西安中交远洲工程勘察设计有限公司 710075
红岩河2号桥位于S210 K162+740处，桥梁平面位于R=138m的平曲线上，上部结构为5×20m钢筋混凝土整体式现浇箱梁，梁高1.4m，桥面宽度10m，下部结构1～4号桥墩均采用独柱墩，墩径1.6m，墩顶均未设置盖梁，只在墩顶将桥墩加宽设置了双支座，支座间距1.5m，两侧桥台设3支座支撑。在宝鸡2019年干线公路养护大中修工程中，该桥主要病害为桥面存在多处坑槽破损，处治措施为将破损的桥面铺装完全铲除，重新浇筑。桥面系施工采取了‘半幅通行，半幅施工’的作业方式。针对本桥结构特点及桥面维修施工方案，根据《宝鸡2019年干线公路大中修工程技术咨询单》（编号：ZX第1号）的要求，结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018的有关规定，对本桥在维修施工期间，长时间单侧通行的安全性进行验算，即是否造成整体式箱梁倾覆进行验算。
近年来整体式梁桥倾覆事故多有发生，如内蒙古包头民族东路高架桥，津晋高速公路A匝道桥，哈尔滨阳明滩大桥，无锡市312国道锡港路上跨桥，事故造成了严重的人员伤亡，经济损失和恶劣社会影响。在发生事故桥梁中多具有特点为，上部结构为整体式箱梁，下部桥墩为独柱墩且横向为单支点，或设置了较小间距的双支点。倾覆事故发生时，这些桥梁基本都处在桥面交通为单侧超载的状态。倾覆事故表现为上部梁体整体翻落，梁体及墩台本身并无破坏，或在倾覆过程中，由于梁体倾斜使独柱墩倾斜或倒塌，进而引起上部梁体倾覆。倾覆机理可大致说明如下：上部梁体在偏载作用下，首先发生弯曲和扭转变形，导致各支座的反力重分配，随着偏载的逐渐加大，单向受压支座脱离受压状态，结构约束体系发生变化，不能提供有效约束，梁体发生转动，最终导致梁体侧移倾覆。
根据2018新桥规4.1.8条的规定，倾覆过程存在2个明显特征状态：1，整体式箱梁的单向受压支座脱离受压状态，产生脱空现象；2，箱梁的抗扭支撑全部失效。对此规范要求，在持久状况下，梁桥不应发生结构体系改变，并针对特征1要求在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态，同时对特征2要求按作用标准值进行组合时，整体式截面简支梁和连续梁的作用效应应符合下式要求：
式中：
为横桥向抗倾覆稳定系数，取2.5，
， 
分别为使上部结构稳定及失稳的效应设计值。
桥梁处于特征状态2时，各桥墩都存在一个有效支座，稳定效应和失效效应按照失效支座对有效支座的力矩计算：先按全部支座有效分别计算永久荷载和可变荷载产生的支反力，然后在每一个支撑截面处按两种荷载对应的反力分别对有效支座取矩，再将各支撑处该两种荷载对应的力矩求和，即可求得上式中的稳定效应及失稳效应。
3.1有限元模型
采用MIDAS软件建模分析，桥梁支座按实际支座位置模拟，主要验算不同工况下支座是否出现脱空，验算桥梁整体抗倾覆稳定性。车道荷载按“半幅通车，半幅施工”的单车道布置，汽车荷载效应按各失效支座对应的最不利布置形式分别取值。
本桥桥面维修施工顺序为先右半幅后左半幅，最不利情况为施工左半福，沿曲线外侧单车道通行时，抗倾覆验算结果如下表所示：
沿曲线外侧布置车道倾覆验算结果表格
项目 | 支座编号 | ||||||||
0-1 | 1-1 | 2-1 | 3-1 | 4-1 | 5-1 | ||||
li(m) | 5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 5 | |||
支座竖向力kN | R(Gki)(永久作用标准值效应) | 453.8 | 1941.0 | 1703.7 | 1706.5 | 1948.1 | 435.5 | ||
失效支座对应最不利汽车荷载时的标准值效应 | R(Qki,01) | -96.9 | -336.8 | -432.1 | -374.1 | -347.3 | -102.2 | ||
R(Qki,11) | -42.1 | -426.6 | -401.5 | -443.7 | -395.7 | -115.7 | |||
R(Qki,21) | -26.3 | -359.0 | -448.0 | -409.1 | -419.3 | -143.6 | |||
R(Qki,31) | -59.0 | -411.7 | -399.3 | -458.2 | -368.8 | -111.4 | |||
R(Qki,41) | -31.1 | -390.1 | -430.8 | -411.6 | -436.2 | -126.6 | |||
R(Qki,51) | -17.1 | -337.2 | -364.2 | -443.5 | -346.9 | -185.5 | |||
特征状态1验算 | 1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,01) | 318.1 | 1469.5 | 1098.8 | 1182.8 | 1461.9 | 292.4 | ||
1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,11) | 394.9 | 1343.8 | 1141.6 | 1085.3 | 1394.1 | 273.5 | |||
1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,21) | 417.0 | 1438.4 | 1076.5 | 1133.8 | 1361.1 | 234.5 | |||
1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,31) | 371.2 | 1364.6 | 1144.7 | 1065.0 | 1431.8 | 279.5 | |||
1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,41) | 407.2 | 1355.9 | 1057.5 | 1089.1 | 1293.8 | 245.6 | |||
1.0 R(Gki)+1.4 R(Qki,51) | 429.9 | 1468.9 | 1193.8 | 1085.6 | 1462.4 | 175.8 | |||
验算结论 | 满足要求 | ||||||||
特征状态2验算 | 稳定效应∑R（Gki）li(kN.m) | 2269.0 | 2911.5 | 2555.6 | 2559.8 | 2922.2 | 2177.5 | ||
失稳效应 (kN.m) | ∑ R(Qki,01)li | 484.5 | 505.2 | 648.2 | 561.2 | 521.0 | 511.0 | ||
∑ R(Qki,11)li | 210.5 | 639.9 | 602.3 | 665.6 | 593.6 | 578.5 | |||
∑ R(Qki,21)li | 131.5 | 538.5 | 672.0 | 613.7 | 629.0 | 718.0 | |||
∑ R(Qki,31)li | 295.0 | 617.6 | 599.0 | 687.3 | 553.2 | 557.0 | |||
∑ R(Qki,41)li | 155.5 | 585.2 | 646.2 | 617.4 | 654.3 | 633.0 | |||
∑ R(Qki,51)li | 85.5 | 505.8 | 546.3 | 665.3 | 520.4 | 927.5 | |||
稳定性系数 | K01 | 4.76 | K11 | 4.68 | K21 | 4.66 | |||
K31 | 4.65 | K41 | 4.68 | K51 | 4.74 | ||||
验算结论 | 满足要求 | ||||||||
注：支座竖向力以向上为正，向下为负。
由上表可以得出，各工况下沿曲线外侧单车道通行，桥梁支座竖向反力均不出现负值，支座不会出现脱空现象；各墩顶横向抗倾覆稳定性系数均大于2.5，满足规范要求。故本桥采取“半幅施工，半幅通车”的施工方案满足施工期间桥梁稳定性要求。
本文通过一个整体式桥梁的养护维修实践，简要介绍了整体式桥梁在偏载下的倾覆机理和受力特征。通过建模计算，重点叙述了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362-2018中关于整体式桥梁抗倾覆的验算方法，并针对此类工程，提出以下建议，为此类桥梁在运营养护工作中提供参考。
1）在桥梁日常养护工作中，在关注桥梁本身上下部结构病害的同时，对类似于本工程的整体式独柱墩桥梁在结构体系上的隐患也要予以关注，对其应进行现状检测及验算评估，根据抗倾覆性能做综合整治。
2）结合以往桥梁倾覆事故案例不难看出，造成倾覆的原因中，超载是主因，故在运营及养护施工期间应对通行车辆严格按限载重量实行限载，并密切注意桥上交通状况，及时疏导，避免因堵车等原因造成桥上长时间单侧车辆满布的情况发生。
参考文献：
[1]JTG 3362-2018 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2015.9
[2] JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社,2018.7
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