公路与城市道路桥梁抗倾覆设计

公路与城市道路桥梁抗倾覆设计

王志强

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摘要：在设计公路桥梁之前，设计人员需要对施工现场进行检查，并对过去建造的桥梁的设计参数进行比较，以加强桥梁施工的安全性。开工前，施工单位应根据施工设计图纸，科学合理地安排施工人员和方案，严格按照图纸资料，及时与设计机构沟通，确保道路和桥梁的施工质量。本文主要分析公路与城市道路桥梁抗倾覆设计。

关键词：公路；桥梁；抗倾覆设计

引言

在公路和城市道路工程中，桥梁是最重要的组成部分之一，主要由下墩基础和上梁体组成。为保证桥梁结构的安全稳定，桥梁工程建设中应优先考虑抗倾覆设计，合理选择抗倾覆稳定系数。

1、桥梁横向倾覆失效的机理

1.1内在因素的影响

桥梁设计强调纵向平面抗弯抗剪性能设计，经常忽视桥梁横向稳定性问题，使得桥梁设计不合理。桥梁本身也受到内部因素的影响，这些因素构造不当，如果长期承受极端载荷，可能导致横向翻转。桥面坡度阻力的设计重点在于桥梁是否设计为单列桩，以及端头支座位置的设计。对于单桥，桥的横向支撑位置设计不当，主要原因是桥桥面宽度过大导致横向倾斜失败。例如，弯曲桥梁受弯曲扭转耦合效应的影响，内部支撑容易脱落，导致桥梁横向倾斜；右侧桥梁的最外侧支撑连接是桥梁的横坐标，当最外侧支撑的位置设计不正确时，这可能会影响桥梁强度的稳定性。

1.2外在因素的影响

造成桥梁横向流动的主要外部因素是车辆通过造成的荷载效应，如果车辆经过很长时间并高度集中在外部道路上，则增加了桥梁流动的风险。调查结果显示，外道同时出现多辆超载车辆，是哈尔滨阳明滩大桥、无锡大道等桥梁水平倒塌的重要因素，造成多人伤亡，严重危害了民众的生命安全。桥面坡度系数是阻力系数与倾斜力矩之间的关系，其中阻力系数是梁恒定作用下倾斜轴的稳定力矩，倾斜力矩是作用中负载作用下倾斜区域的弯矩和总和。在抗弯强度设计中，桥梁和支撑的坡度比为2.5或更高(具体取决于规范)，而无需修改结构系统。

2、公路与城市道路桥梁抗倾覆设计方法

2.1严格控制桥梁宽度和支座的间距

桥面宽度和支撑之间的距离在城市道路和桥梁的物理设计中很重要。施工时，施工单位应充分把握桥梁间距和宽度，提高桥梁抗倾斜能力，从而确保桥梁安全使用。在施工过程中，如果桥梁施工宽度超过支撑距离2.5米，可能导致桥梁倾斜阻力较大，使用过程中风险较大，无法控制桥梁的安全，可能导致桥梁质量差。在桥梁设计阶段，桥梁梁控制台应缩短，必要时加以改进，桥梁底部应在施工期间扩大。此外，桥梁支座应适当延长，以减少两者之间的距离，确保调整距离符合相关标准，并避免影响桥梁质量和未来运行的错误。

2.2重视道路桥梁设计方案选择

为了提高公路桥梁的抗植被性，需要同时进行桥梁设计和建筑施工。选择桥梁设计解决方案时，请尽可能选择具有较大支撑间距的选项。如果桥面较宽，请避免选择单桥。斜道路的构造基于道路的整体稳定性，而应用两列路径则需要进行研究，以确定是否需要增加路径。当防倾斜设计不能完全保证时，小经济直径设计将被忽略。由于道路车辆数量增加，桥梁设计需要对道路桥梁抗湿性等的稳定性进行深入分析研究。由于施工时间长、桥梁外观和施工成本，不应该选择不合理的低湿度设计方案。在设计方案的指导下修建桥梁和道路是桥梁建设的基础。在实施之前，执行单位应充分掌握实施计划和其他相关设计文件，以避免出现不合理的实施人员安排和未能安装防跌落梁等情况。施工时，应确保各种支座的放置和桥梁的放置精度。施工过程中出现疑问时，施工单位应及时与设计人员沟通，以确保道路和桥梁施工顺利进行。

2.3固结墩梁和边支座的设计与控制

道桥项目施工建设阶段，施工方应综合分析主客观多种因素，对边支座、桥墩的数目等做出科学设计，加强墩柱结构承载性能指标的检测，其承载力满足设计要求时，方能使桥梁的抗倾覆能力得到更大保障。施工阶段还需要考虑恒载分配的情况，在采用2~3个边支座的桥梁工程中，边支座通常能产生更大的恒载反力，进而较有效地延缓产生脱空的时间。已知曲线半径对桥梁跨径和边中跨造成的影响明显大于支点反力的影响程度，故而结构抗倾覆设计时应对如上问题加以高度重视。大部分工况下，当恒荷载储备较多的反力时，出现负反力的概率很低，即便有反力出现也均是正反力。鉴于以上情况，在对道桥结构进行抗倾覆设计时，针对容易出现负反力墩台侧，应适度拓展其跨径，或者采用减小临近跨径的办法，均能取得增加墩台恒荷载储备量的效果，减少或规避桥梁投用阶段发生倾覆的情况。整体分析公路道桥结构，不难发现盆式制作能起到较好的横向束缚作用。故而，在抗倾覆设计测算阶段，一定要对支座允许的横向变形（正常是3.0~4.0mm）情况给予重视，全面分析并科学释放这一位移，有益于降低横向反力。若检测到支点的横向反力超出纵向反力10%，在这样的工况下，施工人员需要隔墩布设盆式支座。如果面对的是柔性结构的连续高墩，那么可以利用墩和梁体相互固结的方法，同时将拉力支座布设在过渡段。

2.4抗倾覆设计体会

对于桥梁结构而言，影响抗倾覆和各个支点反力的主要因素为支点本身的横向间隔距离。通过本次抗倾覆设计，在计算中发现，每个支点只会对自身的反力产生较大的影响，但却并不会影响到其它的支点反力。鉴于此，在公路桥梁抗倾覆设计中，可以采用以下墩柱形式来拉开各个支点之间的横向距离：T型墩柱、Y型墩柱、门式墩以及双柱墩等。当桥梁结构的横向间距受到限制，此时产生的反力可能为负值，即负反力。针对该情况，在进行抗倾覆设计时，连续墩柱可以采用设置偏心独立支座的方法。如果是柔性结构的连续高墩，那么可以采用墩与梁体相互固结的方式，并在过渡段设置拉力支座。通常情况下，箱梁内侧与外侧的反力应当保持均匀一致，但是曲线半径会对箱梁反力产生一定的影响，从而导致内外侧的反力不均匀，由此会增大箱梁向外弧侧倾覆的可能性。因此，支点应当向外侧设置偏心，以反力均衡作为原则，在充分考虑偏心弯矩的基础上，对预应力钢束进行合理布设。曲线半径对桥梁跨径与边中跨的影响要远远超过对支点反力的影响，所以必须在抗倾覆设计中加以重视。通常情况下，恒荷载的反力储备比较多时，负反力出现的可能性非常小，即便有反力出现也都是正反力。故此，在对桥梁结构进行抗倾覆设计时，应适当加大容易出现负反力墩台侧的跨径，也可以减小相邻跨径，借此来增加墩台的恒荷载储备，避免发生倾覆。在桥梁结构中，盆式支座具有横向约束作用。因此，在抗倾覆设计计算时，应充分考虑支座允许的横向变形（正常为3.0-4.0mm），通过对这个位移的合理释放，能够减少横向反力。如果支点的横向反力超过竖向反力10%以上，那么应当隔墩设置盆式支座。

3、桥梁抗倾覆设计及施工安全评价

在道路桥梁抗倾覆的设计过程中，需根据标准严格管理并开展安全检查。在我国以往的道路与桥梁建设中，独柱式桥梁建筑占比较多，该桥梁形式在设计及施工中也较为实用。因此，需详细检查该类桥梁的设计方式，对比设计数据与施工现场的实际情况，分析抗倾覆设计的参数与安全性，避免抗倾覆存在的问题对后期的工程施工安全与质量产生不良影响。抗倾覆参数的对比，主要围绕桥梁的结构数据、设计年代及承重的标准展开。通过对比，相关管理部门、施工单位与施工人员，都能详细地了解到桥梁的数据与安全性，从而保证在后期的施工过程中，进一步加强道路桥梁的安全性。

结束语

总之，在公路桥梁设计中，边坡强度的设计既是目标，也是难点。为避免桥梁倾斜失效的问题，设计人员应掌握倾斜阻力的设计方法，结合实际设计实现桥梁结构倾斜阻力的合理设计，确保桥梁的安全稳定。

参考文献：

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