独柱墩抗倾覆验算专题.pdf

1、技术中心：郑伟北京迈达斯技术有限公司独 柱 墩 抗 倾 覆 验 算 专 题目 录倾 覆 事 故 特 征1234规 范 验 算 说 明验 算 模 型 要 点CDN 抗 倾 覆 验 算.倾 覆 事 故 特 征事 故 现 场.倾 覆 事 故2007年-包头市民族东路高架桥2012年-哈尔滨阳明滩匝道桥2011年-绍兴上虞春晖互通立交桥2015年-粤赣高速城南互通C匝道桥2021年-武黄高速与大广高速互通引桥段2020年-无锡312国道锡港路上跨桥序号日期桥名伤亡原因12007.10包头市民族东路高架桥4伤三辆半挂牵引重型货车，鱼贯行驶22009.7津晋高速 C 匝道桥6死4伤三辆严重超载货车在匝道桥

2、上靠右密集停车42011.2绍兴上虞104国道春晖立交桥3伤四辆满载货物的货车先后上匝道，最前面运棉籽的货车抛锚检修，后3辆运煤车从右侧超越52012.8哈尔滨阳明滩大桥匝道桥3死5伤四辆货车都超载300%，同时集中靠右侧行驶62015.6粤赣高速城南互通C匝道桥1死4伤四辆大货车超载，鱼贯行驶72019.10无锡312国道锡港路上跨桥3死2伤两辆重型平板半挂车严重超载且间距较近（160t/32t、超载400%；160t/29t、超载455%）82021.12鄂州武黄高速与大广高速互通引桥段4死8伤三辆货车同向行驶，其中一辆是大件运输车，重达190t，超载400%.倾 覆 事 故事 故 原 因

3、这些桥梁在结构类型、事故原因和破坏特征上基本相同：1）发生倾覆事故的桥梁基本采用整体式截面箱型截面，采用联端横向双支座（抗扭支座）+联中横向单支座（点铰支座）的支承体系；2）发生倾覆事故的原因为偏心荷载作用，或结构的支承体系失效，或两者共同作用，在已发生的箱梁桥倾覆事故中，重载车辆的偏载作用尤为突出；3）事故中结构破坏无明显预兆、猝然发生、危害极大；事故后主梁、桥墩的整体性能基本保持良好。津晋高速 C 匝道桥.倾 覆 事 故事 故 特 征混凝土箱梁钢箱梁粤赣高速城南互通C匝道桥参照结构倒塌机理分析采用的有限元分析，国内学者建议采用考虑接触非线性和几何非线性的有限元模型，分析重载车辆作用下箱梁桥

4、倾覆机理，但未提出统一的倾覆破坏模式。按照工程结构可靠性设计统一标准（GB 50153-2008）条文4.1.1规定，箱梁桥的倾覆破坏形式为“整个结构或其一部分作为刚体失去静力平衡”，属于承载能力极限状态的验算范畴。国内外相关规范基本采用“支反力”和“刚体受力平衡”进行倾覆稳定性验算，箱梁匝道桥的抗倾覆性能套用这两项验算要求时，存在下列问题：a）忽略了倾覆过程中箱梁、支座和墩台的相互作用；b）忽略了箱梁的弯剪扭复合受力状态；c）忽略了传统倾覆稳定计算方法的适用条件。.倾 覆 事 故倾 覆 验 算 现 状.倾 覆 事 故倾 覆 轴 概 念 的 问 题https:/ 阴影部分为车辆作用的不利区域（

5、倾覆力矩区域）非阴影部分为恒载产生的有利区域（稳定力矩区域）按倾覆轴概念，弯桥和独柱墩的抗倾覆反而更好 规范验算抛开倾覆轴概念，验算结果更为不利.倾 覆 事 故支 反 力 按 矢 量 计 算 的 问 题https:/ 1）将各支承截面处的恒载和活载产生对应的力矩分别求和时，力矩矢量都是平行于梁轴线切线方向的；2）对于直线桥，梁轴线为直线，力矩矢量方向都相同。但对于曲线桥，梁轴线为曲线，力矩矢量方向是处处变化的；3）各力矩是相对于不同的轴线取矩的，把不同方向且对不同轴线的力矩直接进行标量求和，所得结果没有确切的力学意义；4）如果要准确计算出稳定效应和失稳效应，需要引入倾覆轴的概念，分别计算稳定作

6、用和倾覆作用对倾覆轴的力矩，这样显然会使计算变得很复杂，增加很多工作量。规范验算抛开矢量计算，按有效支座到失效支座的间距来计算。.规 范 验 算 说 明.规范验算说明18 混 规 的 验 算 条 文 特征状态1验算 特征状态2验算OKNGOKNG桥梁结构抗倾覆性能验算通过正常状态某一单向受压支座脱空单向支座依次持续脱空整联箱梁抗扭支座失效箱梁变形发散箱梁翻转箱梁滑移支座挤出桥墩断裂特征状态1特征状态2无非线性边界非线性几何非线性 特征状态1验算规范原文：在作用基本组合下，单向受压支座始终保持受压状态。1.0永久作用+1.4（1+u）汽车荷载+1.05其他可变作用.规范验算说明18 混 规 的

7、验 算 条 文 常见的永久作用恒载、预应力、收缩徐变、沉降 常见的可变作用汽车荷载、人群荷载、温度作用 车道荷载+冲击系数抗倾覆验算属于承载能力极限状态验算，为整体效应验算，应选用车道荷载，并考虑冲击系数；特征状态2验算规范原文：按作用标准值进行组合时（按本规范第7.1.1条取用）.规范验算说明18 混 规 的 验 算 条 文 按标准值进行组合标准组合所有荷载的分项系数取1.0 横向抗倾覆稳定系数k=2.5综合考虑该简化分析方法的偏差系数和实际车辆密集排布情况下汽车荷载效应的放大系数并发反力.规范验算说明18 混 规 的 验 算 条 文 Civil中的永久作用恒荷载钢束一次、二次收缩徐变一次、

8、二次支座沉降 Civil中的可变作用汽车荷载（计入冲击系数）人群荷载整体升降温梯度升降温.验 算 模 型 要 点.验算模型要点工 程 案 例 介 绍四跨预应力四跨预应力混凝土混凝土连续连续箱梁，箱梁，1号墩号墩3号墩为独柱墩；号墩为独柱墩；跨径布置：跨径布置：30m+235+30m；主梁主梁全全宽宽12m，单箱，单箱双双室截面。室截面。.验算模型要点CAD 导 入 生 成 节 点 单 元绘制单位用mm，导入注意单位；建立图层，按不同线段进行区分；将线段左端移到CAD坐标原点；另存为DXF文件-04版本；对于曲线桥，需以直代曲。注意事项.验算模型要点边 界 条 件典型连续梁桥-支座布置原则 保证

9、梁体不能发生刚体位移 允许梁体沿横桥向、纵桥向自由变形固定支座单向可动支座单向可动支座单向可动支座单向可动支座双向可动支座双向可动支座双向可动支座 可以查看仅自重作用下的结构弯矩和位移，来判断边界条件是否模拟正确 单柱墩虽为单点支承，但不要约束Rx.验算模型要点定 义 荷 载静力荷载工况荷载类型数值荷载组分类自重施工阶段荷载Z=-1.04自重施工荷载端横梁施工阶段荷载-102kN/m自重桥面铺装施工阶段荷载-20 kN/m二期防撞栏杆施工阶段荷载-10kN/m、偏心5.75m二期预应力施工阶段荷载1395Mpa预应力整体升温温度荷载20C默认值使用荷载整体降温温度荷载-20C默认值梯度升温温度

10、梯度T1=14C /T2=5.5C默认值梯度降温温度梯度T1=-7C /T2=-2.75C默认值支座沉降-10mm-收缩徐变-3650d-.验算模型要点生 成 钢 束 形 状数据对称输入钢束形状控制点.验算模型要点定 义 移 动 荷 载仅考虑偏载即可 将所有支座的下节点编成结构组，定义并发反力组.验算模型要点建 模 总 结建立Civil验算模型的注意事项：1、需要输入钢束2、定义施工阶段3、所有支座下节点编成结构组4、定义并发反力组1、钢束二次属于永久作用，对支反力分配有影响2、做验算，程序通过施工阶段来区分恒荷载和使用荷载3、同时需要注意所有支座节点需要在施工阶段中激活4、验算时各支反力，取

11、汽车荷载对各支点产生的并发反力钢束二次钢束一次为结构抗力，钢束二次为结构效应(次内力).CDN 抗 倾 覆 验 算.抗 倾 覆 验 算CDN 设 置 流 程Civil跨度自动读取荷载组合必须在CDN中生成123456预应力构件选PSCCDN 设 置 流 程定义的目的：选择永久支座的节点，并分配给对应的墩台；支持自动提取的边界信息，并添加所有的墩台；“用户输入反力结果”勾选则表格中（永久作用RGk、可变作用RQk、Li）结果亮显，用户可以根据由其他途径得到的上部结构反力对表格进行填写；“左倾斜角l”、“右倾斜角r”默认为90度，表示每个桥墩处支座横向连线与纵梁结构线垂直布置（即正交桥），如果为斜

12、交桥，用户可根据实际情况修改此斜交角度值。横向抗倾覆稳定性系数k默认为2.5（公路桥），铁路桥取值与墩台材料、主力/主力附加组合有关，参考17铁混规条文5.2.2，用户可自行修改.抗 倾 覆 验 算对于每个桥墩而言，支座节点从上到下即为定义从“左”到“右”此处会影响抗倾覆稳定系数验算中的左右倾查 看 验 算 结 果 特征状态1-支反力验算 特征状态2-抗倾覆稳定系数验算.抗 倾 覆 验 算 特征状态1验算 特征状态2验算OKNGOKNG桥梁结构抗倾覆性能验算通过手 动 校 核 验 算 结 果 特征状态1-支反力验算.抗 倾 覆 验 算倾覆4倾覆8倾覆9输出最小值调取组合 调取法二1827.50

13、191844.14131993.89261827.5019 倾覆4倾覆41827.5019443.7780593.52919443.7780 倾覆8倾覆87167.62246783.28996402.63536402.6353 倾覆9倾覆99039.77598639.81788802.1228639.8178 倾覆8倾覆87167.87076783.53826402.88366402.8836 倾覆9倾覆91827.43451844.07401993.82521827.4345 倾覆4倾覆41827.4345443.7105593.46173443.7105 倾覆8倾覆8CDN验算结果节点号恒

14、荷载钢束二次徐变二次收缩二次整体升温整体降温梯度升温梯度降温左偏-max左偏-min沉降-max沉降-min861459.2828472.48202.73630.0036-0.00340.003495.0756-47.53781923.32830.000080.8913-80.8900871459.2828472.48202.73630.0036-0.00340.003495.0756-47.5378290.4793-1000.259680.8913-80.8900888696.4224-1459.6374-14.8792-0.02600.0237-0.0237-241.6538120.826

15、92242.7000-244.3106446.8977-446.8965898348.95711029.234318.81250.0376-0.03380.0338103.0052-51.50262260.1888-298.5685570.2302-570.2293908696.4224-1459.3909-14.8774-0.02600.0237-0.0237-241.6538120.82692242.7000-244.3106446.8977-446.8965911459.2828472.41512.73580.0036-0.00340.003495.0756-47.53781923.32

16、830.000080.8913-80.8900921459.2828472.41512.73580.0036-0.00340.003495.0756-47.5378290.4793-1000.259680.8913-80.8900切换到最后施工阶段，查结果表格切换到PostCS，查结果表格手 动 校 核 验 算 结 果 特征状态2-抗倾覆稳定系数验算.抗 倾 覆 验 算87最不利节点号永久作用可变作用支座间距Li稳定弯矩失稳弯矩861853.6136-47.5412871853.6136-47.541211863.1270-304.2638887668.7777120.8506-898826.

17、8115-51.5364-907669.0261120.8506-911853.5462-47.5412921853.5462-47.541211862.6958-304.2638同侧失效23725.8229-608.527587与92ki38.98896.46.4倾覆1487最不利节点号永久作用可变作用支座间距Li稳定弯矩失稳弯矩861853.61361019.3188871853.6136-1047.801211863.1270-6705.9278887668.77772034.2206-898826.81151241.2036-907669.02611101.6186-911853.54

18、62985.5488921853.5462-743.754211862.6958-4760.0270同侧失效23725.8229-11465.954787与92ki倾覆182.06926.46.4Q：为什么有时候CDN输出的左右倾倾覆方向，与Civil的支座编号相反？A：CDN倾覆验算参数表格中，自动生成功能按照每个桥墩定义一组支座节点，这里也是控制“左-右倾”的控制项；对于每个桥墩而言，支座节点从上到下即为定义从“左”到“右”，与单元坐标轴无关！验 算 总 结CDN设计设置的注意事项：1、选择JTG 3362-20182、定义跨度3、生成倾覆荷载组合4、定义倾覆验算参数1、JTG D62-2

19、004混规不包含抗倾覆验算项2、让程序判断出墩台位置，可以读取Civil跨度信息3、Civil无法生成倾覆组合，必须在CDN中重新生成4、让程序考虑永久支座节点及墩台位置，并读取支反力支反力验算要点：1、结果表格中可以输出所有荷载的支反力；2、钢束一次为抗力，钢束二次为效应；3、收缩徐变一次，结构自发变形，无内力；4、收缩徐变二次，变形引起的次内力，无变形；5、沉降、左偏按照max、min、all输出；6、支反力验算，选取min为最不利；7、CDN按照最不利组合来输出结果。抗倾覆稳定系数验算要点：1、沉降和移动荷载取min，且考虑并发反力；2、永久作用：恒荷载、钢束二次、收缩徐变二次、沉降；3

20、、可变作用：整体升降温、梯度升降温、移动荷载；4、倾覆弯矩和失稳弯矩计算，同侧支座考虑为失效支座；5、当失稳弯矩为正值时，不会失稳，程序输出9999；6、当模型只设置单侧偏载时，对侧支点的倾覆弯矩只有温度等可变作用下的弯矩值。.抗 倾 覆 验 算拓 展 部 分拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 一：边墩设置抗拔约束支座通过在边墩设置抗拔装置，避免因边支座的脱空而改变结构体系，增强横向抗倾覆性能方案优点：抗拔销装置构造简单，工程规模较小，施工方便，几乎不影响桥上正常交通；方案缺点：不利于活载工况，抗拔销受力大，构造设计难度大；仅在所需拉力较小的情况下适用。拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方

21、案 一：边墩设置抗拔约束支座通过在边墩设置抗拔装置，避免因边支座的脱空而改变结构体系，增强横向抗倾覆性能法一：直接在边支点约束Rx，是错误的！拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 一：边墩设置抗拔约束支座通过在边墩设置抗拔装置，避免因边支座的脱空而改变结构体系，增强横向抗倾覆性能法二：在独柱墩节点上约束Rx，该方法还需验证！拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 一：边墩设置抗拔约束支座通过在边墩设置抗拔装置，避免因边支座的脱空而改变结构体系，增强横向抗倾覆性能法三：在所有支点上约束Rx拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 二：独柱墩加盖梁改多支承对中间所有独柱墩墩顶增设盖梁，将中墩单支承

22、改为多支承，加强结构抗扭转变形能力方案优点：根据计算确定支承的距离，有条件时须确保在3.4倍活载作用下边支座仍不发生脱空；方案缺点：改变了原有箱梁横梁的受力模式，横梁由原来的负弯矩受力变为正弯矩受力，需结合结构配筋重新进行验算；中墩存在较大的偏心距，需对处理后的中墩进行强度验算；检查调整后净空。拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 三：独柱墩加强改多支承通过增强桩柱，以满足改多支承后墩身内力增加的需要，并加强主梁中墩处的扭转能力a、桥宽较大时，可在原有墩柱两侧增设墩柱拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 三：独柱墩加强改多支承通过增强桩柱，以满足改多支承后墩身内力增加的需要，并加强主梁中墩处的扭转能力b、包裹墩柱，必要时可在原有桩基两侧增设桩基，通过承台连接形成群桩拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 四：拉大边支座间距边墩处加长端横梁及盖梁，必要时需增设盖梁，以拉开边支座间距，加强结构抗扭转变形拓展部分单 柱 墩 的 加 固 方 案 二：独柱墩单支承改多支承模型调整的注意事项：1）新增支座与原独柱墩支座，做成支座上下两排节点；2）边界条件：一般支承+弹性连接+刚性连接3）编辑结构组，区分支座节点结构组和并发反力结构组4）修改并发反力5）修改支座沉降6）修改基频谢 谢微信公众号视频中心