震中的受力、变形和破坏机理。
3. 桥梁抗震性能评估与加固技术桥梁抗震性能评估是指对已有桥梁的抗震性能进行评估分析,确定结构的抗震能力及存在的安全隐患。
针对评估结果提出相应的加固措施,包括增加剪力墙、设置阻尼器、加固桥墩等技术手段,以提高桥梁的抗震性能和安全性。
1. 多学科交叉研究随着科学技术的不断进步,桥梁抗震研究已经逐渐向多学科交叉研究的方向发展。
除了结构工程领域的研究外,还需要借助地震工程、材料科学、机械工程等多个学科的知识,开展相关研究,从而全面提高桥梁在地震中的抗震性能。
桥梁博士抗倾覆计算说明及正确性验证一、概述桥博4计算抗倾覆计算分为两种算法,最不利反力法和最不利合计法。
其中,最不利反力法依据是《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)4.1.8条文说明,“汽车荷载效应(考虑冲击)按各失效支座对应的最不利布置形式取值”。
汽车荷载按每个失效支座的最小反力进行布置,荷载组合也按每个失效支座的最小反力进行组合,该算法是完全贴合规范的。
考虑到按各失效支座取最小反力进行布置,有时并不能覆盖使总体失稳效应最不利的情况,桥博4另外提供了一种算法,最不利合计法。
最不利合计法的计算目标是使全部支座的失稳效应和达到最不利值。
该算法对于桥梁整体的抗倾覆计算更为精确且安全可靠,用户可根据自己需要选择抗倾覆计算方法。
二、输入界面➢在总体信息中勾选“计算倾覆”。
图2.1 总体信息➢在施工分析或运营分析中“抗倾覆”标签下填写抗倾覆信息。
图2.2 抗倾覆信息➢最不利失稳效应算法选择抗倾覆计算方法(最不利反力或最不利合计)。
➢桥梁纵轴参考线程序根据支座到桥梁纵轴参考线的距离矢量判断各桥墩的最左侧支座和最右侧支座,左倾时最左侧支座为该桥墩的有效支座,右倾时最右侧支座为有效支座。
一个桥墩只有一个有效支座。
斜交时,力臂li取支座间距在桥梁纵轴参考线垂线上的投影。
桥梁纵轴参考线也可以不填,此时程序求出各桥墩支座的重心,连接这些重心点得到一条折线,作为桥梁纵轴参考线。
对于弯桥,此时力臂li可能会误差较大。
图2.3 桥梁纵轴参考线及力臂示意图➢倾覆验算体名称用于判断哪些墩号(支座组)属于同一倾覆体,一般来说一联上部结构采用一个名称,不填表示与上一行相同。
程序支持计算多个倾覆体,多联的匝道桥可以建在同一个模型中。
➢墩号用于确定哪些支座属于同一个桥墩,同一倾覆体各行的墩号应各不相同。
➢支座或弹性链接选择同一个桥墩处的支座或弹性连接名称。
三、最不利反力法如上所述,最不利反力法是依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)第4.1.8条的条文说明总结而得,其中有几个问题在条文说明中可能不完全明确,程序处理方式如下。
中小跨径连续梁桥箱梁抗倾覆计算研究 姚玉强 张磊 张杨 (四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 成都市 610041) 【摘要】 本文介绍了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范》 (JTG D62-2012 征求意见稿)中对于采用整体式断面的中 小跨径梁桥箱梁抗倾覆验算的规定, 并对该规定所采用的公式做了初 步分析研究,提出了新的抗倾覆稳定系数计算公式;运用结构分析软 件 Midas Civil 对某预应力砼现浇连续弯桥进行分析计算,进一步 验证了新公式的合理性。
【关键词】 连续梁;抗倾覆稳定系数;抗倾覆计算 【文献标识码】A【中图分类号】 U442 近年来,国内已发生多起箱梁桥整体倾覆事件。
2012 年 8 月 24 日清晨, 哈尔滨三环路群力高架桥跨洪湖路上行分离式匝道一联桥发 生上部结构整体倾覆,途经该路段的 4 辆大型货车侧翻落地,致使 3 人死亡、5 人受伤。
随后哈尔滨市政府通报“8·24”塌桥事故的调 查结果,认定此事故是由于车辆严重超载而导致的匝道倾覆,车辆翻 落地面,造成人员伤亡的特大道路交通事故。
事故直接原因为车辆严 重超载,间接原因为交警未发现事故车辆经过其管辖路段,路政巡查 工作出现疏漏、处罚后没按规定采取卸载措施。
该事件造成强烈的社 会不良影响及公众不满情绪。
箱梁桥的抗倾覆稳定性已引起有关交通 部门的高度重视。
2012 年 10 月,我省交通运输厅下达了《关于开展 公路独柱式桥墩桥梁设计复核验算工作的通知》 〔川交函[2012]830 1 / 11 号〕文件,要求对全省公路独柱式桥墩桥梁设计进行复核验算工作, 重点对桥梁结构抗倾覆性进行验算。
本文以此为背景展开相关工作。
2020年度进展29:桥梁撞击引⾔在桥梁发展史上,先进技术和理论的出现会推动桥梁⼯程的发展,⽽在桥梁毁坏事件中能积极探究致灾机理、寻求解决办法,则对桥梁相关技术改进、“桥梁⼈”的成长也有着巨⼤的正⾯意义。
“桥梁撞击”不仅与桥梁抗风、抗震⼀样是国内外既有和在建桥梁长期⾯临的问题,也是近些年逐渐兴旺的⼀个具有交叉性、综合性、实⽤性的学科⽅向。
对桥梁撞击和防控问题的研究符合国家发展需求,也是国内外学者近年来的关注热点。
2011年作者曾听过⼀场《地震本不该是灾害》的主题报告,也⼀直在思考“桥梁撞击本不该是事故”:⼀⽅⾯将桥梁抗震相关理念(如基于性能的设计)在桥梁撞击及防护领域进⼀步推⼴和完善,是作者所倡导的;另⼀⽅⾯“桥梁撞击不再是事故”,可理解为解决桥梁撞击问题的⼀个最终⽬标。
但这个⽬标显然需要桥梁撞击领域同仁⼀块去给出答案,作者也期望能在这⽅⾯出⼀份绵薄之⼒,于是欣然提笔,开始了本期内容的撰写⼯作。
全球学者对桥梁撞击的研究从未停歇,掌握桥梁撞击发⽣机理和影响规律,具备桥梁防撞的理念、知识和⽅法,遇到该类问题能够从容应对是达到“桥撞不再是事故”的前提。
2020年国内外学者对桥梁撞击及防护问题的研究取得了长⾜的进步。
继“桥梁撞击问题2019年研究进展”之后,作者尝试对近⼀年桥梁船撞、落⽯冲击和车撞桥梁等⽅⾯的新进展进⾏归纳总结,并展望撞击灾变和防控的研究趋势。
期待借此抛砖引⽟,为该⽅向的同仁提供些许信息,共同致⼒于桥梁防撞理论的研究与实践。
⽂献来源:通过Web of Science、Elsevier ScienceDirect、CNKI和万⽅中国学术期刊数据库等进⾏检索,主要来⾃《Engineering Structures》、《Journal of Constructional Steel Research》、《Engineering Failure Analysis》、《Journal of Bridge Engineering》、《Journal of Structural Engineering》、《Thin-Walled Structures》、《Ocean Engineering》、《Structural and Multidisciplinary Optimization》、《Structure and Infrastructure Engineering》、《Archives of Computational Methods in Engineering》、《中国公路学报》、《防灾减灾⼯程学报》、《岩⽯⼒学与⼯程学报》、《铁道标准设计》、《铁道科学与⼯程学报》、《湖南⼤学学报(⾃然科学版)》、《桥梁建设》等中外学术期刊。
偏载作用下箱梁桥抗倾覆稳定问题的探讨_庄冬利桥梁建设2总第2014年第44卷第2期(25期),V)BrideConstructionol.44,No.2,2014(TotallNo.225gy27()文章编号:1003-4722201402-0027-05偏载作用下箱梁桥抗倾覆稳定问题的探讨庄冬利()同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092摘要:近年发生数起箱梁桥在重载车偏载作用下倾覆倒塌的事故,引起了人们广泛的关注。
通过对比国内外桥梁设计规范,并对某桥案例进行了分析,提出箱梁桥抗倾覆稳定设计的建议和值得研究的问题:偏载作用下的多跨连续梁桥将产生梁体扭转变形,在确定抗倾覆稳定系数时,将弹性体问题采用刚体的计算方法是不正确的;桥梁设计中应综合考虑桥梁竖向强度的可靠指标,确定合理的横向整体倾覆稳定系数,避免横向整体倾覆失稳先于竖向强度破坏;桥梁橡胶支座的橡胶为超弹性体材料,应对箱梁桥倾覆过程中支座的受力性能和支座与箱梁间的相互作用进行深入研究。
关键词:箱梁桥;重载车;偏载;倾覆;稳定系数;可靠指标;橡胶支座中图分类号:U448.213;U441.4文献标志码:AStudofOverturninStabilitIssuesofBoxGirderygyBridesUnderActionofEccentricLoadgZHUANGDonlig-(),,)ArchitecturalDesin&ResearchInstitute(GrouCo.Ltd.ofToniUniversitShanhai200092,Chinagpgjyg:AAbstractnumberoftheaccidentsofoverturnincollaseofboxbridesundertheirdergpggofheavdutvehicleeccentricloadhaeninintherecenthavearousedextensiveactionears-yyppgyconcernamonenineerincircle.ThrouhcomarisonofthebridedesincodesofChinaandggggpgg,othercountiesandanalsisoftheaccidentcaseofabridetheroosalsandtherelatedissuesygppstudfortheoverturninstabilitdesinofthebridesareutforward.Undertheacdeservin-gygyggp,irderstionoftheeccentricloadthetorsionaldeformationwilloccurintheofthemultisan-gp,continuousbridesandwhentheoverturninstabilitcoefficientsaretobedeterminedirderggygthecalculatinoftheelastomerbthemethodoftheriidbodisincorrect.Inthedesinofthegygyg,bridesthereliabilitindicesoftheverticalstrenthofthebridesshouldbecomrehensivelgyggpyconsidered,therationallaterallobaloverturninstabilitcoefficientsshouldbedeterminedsoasggytoavoidthatthelateraloverturnininstabilitshouldtakebeforethefailureoftheloballacegygpverticalstrenth.Thematerialforthebriderubberbearinsshouldbetheherelasticmaterial.gggypThemechanicalbehaviorofthebearinsandtheinteractionbetweenthebearinsandtheboxggintheofoverturninshouldbestudiedintensivel.rocessirderspgyg:;;;;Kewordsboxbrideheavdutvehicleeccentricloadoverturninstabilitcoirder--gyygygy;;efficientreliabilitindexrubberbearinyg1引言自2007年10月23日内蒙古自治区包头市民族东路高架桥桥面发生倾斜倒塌后,国内又发生了数起箱梁桥在多辆重载车偏载作用下倒塌的事故(),图1造成了重大的人员伤亡和经济损失并引发了极其恶劣的社会影响。
例析曲线梁桥抗倾覆问题1 引言曲线梁桥能很好地克服地形、地物的限制,可以让设计者较自由地发挥自己的想象,通过平顺、流畅的线条给人以美的享受。
但是曲线梁桥的受力比较复杂。
在曲梁中,由于存在较大的扭矩,通常会出现“外梁超载,内梁卸载”的现象,这种现象在小半径的宽桥中特别明显。
另外,由于曲梁内外侧支座反力有时相差很大,当活载偏置时,内侧支座甚至会出现负反力,如果支座不能承受拉力,就会出现梁体与支座发生脱离的现象,通常称为“支座脱空”。
近年来,发生过多起桥梁整体倒塌事故,如2007年10月23日,三辆拉运钢板的奔驰半挂牵引重型货车和一辆轿车由南向北行驶至包头市民族东路高架桥上时,桥面突然发生倾斜,导致两辆载重汽车和一辆轿车随路面倾斜滑到桥底(如图1)。
2009年7月15日津晋高速港塘互通立交匝道桥倒塌事故(如上图2)。
其直接原因是:在单车道的A匝道桥上,为避让前方逆行车辆,3辆严重超载车辆密集停置并偏离行车道,车辆外轮距离右侧护栏内缘小于1米,从而形成巨大偏载,导致桥梁梁体向右侧倾斜而引起桥梁倒塌。
发生此类事故的桥梁大多有以下共同点:(1)整体式箱形梁桥;(2)直线桥或平曲线半径较大;(3)重载车靠行进方向右侧边缘行驶或停留;(4)倒塌桥梁大多是长桥,采用了独柱墩单支点设计,端横梁处双支座间距较小;(5)破坏形式表现为整体倾斜倒塌。
此类事故的接连发生也引起桥梁专业人士对曲线梁桥抗倾覆问题的讨论和深思。
2 曲线梁桥理论分析方法在进行曲线梁桥的空间分析时,将其分解为横桥向和纵桥向两个方向来进行处理,这样可以简化工作量。
横桥向的求解主要是采用横向分布方法求出横向分布系数,主要采用以下三种方法:(1)梁格理论梁格理论假定曲线梁桥结构中的主梁与横隔梁是处于弹性支撑关系的格构上,利用结点的挠度和扭角关系找出结力点,然后求出横向分布系数[4]。
(2)梁系理论将曲线梁桥沿纵向划分成各个主梁单元,横隔梁的刚度均匀的分布在桥面板上,主梁之间的连接用赘余力表示,然后用力法求解。
基于抗扭失效的桥梁抗倾覆研究阴存欣 秦大航 包琦玮(北京市市政工程设计研究总院 北京 100082)摘要:本文根据作者从事的桥梁抗倾覆调查及研究的经验为基础,系统详细地阐述了桥梁抗倾覆分析的方法,并通过直桥和弯桥从未脱空到脱空,从脱空到倾覆的全过程分析,得出了基于抗扭失效的桥梁抗倾覆规律,即桥梁倾覆为约束体系不断变化条件下桥梁体系抗扭刚度不断降低的非线性发展过程,同时提出了提高桥梁抗倾覆性能的各种措施。
关键词:桥梁,独柱支承,扭转,抗倾覆Study on Bridge s’Resisting Capsizing on the Base of Invalidity of Torsion StiffnessYin cunxin,Qin dahang,Bao qiwei(Beijing General Municipal Engineering Design & ResearchInstitute,Beijing 100082)ABSTRACT: Based on the experience of research and study on stability of bridges’resisting capsizing, methods of research and analysis of bridges ’ capability of stability on resisting capsizing have been described. According to the calculation and analysis result of the total procedure from initial status to the stage of bearing’s separation from restriction, and to the capsizing status, the laws of the loss stability in torsion performance of bridge has been drawn that it’s really a nonlinear procedure which shows a decrease of torsion stiffness with different supporting systems in different stages. The countering methods of upgrading the torsion resisting performance of bridges are also propounded.KEYWORDS: bridge, supporting systems with single pole, torsion, resisting capsizing.一、引言独柱桥梁具有轻巧纤细美观的建筑效果,近年来大量市政和公路桥梁都采用了独柱桥梁的结构体系,如图1~2,但是由于严重超载和规范的空白以及前期设计认识上的可能不足等多方面的原因,全国各地已经多次发生桥梁侧倾、侧滑、倾覆事故。
2009年7月15日凌晨,津晋高速公路天津塘沽收费站东侧800米处一匝道桥坍塌造成重大交通安全事故,如图3,当时货车在匝道一侧排队避让逆行的倒退车辆。
2010年9月28日中午11点,秦皇岛东港路南山立交高架桥3B#~7B#发生侧倾,如图4,从现场上可见破坏的抗震设施的钢材碎片。
2012年8月24日凌晨哈尔滨阳明滩桥引桥倾覆。
2009年津晋高速事故发生后,北京市交通委和路政局高度重视,立即要求相关部门针对津晋高速桥梁坍塌事故,开展我市已建城市桥梁安全检查工作。
我院对本单位承担设计的五环以内400多座桥梁进行了调查统计,并进行了研究分析,对桥梁抗倾覆规律有了较为充分认识,为管理部门提供了合理化建议,得出了一些有意义的结论,为后续的科研课题奠定了基础。
2012年哈尔滨事故发生后,国务院下文给全国都下达了排查令,要求对已建和新建工程进行抗倾覆安全性的排查,我院对北京五环以外的独柱桥梁和环路之间的放射联络线以及外地的项目也进行了排查。
图1 独柱支承的弯桥图2 独柱支承的直桥图3 津晋高速桥梁坍塌事故图4 秦皇岛东港路侧倾桥梁二、桥梁抗倾覆安全性评价研究方法(一)桥梁抗倾覆排查方法由于独柱桥梁在桥梁数量上占了相当大的比例,要得出一个普遍而又符合科学性的结论,首先需要找到一个排查的方法。
我们首先设计了一个桥梁要素提取表,把桥梁结构的主要参数,尤其是和抗倾覆性能密切相关的参数一一列表统计。
这些参数主要包括:桥梁结构形式、跨径组合、设计年代、设计荷载标准、平曲线半径、边墩类型、边墩支座类型及支座间距、中墩类型、中墩支座类型、中墩预设偏心值、防落梁等抗震措施、中墩基础.、桥面宽与边支座间距比、车行道宽、箱室底宽等。
这样就可以对所有桥梁的信息有一个较为全面的了解,并且可以根据各种要素对信息库进行排序。
根据分析经验,中墩采用墩梁固结的桥梁抗倾覆安全性较高,其倾覆安全性能由墩柱的承载能力决定,而桥面宽与边支座间距比却是一个对桥梁抗倾覆安全性起着重要决定作用的因素,其数值越大,抗抗倾覆安全性能越低,尤其是设计的桥面宽与边边支座间距比大于2.5的桥梁,应该引起高度重视,在排查时应该挑出该值较大的桥梁进行重点分析。
(二)倾覆临界状态及抗倾覆安全系数的定义确定抗倾覆分析的对象后,需要采取合适的力学方法及对抗倾覆分析的科学评价方法。
抗倾覆安全性在既有规范上是空白,根据我院09年工作成果定义2种临界倾覆状态:中墩铰接独柱支承梁式桥的倾覆破坏均首先表现为边墩支座脱空,然后出现中墩支座转角超限,最终发生结构整体倾覆。
边墩支座出现脱空和中墩支座转角达到0.03rad 作为中墩铰接独柱支承梁式桥的倾覆临界状态。
中墩全部采用支座的独柱支承梁式桥,中墩铰接独柱支承梁式桥的倾覆破坏均首先表现为边墩支座脱空,然后出现中墩支座转角超限,最终发生结构整体倾覆。
其中边墩支座出现脱空为第一倾覆临界状态,中墩支座转角达到0.03rad 为第二倾覆临界状态。
通常直桥由第一状态控制,弯桥由第二状态控制 ,在之后的抗倾覆过程分析中将给出说明。
对于采用中墩固结的独柱支承的梁式桥,在偏心荷载作用下,往往承载能力状态先于倾覆状态,建议不列入抗倾覆研究范畴。
对于抗倾覆安全系数k 可定义为式1的形式,其中,各参数意义如下:qc cd M M k = qc c d M M M ∑∑−= (式1)k 为汽车荷载作用下结构的倾覆稳定安全系数;M cd 为考虑结构初始倾覆效应后,中墩支座转角达到临界倾覆状态结构的抗倾覆效应;M qc 为按最不利布载原则,规范汽车荷载作用下结构的最不利倾覆效应。
∑M d为倾覆临界状态结构抗倾覆效应;∑M c为初始状态结构倾覆效应。
对于结构本身的效应需要考虑自重、二期恒载、混凝土收缩、徐变、预应力荷载及温度效应等影响。
对于安全系数的大小多少合适,在制定规范时需要有一个安全性和经济性的综合考虑。
由于结构出现倾覆临界状态需要一个过程,安全系数k只能通过对每个结构都进行全过程分析才能得到,无法通过简单取矩的方式得出。
三、桥梁抗倾覆安全性能分析从平衡到脱空到倾覆的过程,其结构支承体系是变化的,即使在弹性状态,其体系的位移和力的关系也是呈现非线性发展的,在进行活载布载时要充分考虑这一点,由于支座脱空后结构体系发生了变化,而影响线是在一定结构体系条件下解出的,在边界体系发生变化的情况下往往不能实现用影响线或者影响面加载方式进行总活载效应的计算,可以采用手动布载最大满足该布载条件,按单向受压支承条件进行多阶段的非线性计算。
即使软件能按照影响线布载,其效果也应该按照最不利扭转角影响线或影响面布载布出的而不是反力影响线或影响面布出的才是最不利的。
在实际抗倾覆分析中,采用实际发生的特殊车辆荷载会更符合实际,本文案例在不影响倾覆规律分析条件下,采用的加载模式为车道荷载按偏载方式加载的方式。
图5,图6示意了了直桥和弯桥在倾覆临界状态的支撑面,但是不能按照刚体平衡的理论力学方法来理解桥梁倾覆时的位移和受力规律,如果按未脱空一侧支座连线为转轴用力矩平衡的方式求解倾覆安全系数,算出的安全系数会远远偏大。
图5 直桥偏载作用下结构支撑面图6 弯桥偏载作用下结构支撑面(一)直桥倾覆全过程分析1. 直桥倾覆过程的转角-荷载关系下面以某一直桥案例的分析来说明直桥基于抗扭失效的倾覆发展过程。
某已建桥梁工程2#-6#墩之间为4跨预应力混凝土连续梁桥,跨径26.6+3x30m,主梁混凝土标号C45,桥面宽0.48m栏杆+7.25m车行道+0.48m栏杆共8.21m,主梁高140cm,底板宽345cm,悬臂238cm。
2#,6#墩处设隐盖梁,3#,4#,5#为独柱中墩。
边敦各设2个GJZF4 30x65x5cm滑板支座,支座横向间距2.3m,桥宽边支座间距比为3.15。
中墩采用C35混凝土,采用外径95cm 内径24cm厚度11.5cm的板式环形橡胶支座。
桥面铺装为8cm沥青混凝土+7cm抗折混凝土,PL2装配式防撞栏杆。
抗震设施情况为隐盖梁与端横梁采用直径7cm锚栓,中墩采用直径16cm抗震锚栓。
断面形状如图7所示,支承方式布置如图8所示。
活载布置方式:按偏离桥梁中心线2.225m布置最外一条行车路线。
所有荷载按阶段荷载考虑,滑板支座按单向受压桁架元考虑,中墩的支座按单向受压单元以及有剪切刚度的弹性支承考虑。
用MIDAS 进行空间分析,计算时考虑冲击系数,由于单向受压脱空过程是非线性计算,用影响线加载方式难于实现,将汽车活载转化为静力工况分阶段计算。
图7 跨中断面图图8 支承布置平面图表1 各种工况下的计算反力位移汇总表 组合的汽车荷载加载系数 0.0 1.0 1.2 1.3 1.5 2.0 最大扭转角(弧度) 0.000 0.0030.004 0.05 0.16 0.44位移 边支座竖向位移(cm) -0.1 0.0 0.17 11.5 36.7 99.8 2#外 927 95 0 0 0 02#内 927 1891 2014 2198 2599 36033# 4545 4934 5007 4664 3901 19894# 4577 5332 5486 5963 6999 95935# 4795 5210 5293 5017 4400 28556#内 1057 2019 2282 2440 2751 3522反力 6#外 1057 247 15 0 0 0图9 直桥转角—荷载关系图从表1可以看出,恒载+1.0倍的汽车设计荷载组合时主梁中墩最大扭转角0.003弧度,边敦最小反力95KN ,超载20%时,边支座一个脱空,一个临近脱空,反力15KN ,最大竖向位移1.7mm ,根据表中恒载组合下的反力及恒载+1.0设计荷载下的反力,可以推算出第一次出现边支座脱空的加载系数为1.114。