獨(dú)柱支撐匝道橋抗傾覆驗(yàn)算汽車(chē)荷載的分析研究

李春明

摘 要：汽車(chē)荷載主要控制指標(biāo)應(yīng)采用加載總量，結(jié)合實(shí)際條件計(jì)算相應(yīng)數(shù)值，根據(jù)重載交通進(jìn)行確定。為不斷降低獨(dú)柱支撐匝道橋傾覆事故，本文比較國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車(chē)荷載規(guī)范，研究分析橋梁傾覆事故中有關(guān)汽車(chē)荷載問(wèn)題，重載交通線(xiàn)路汽車(chē)荷載計(jì)算不具有較大的橋梁傾覆效應(yīng)，達(dá)不到相應(yīng)安全度，隨著不斷增長(zhǎng)的橋梁聯(lián)長(zhǎng)，降低了安全度。

關(guān)鍵詞：獨(dú)柱支撐匝道橋；抗傾覆；交通荷載

1. 前言

國(guó)內(nèi)近年來(lái)發(fā)生數(shù)次橋梁傾覆事故，導(dǎo)致十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響，車(chē)輛超載、超都是最終的事故調(diào)查結(jié)論，多次發(fā)生此類(lèi)安全事故應(yīng)引起交通運(yùn)輸管理人員的思考。規(guī)范對(duì)車(chē)道或車(chē)輛荷載的規(guī)定都是虛擬荷載，主要是利用調(diào)查測(cè)定實(shí)際車(chē)輛通行狀態(tài)，并基于此歸納統(tǒng)計(jì)車(chē)輛的通行作用效應(yīng)，主要有汽車(chē)荷載等級(jí)、計(jì)算圖式及其標(biāo)準(zhǔn)值等有關(guān)內(nèi)容制定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

匝道主要是指連接高速公路立交上、中道及下道部位的單車(chē)道單方向轉(zhuǎn)彎道路，作為設(shè)置互通式立體交叉道路或高度不同道路及平行道路的連接車(chē)道。其曲線(xiàn)元主要由直線(xiàn)段、圓曲線(xiàn)段和緩和曲線(xiàn)段等結(jié)構(gòu)組成。為避免直行車(chē)輛干擾匝道轉(zhuǎn)入車(chē)輛，一些交流道在設(shè)計(jì)中加入集散道，使交織路段交通通行量得到緩解。獨(dú)柱支撐匝道橋主要是指采用單獨(dú)柱結(jié)構(gòu)支撐的匝道橋梁，因采用單支點(diǎn)在橫橋向?qū)Κ?dú)柱墩進(jìn)行支撐，受汽車(chē)偏載作用的影響，十分不利于結(jié)構(gòu)橫向抗傾覆的穩(wěn)定性。匝道橋能夠使交通擁堵得到明顯緩解，交通暢通率得到顯著提高。立交匝道可有效節(jié)約平面匝道占用路面50%，不足之處是其施工造價(jià)遠(yuǎn)高于平面匝道。

目前應(yīng)用的規(guī)范中主要結(jié)合汽車(chē)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)彎矩、剪力效應(yīng)統(tǒng)計(jì)歸納后進(jìn)行計(jì)算，有待于深入驗(yàn)算橋梁傾覆效應(yīng)的適用性。而隨時(shí)代不斷發(fā)展，車(chē)輛實(shí)際通行類(lèi)別及排列方式也產(chǎn)生一定程度的變化。為有效避免再次產(chǎn)生傾覆事故及為改造加固橋梁及設(shè)計(jì)橋梁提供重要參考依據(jù)，深入研究橋梁抗傾覆驗(yàn)算汽車(chē)荷載具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2. 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)荷載的有關(guān)規(guī)范比較

針對(duì)汽車(chē)荷載在不同國(guó)家規(guī)范中存在的差異，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行過(guò)較深入地研究，但目前還只依賴(lài)于對(duì)不同規(guī)范中汽車(chē)荷載及其產(chǎn)生的彎矩、剪力效應(yīng)的比較分析，沒(méi)有深入探討其傾覆效應(yīng)。結(jié)合有關(guān)地區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)聯(lián)獨(dú)柱支撐匝道橋梁的情況，分析其中4個(gè)代表性明顯的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的傾覆效應(yīng)。模型1：26米+36米+26米直線(xiàn)橋；模型2：31.5米+43米+43米+31.5米直線(xiàn)橋；模型3：26米+36米+26米曲線(xiàn)橋（90米曲線(xiàn)半徑）；模型4：31.5米+43米+43米+31.5米曲線(xiàn)橋（90米曲線(xiàn)半徑）。4座模型橋梁都具有9米寬，3.4米邊支撐間距，采用盆式橡膠支座作為中支撐。針對(duì)獨(dú)柱支撐匝道橋梁最不利的工況就是在最大偏心位置時(shí)主梁?jiǎn)诬?chē)道滿(mǎn)載作用，結(jié)合橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆的基本原因，可明確梁端傾覆力矩為比較各規(guī)范汽車(chē)荷載傾覆效應(yīng)，各規(guī)范汽車(chē)荷載在最不利工況下產(chǎn)生的梁端傾覆力矩情況為：美國(guó)AASHTO規(guī)范在各類(lèi)汽車(chē)荷載中產(chǎn)生的傾覆效應(yīng)最小，依次為公路04規(guī)范，最大的是英國(guó)BS5400規(guī)范，其中除英國(guó)BS5400規(guī)范外，其余三種規(guī)范不具有較大差距（不超過(guò)10%），英國(guó)BS5400規(guī)范相當(dāng)于其余規(guī)范兩倍；獨(dú)柱支撐匝道橋梁如形式相同，直線(xiàn)橋梁在抗傾覆方面更不利；在各規(guī)范中汽車(chē)荷載作用對(duì)于不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆效應(yīng)之間具有基本一致的比值；獨(dú)柱支撐匝道橋梁結(jié)構(gòu)在傾覆效應(yīng)方面與作用汽車(chē)荷載總量之間具有比較相近的比例關(guān)系，與荷載作用模式的關(guān)系也不明顯，所以對(duì)設(shè)計(jì)的控制可應(yīng)用汽車(chē)單車(chē)道線(xiàn)荷載集度。

3. 獨(dú)柱支撐橋梁傾覆事故荷載的相關(guān)分析

在汽車(chē)荷載作用下，國(guó)內(nèi)近年來(lái)產(chǎn)生的獨(dú)柱支撐橋梁傾覆事故數(shù)起，經(jīng)深入調(diào)查分析，事故原因都是由嚴(yán)重超載而導(dǎo)致，現(xiàn)針對(duì)典型案例對(duì)有關(guān)汽車(chē)荷載情況分別進(jìn)行分析。

3.1 津晉高速公路匝道橋事故

公路中一收費(fèi)站800米外匝道橋在2011年7月15日突然發(fā)生坍塌事故，導(dǎo)致5輛載貨車(chē)從橋面墜落， 6人死亡，7人受傷。109 米長(zhǎng)度的互通式立交A匝道橋發(fā)生坍塌，橋梁達(dá)8.6米寬，路面7.6米寬，箱梁1.4米高。事故主要是因5輛大貨車(chē)超載導(dǎo)致，總重5030千牛頓，對(duì)線(xiàn)荷載集度折算為46.15千牛/米。

3.2 某高架城市立交橋事故

2011年8月25日某市交通局例行檢查超載運(yùn)輸車(chē)輛，造成橋梁沿曲線(xiàn)外側(cè)依次停放一些超載車(chē)輛，進(jìn)而導(dǎo)致主梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)傾。及時(shí)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行疏導(dǎo)后，主梁恢復(fù)變形。結(jié)合有關(guān)調(diào)查資料，有7輛車(chē)處于傾覆段主梁135米范圍內(nèi)，每輛車(chē)重約920千牛，汽車(chē)共重約6440千牛，對(duì)線(xiàn)荷載集度折算為47.7千牛/米。

3.3 浙江上虞立交橋事故

2011年2月21日浙江省某公路匝道突然發(fā)生坍塌事故。橋梁現(xiàn)場(chǎng)造成140米長(zhǎng)度的坍塌，有3輛貨車(chē)側(cè)翻在匝道上，造成2人輕傷。事故產(chǎn)生原因主要是3輛大貨車(chē)因超載導(dǎo)致，總重約4900千牛，對(duì)線(xiàn)荷載集度折算為40.8千牛/米。

分析以上3起事故可發(fā)現(xiàn)，40—50千牛/米的汽車(chē)荷載線(xiàn)集度易導(dǎo)致橋梁傾覆事故，相當(dāng)于公路04規(guī)范3-4倍的車(chē)道荷載，所以在重載公路上，獨(dú)柱支撐匝道橋梁應(yīng)汽車(chē)荷載的公路04規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提高。

4. 重載交通荷載及傾覆效應(yīng)的相關(guān)分析

荷載模式進(jìn)行縱向布置，結(jié)合公路04規(guī)范的荷載模式對(duì)車(chē)道荷載的確定方法，按照均布力基數(shù)q=10.8千牛/米，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)剪力效應(yīng)值計(jì)算集中力進(jìn)行計(jì)算。該重載交通荷載模式分別加載模型1、模型2，分析模型橋梁端傾覆力矩。針對(duì)重載交通線(xiàn)路而言，在驗(yàn)算橋梁傾覆時(shí)公路04規(guī)范的汽車(chē)荷載達(dá)不到較高標(biāo)準(zhǔn)，隨著增長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)，將降低其安全度；對(duì)車(chē)道荷載模式修正能夠使重載交通線(xiàn)路存在的結(jié)構(gòu)彎、剪問(wèn)題得到妥善解決，但無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆效應(yīng)準(zhǔn)確模擬；針對(duì)聯(lián)長(zhǎng)在80—160米之間的結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)隊(duì)荷載模式修正，對(duì)其線(xiàn)荷載集度折算約為49千牛/米，相對(duì)于獨(dú)柱支撐匝道橋產(chǎn)生傾覆事故的實(shí)際荷載差別不大，可對(duì)重載交通效應(yīng)進(jìn)行客觀準(zhǔn)確地模擬。

5. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁傾覆破壞屬于一種瞬時(shí)行為，與“脆性”破壞結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，難以防范并具有較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致十分不利的社會(huì)負(fù)面影響，對(duì)于從業(yè)人員應(yīng)引起足夠的重視程度。本研究得出以下三個(gè)結(jié)論：一是在對(duì)獨(dú)柱支撐匝道橋梁傾覆效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可采用加載總量作為控制汽車(chē)荷載的主要指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件確定具體數(shù)值以及產(chǎn)生重載交通的程度進(jìn)行確定；二是對(duì)于重載交通線(xiàn)路而言，根據(jù)有關(guān)規(guī)范汽車(chē)荷載計(jì)算不具有較大的橋梁傾覆效應(yīng)，也不具有較高的安全度，安全度與橋梁聯(lián)長(zhǎng)之間具有負(fù)相關(guān)關(guān)系；三是在施工及使用過(guò)程中，橋梁應(yīng)將產(chǎn)生最不利傾覆的工況有效避免。

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