独柱墩曲线桥梁抗倾覆稳定性分析

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1、独柱墩曲线桥梁抗倾覆稳定性分析第1章绪论1.1研究背景随着我国交通事业的发展和城市交通量的日益增加。为了方便车辆和行人通行，一些适应道路线形变化的曲线桥梁越来越多的被设计和建造。曲线桥梁[1]最大的优点是能够很好地适应周围地形的限制，并且本身曲线结构的线条平顺、流畅，能够给人们带来美的感受。城市化进程的快速进行使得曲线桥梁被越来越多的建造，尤其在高速公路和城市公路的互通式立交桥设计时，曲线桥梁更是得到了广泛的应用。曲线桥梁作为实现交通汇流和分流的一种重要结构，已经成为现代城市交通工程中一种重要桥

2、型。独柱墩曲线桥梁作为曲线桥梁中的一种重要桥型，通常被建造在高速公路或城市互通式立交桥交叉口的匝道位置，由于桥下空间较小并且桥梁宽度较窄，因此设计者通常将这些匝道桥设计成独柱墩支撑形式。这种独柱墩曲线桥梁由于占地面积小、并且能够很方便的将各个方向的交通联结起来，因此被广泛建造。在城市化建设中，作为连接立交桥的独柱墩匝道桥，由于能够很好的避开桥址周围大量的市政设施及公用设施，因而近年来被大量修建。独柱墩匝道桥梁为了减少桥下占地面积，使桥形看起来更加美观，桥梁下部结构往往选择在桥台处设置抗扭双支座，

3、而在跨中处采用独柱墩的支撑方式。桥梁设计者在设计时通常将重点放在桥梁的纵向受力性能分析上，而忽视了桥梁横向抗倾覆稳定性分析，并且由于曲线桥梁弯扭耦合现象的存在，会使得桥台的内外侧支座的支座反力分布不均匀，在车辆偏载作用下易引发桥台内侧支座脱空的现象。尤其独柱墩桥梁本身自重较小，中墩采用独柱墩支撑形式，因此其抗倾覆能力较差，容易发生桥梁倾覆事故。独柱墩桥梁的抗倾覆稳定性研究工作一直没有被重视，直到近年来国内发生了多起独柱墩桥梁倾覆事故，人们才意识到关于桥梁抗倾覆稳定性研究工作的重要性。......

4、..1.2国内外关于桥梁抗倾覆稳定性的研究现状桥梁失稳倾覆事故的发生使得桥梁抗倾覆稳定性的研究工作越来越被人们所重视。国内外关于桥梁抗倾覆稳定性的研究主要在理论方法，相关实验方法和有限元法这三个方面。国外方面数学家欧拉早在1744年就提出了压杆稳定理论公式，在他出版的变分法专著中得到了细长压杆失稳后弹性曲线的精确描述和压曲载荷的计算公式。基尔霍夫在1859年提出了大变形计算方法。1885年彭加瑞通过推导和计算明确了稳定分支点的概念。1910年铁木辛哥导出了均匀受压两端铰支圆弧拱的屈曲临界荷载公式

5、[2]。Lavelle.F.H,Boick.J.S[3]早在1965年就提出了应用梁格法来分析曲线梁桥，最初梁格法是用来对工字型曲线梁在竖向荷载作用下进行受力分析的，后来逐渐应用于各种桥型和结构的受力分析中。梁格法的原理是用一个等效梁格来模拟桥梁上部结构，将桥梁上部结构中一段区域内的所有扭转刚度和弯曲刚度都集中在与这段结构所对应的等效梁格内，梁格法适用于对曲线梁桥进行受力分析。国内方面李国豪[4]在书中对桥梁结构稳定理论作了详细的介绍。他将桥墩结构模拟成一个截面面积不变的压杆结构，从而得到了中心

6、受压杆件的弹性和弹塑性稳定原理。该原理是用压杆来模拟桥墩，当压杆所受压力小于临界力时，压杆没有弯曲，当压杆所受压力达到临界力时，压杆开始失稳，此时的失稳状态称为第一类失稳，此时的压力称为屈曲力，该计算方法使桥墩的稳定性分析有了理论基础。高伟[5]等人分析了在偏载作用下，橡胶支座上的简支梁横向倾覆稳定性。并讨论了支座变形对简支梁稳定性的影响规律，总结出了梁体横向稳定性的计算方法。该方法主要考虑了橡胶支座变形的影响，使得梁体的稳定性分析更接近真实情况。.........第2章独柱墩桥梁抗倾覆稳定性分

7、析2.1国内规范对于桥梁抗倾覆稳定性的规定过去关于直线和曲线桥梁的抗倾覆稳定性相关规定较少。在《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)中只规定了桥梁支座禁止出现脱空现象，但并未对抗倾覆的计算方法进行详细说明。直到近年来的《》(JTGD62-2012)讨论稿才对桥梁上部结构的抗倾覆稳定性进行说明，并阐述了相关计算方法。该规范规定采用整体式断面的中小跨径桥梁应进行上部结构的抗倾覆验算，上部结构的抗倾覆稳定系数应满足下式要求：公路桥涵规定抗倾覆稳定系数要大于2.5，而铁路桥涵规定抗倾覆稳定系

8、数只需要大于1.3，两者之间存在差异主要是因为铁路车道少，宽度小，且车道位置大多靠近桥梁中心线，不容易发生严重的车辆偏载作用。并且铁路桥梁自重较大的特点也使得桥梁的抗倾覆稳定性较强。公路桥梁由于桥梁宽度大、汽车偏载载概率大，不确定性大，这些都不利于桥梁的抗倾覆性。因此公路桥梁的抗倾覆系数应当大于铁路。.......2.2独柱墩直线桥梁抗倾覆稳定性分析本文以长春市南部快速路上一段钢-混组合梁匝道桥中的直线部分为依托，该独柱墩匝道桥的跨径布置为三跨连续梁，桥梁中心线长为60米，每跨中心线长度为20米