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[分享]技术分享：桥梁抗倾覆设计及独柱墩
文后附大量桥梁施工安全相关资料，点击题目可下载！
沌口长江桥
中交二公院/中交三航院 付坤 供图
桥梁倾覆倒塌目前备受关注。
桥梁倾覆倒塌是及其危险的一种行为，需要设计中严格避免，任何一座桥梁建造或运营中倒塌事故，都可以成为当天头条新闻。
坍塌实际案例
倾覆案例分析（摘自规范宣贯材料）桥梁倒塌按照原因分为几类
1）下部结构破坏，上部结构支撑体系破坏，桥梁倒塌，比如桥墩在地震、船舶撞击、车辆撞击下破坏；
2）下部结构完好，上部结构强度破坏造成的倒塌；
3）下部结构完好，上部结构倾覆倒塌破坏。
倾覆坍塌只是桥梁倒塌中的一种形式，倒塌前没有明显征兆，需要设计中严格控制。
国内近几年独柱墩单支座桥梁倾覆破坏事故发生数次，已经引起格外注意，18新规范中增加抗倾覆验算要求，并建议匝道应避免连续独柱单支座形式。
1）匝道上部结构受力，属于应力强度问题，匝道混凝土箱梁传力方式：轮载--横向传递到纵腹板--纵向传递到支座横梁--横向传递到支座--桥墩；
轮载横向传递到腹板
通过腹板纵向传递给支座
上部结构纵向强度安全系数在1.4左右，铁路桥梁更大为2。
上部结构纵向受力结构的抗力大于1.1x(1.2恒载+1.4活载)的内力。
9m宽30m跨度混凝土箱梁恒载约为200kN/m,一个车道10.5kN/m活载远小于恒载 ，单纯增加活载倍数，0.2x200=40kN/m纵向能抵抗4倍超载，纵向强度抵抗活载超载能力较强；
桥面板需要横向承受轮载，桥面板横向受力活载轮载占据主体，因此桥面板抵抗超载车轮的倍数没有纵向那么强，承载能力计算上活载系数也加大到1.8，但桥面板局部破坏程度没有纵向破坏那么致命；
2）匝道上部结构倾覆能力，属于结构失稳稳定问题。
上部结构倾覆失稳与桥梁支座布置密切相关，支座布置形式决定桥梁抗倾覆能力大小，有些桥梁的支座布置不会倾覆。
独柱墩桥梁并不是国内特有结构形式，国外也有。
中墩独柱墩单支点桥梁固有的支撑形式特点，相对双支座桥梁抗扭跨径大，需要保证抗倾覆安全系数，如同上部结构需要保证强度安全系数；
政策上控制超载现象，设计上保证上部结构纵横向强度安全系数，稳定上控制好抗倾覆安全系数，独柱墩是切实可行的一个方案。
国外独柱墩桥梁
西班牙 巴萨罗那混凝土箱梁---3孔一联
俄罗斯 莫斯科钢箱梁-5孔一联
德国 科隆混凝土箱梁-3孔一联
法国 马赛混凝土箱梁—10孔一联
法国 马赛混凝土箱梁—4孔一联
英国伯明翰混凝土箱梁 -4孔一联
意大利米兰钢板组合梁 -2孔一联
美国 亚特兰大混凝土箱梁—2孔一联
日本埼玉 钢混组合梁—7孔一联
日本埼玉 钢箱梁 —4孔一联
稳定性系数2.5考虑
报批稿抗倾覆计算
2018桥规抗倾覆构造要求
英美规范
日本道路桥示方书2012
9m宽3x30m混凝土为例。
支座布置方式1：每个桥墩设置2个支座，支座中心距2.5m。
横向布置
平面布置
恒载反力
基本组合最小反力
支座间距2.5m结果（双支座）
支座布置方式2：每个桥墩设置2个支座，支座中心距3.2m。
横向布置
平面布置
恒载反力
基本组合最小反力
支座间距3.2m结果（双支座）
支座布置方式3：每个桥墩设置2个支座，支座中心距3.2m, 2号墩单支座。
横向布置
平面布置
恒载反力
基本组合最小反力
支座间距3.2m结果（双-单-双-双）
支座布置方式4：每个桥墩设置2个支座，支座中心距3.2m, 2、3号墩单支座。
横向布置
平面布置
恒载反力
基本组合（出现负反力）
支座间距3.2m结果（双-单-单-双）
支座布置方式5：每个桥墩设置2个支座，支座中心距5.8m, 2、3号墩单支座。
横向布置
平面布置
恒载反力
基本组合最下反力
支座间距5.8m结果（双-单-单-双）
总结
1）倾覆坍塌属于具有脆性破坏特征，发生前没有征兆，需要在设计中严格控制。
2）政策上控制超载现象，设计上保证上部结构纵横向强度安全系数，稳定上控制好抗倾覆安全系数，独柱墩是切实可行的一个方案。
3）支座布置直接影响抗倾覆稳定系数大小。
4）在设计控制上可考虑参考国外规范，对活载负反力进行放大（例如日本是2倍）后与恒载组合不出现负反力控制。
5）针对高等级市政桥梁（尤其钢桥），建议可以将正反力也偏安全的考虑（考虑施工误差等）缩小系数（有国外地方规范按照1.5考虑）。
超限超载及独柱墩施工资料
桥梁施工安全资料汇总
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