摘要：针对某高速独柱式墩匝道桥主梁抗倾覆稳定性的验算分析，利用midas软件进行分析计算，在不同的荷载组合下，计算其支座反力，验算结果证明此匝道桥主梁抗倾覆稳定性不足，在超载车辆偏载作用下有可能发生横向倾覆倒塌，需进行加固。进而猜想到独柱式墩桥墩的抗倾覆稳定性验算以及加固的必要性。
关键词：独柱式墩 匝道桥 倾覆稳定性 桥梁加固
前言
随着我国交通事业的快速发展，大量的匝道桥和城市立交桥都呈现在我们的眼前，匝道桥是实现车辆空间转向的主要结构，城市立交桥是疏散交通和城市车辆行驶的主要构造物。但是由于地形和城市空间的限制以及城市美观的要求，大量的匝道桥和城市道路桥都采用了独柱式桥墩，这样既解决了地形和空间的限制，又满足了美观的要求。但是随着哈尔滨阳明滩大桥引桥、粤赣高速匝道桥的垮塌以及津晋高速匝道桥坍塌等诸类事故的发生，匝道桥以及城市立交桥采用独柱式桥墩的桥的安全性越发受到人们的担忧与关注，独柱式墩桥主梁安全性的验算已经成为当下的一个主要工作。
一、事故原因
随着我国经济的飞速发展，各类大型车辆迎拥而生，各种行驶在匝道已经城市立交上的大型车辆总重已达数十吨，甚至上百吨，但是八九十年代的桥梁的设计荷载远低于这些数字。例如，哈尔滨阳明滩大桥引桥的设计荷载为190t左右，但是四量大型货车的总重已达480t左右，是设计荷载的2倍多。在超载如此严重的情况下，桥梁发生了倾覆坍塌。究其原因，主要是超载严重。还有最近发生的粤赣高速匝道桥垮塌事故，经验算分析，因车辆荷载严重超过桥梁设计荷载，桥梁在事故超载车辆偏载作用下，主梁发生横向倾斜，导致桥梁垮塌。
首先，匝道桥或者立交桥一般由于地形和转向的要求的限制，一般位于小半径曲线上，研究结果表明无论使用何种支座布置方案,曲线梁总存在扭矩，因此，曲线梁总是处于弯扭耦合的受力状态下。由于扭矩的产生，通常会使梁处于外侧超载，内侧卸载的情况，因而引起梁内、外支点反力相差较大，当活载偏置时，梁内侧支座甚至会产生负反力，这时如果支座不能承受拉力，就会出现梁体与支座的脱离，即“支座脱空”现象。当内侧支座产生脱空，梁体便有倾覆失稳的可能，现实中有很多曲线梁上部梁体由于倾覆失稳造成的事故，所以对独柱式弯桥上部梁体进行抗倾覆稳定性分析是很有必要的。独柱墩难以约束梁体产生的扭矩，因此，必须对存在危险的独柱式墩进行加固。
其次，由于我国交通路线繁忙，路网复杂，难免存在管理的疏漏。再加上我国公民集体意识以及常识的不足，超载平凡发生在我们的日常生活中。超载是违反交通规则的，超载驾驶的司机虽有罪，但是罪不致死，超载不能成为免责的理由。所以对独柱式墩匝道桥或者立交桥进行抗倾覆分析验算及必要的加固是必须的。
再者，如今一部分匝道桥和立交桥的支座都存在严重的破损，橡胶风化，钢板锈蚀，支座变形，支座移位等各种问题，在超载车辆偏载行驶下，支座可能被拉压破坏。弯桥的支座处于三向受力状态下，在活载作用下，支座将可能发生剪切破坏或者剪扭破坏。支座破坏将导致主梁发生倾覆失稳破坏，所以对独柱式墩桥进行抗倾覆验算非常关键。
二、加固方案
1、增设钢支墩
为了防止独柱式匝道桥或者立交桥发生倾覆坍塌破坏，可以在原独柱式墩两侧增设两个钢管墩，然后在新增设的钢管墩上新增两个支座，支座一般采用盆式橡胶支座，支座对称与桥面中心线布置。新增支座在桥梁恒载作用下，保持与主梁接触，不受力，当在活载作用下，支座将承受拉压，剪切，扭转三向受力状况下。当超载车辆行驶在桥面上时，主曲线梁在偏置荷载作用下，外侧新增支座将产生正反力，承受压力。而内侧新增支座在车辆偏载综用下将产生负反力，承受拉力。两个新增支座将于原独柱式墩的支座一起承受由于车辆偏载产生的拉压以及剪切与弯扭作用，在超载车辆偏置作用的极限状态下，桥梁将不会因为支座破坏而发生倾覆失稳破坏。
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新增钢支墩将与原承台通过锚栓连接，锚栓植在承台内，一般用环氧胶粘结，牢固可靠。如果桥墩较长（超过10米），可在原桥墩与新增钢支墩之间加横向连系梁，来保证桥墩的稳定性，而且能有效的增强独柱式墩与新增钢支墩的整体性。
2、增设盖梁
为了避免独柱式桥墩发生倾覆失稳，可在原桥墩顶部增设钢梁，然后在新设盖梁上面对称增加两个新支座，支座的受力及作用与新增钢支墩的原理相同。新增的盖梁相对于钢支墩来说造价较低，而且美观，符合桥梁设计的美观、经济要求。但是，相对于新增钢支墩，增设盖梁需要对原独柱式墩进行凿混凝土，凿除原墩的混凝土保护层，让原墩钢筋外露，将原墩钢筋与新设盖梁的钢筋进行连接，使之成为一个整体，共同受力。这与桥梁加固的基本原则相背驰。
新设盖梁加固的独柱式墩，对施工的要求较高，施工时，有可能因为扰动原结构而使桥墩发生破坏。但是，这种加固方法加固的独柱式墩，整体性好，加固效果明显，江能有效地防止独柱式墩桥发生倾覆倒塌事故。
3、新增钢牛腿
新增钢牛腿加固独柱式墩桥梁的原理与上两种方案相同，但是相对于上两种方案，新增钢牛腿的方法更加安全、可靠。在工厂预制钢套箍，将钢套箍与牛腿在工厂进行焊接，然后在现场进行吊装安放，施工效率较高。
钢套箍于原桥墩进行螺栓连接。首先，在桥墩上放样钻孔，然后在孔内注环氧树胶（2∕3孔深），将钢套箍与墩进行植螺栓连接，螺栓起到抗剪的作用。为了防止钢套箍锈蚀，最后在钢套箍与桥墩的空隙内注环氧树胶。这样既能避免钢套箍锈蚀，也能将钢套箍与桥墩连接成一个整体。新增钢牛腿安装好以后，在牛腿上对称与桥梁中心线安放两个新支座，支座采用内充聚胺酯可调高调平的盆式橡胶支座，支座的受力与作用与前两种方法相同。相对于前两种方法，新增钢牛腿加固法，施工安全可靠，工期较短，质量具有保证。当在超重车辆偏置行驶的情况下，新增支座将起到阻止桥梁发生倾覆失稳的情况。此加固法安全，经济，美观，是现在独柱式墩匝道桥或者立交桥加固的一种行之有效的好方法。
三、综合评价
匝道桥或者城市立交桥有大部分都采用独柱式墩，但是连续梁采用独柱式墩一般在两跨范围内比较适宜。但是，目前部分旧桥采用独柱式墩的跨数已经超过两跨，这类桥必须进行加固。对于在两跨以内的必须进行抗倾覆稳定性验算，验算不通过的，必须及时进行加固。当地形以及空间允许时可采用增设钢支墩加固，当地形及空间受限时，可采用增设盖梁以及新增钢牛腿加固。随着目前钢材、钢结构以及防腐防锈技术的日渐成熟，采用新增钢牛腿加固将更加安全方便，加固效果更加明显。
独柱式墩匝道桥以及立交桥随着人们对其倾覆稳定性的不断重视，越来越多的独柱式墩桥将被加固，使之成为安全可靠的交通道路，独柱式墩桥的倾覆事故将不会再发生，独柱式墩结构通过采用增设钢支墩、增设盖梁、新增钢牛腿等的加固，桥梁结构将恢复到原设计寿命，将成为符合安全、可靠的桥梁结构。这是一种经济的优化，更是一种可持续的发展方法。
四、结束语
随着科学技术的飞速发展，重型车辆将越发增多，独柱式墩匝道桥或者立交桥发生倾覆失稳的可能性就越大。为防止独柱式墩桥梁发生倾覆失稳事故，避免无辜的生命再将逝去，提高交通道路的安全性，越来越多的独柱式墩桥梁将必须进行加固，加固的方法将进一步得到提高，满足安全、适用、经济、美观的加固方法将随着我国交通事业的飞速发展将雨后春笋般的出现，道路桥梁的安全将进一步提高，交通事业的可持续发展将是一条光明的道路。
参考文献
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[4]张建慧.独柱式弯桥抗倾覆稳定性分析.中国月期刊网.
论文作者:陈小兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：支座论文; 匝道论文; 桥墩论文; 桥梁论文; 立交桥论文; 荷载论文; 发生论文; 《基层建设》2018年第28期论文;