桥梁独柱墩抗倾覆验算专题.pptx

1、技技术术中心：中心：郑伟郑伟独独 柱柱 墩墩 抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算 专专 题题北京北京迈迈达斯技达斯技术术有限公司有限公司目目 录录1234倾倾 覆覆 事事 故故 特特 征征规规 范范 验验 算算 说说 明明验验 算算 模模 型型 要要 点点CDN 抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算.倾倾 覆覆 事事 故故 特特 征征事事 故故 现现 场场.倾倾 覆覆 事事 故故2007年年-包包头头市民族市民族东东路高架路高架桥桥2012年年-哈哈尔尔滨滨阳明阳明滩滩匝道匝道桥桥2011年年-绍兴绍兴上虞春上虞春晖晖互通立交互通立交桥桥2015年年-粤粤赣赣高速城南互通高速城南互通C匝道匝道桥桥2021年

2、年-武黄高速与大广高速互通引武黄高速与大广高速互通引桥桥段段2020年年-无无锡锡312国道国道锡锡港路上跨港路上跨桥桥序号序号日期日期桥桥名名伤伤亡亡原因原因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.

3、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%.倾倾 覆覆 事事 故故事事 故故 原原 因因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整体式截面箱型截面，采用联端横向双支座（抗扭支座）+联联中横中横向向单单支座支座（点铰支座）的支承体系；2）发生倾覆事故的原因为偏心荷偏心荷载载作用，或结构的支承体系失效，或两者共同作用，在已发生的箱梁

4、桥倾覆事故中，重载车辆的偏载作用尤为突出；3）事故中结结构破坏无明构破坏无明显预显预兆兆、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。.倾倾 覆覆 事事 故故事事 故故 特特 征征混凝土箱梁混凝土箱梁津晋高速津晋高速 C 匝道匝道桥桥钢钢箱梁箱梁粤粤赣赣高速城南互通高速城南互通C匝道匝道桥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接触非线线性性和几何非几何非线线性性的有限元模型，分析重载车辆作用下箱梁桥倾覆机理，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

5、一部分作为刚体失去静力平衡”，属于承承载载能力极限状能力极限状态态的验算范畴。国内外相关规范基本采用“支反力支反力”和“刚刚体受力平衡体受力平衡”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。.倾倾 覆覆 事事 故故倾倾 覆覆 验验 算算 现现 状状.倾倾 覆覆 事事 故故倾倾 覆覆 轴轴 概概 念的念的问题问题https:/ 阴影部分为车辆作用的不利区域（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

6、柱墩的抗倾覆反而更好 规规范范验验算抛开算抛开倾倾覆覆轴轴概念，概念，验验算算结结果更果更为为不利不利.倾倾 覆覆 事事 故故支反力按矢量支反力按矢量计计算的算的问题问题 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，分别计算稳定作用和倾覆作用对倾覆轴的力矩，这样显然会使计算变

7、得很复杂，增加很多工作量。规规范范验验算抛开矢量算抛开矢量计计算，按有效支座到算，按有效支座到失效支座的失效支座的间间距来距来计计算。算。https:/ 范范 验验 算算 说说 明明.规规范范验验算算说说明明18 混混 规规 的的 验验 算算 条条 文文 特征状特征状态态1验验算算OK 特征状特征状态态2验验算算NGNGOK桥桥梁梁结结构抗构抗倾倾覆性能覆性能验验算通算通过过正常正常状状态态箱梁翻箱梁翻转转箱梁滑移箱梁滑移支座支座挤挤出出桥桥墩断裂墩断裂某一某一单单向受向受压压支座脱空支座脱空特征特征状状态态1整整联联箱梁抗箱梁抗扭支座失效扭支座失效特征特征状状态态2无非无非线线性性单单向支座

8、依向支座依次持次持续续脱空脱空边边界非界非线线性性箱梁箱梁变变形形发发散散几何非几何非线线性性 特征状特征状态态1验验算算规规范原文：在作用基本范原文：在作用基本组组合下，合下，单单向受向受压压支座始支座始终终保持受保持受压压状状态态。1.0永久作用永久作用 +1.4（1+u）汽）汽车车荷荷载载+1.05其他可其他可变变作用作用.规规范范验验算算说说明明18 混混 规规 的的 验验 算算 条条 文文 常常见见的永久作用的永久作用恒载、预应力、收缩徐变、沉降 常常见见的可的可变变作用作用汽车荷载、人群荷载、温度作用 车车道荷道荷载载+冲冲击击系数系数抗倾覆验算属于承载能力极限状态验算，为整体效应

9、验算，应选用车道荷载，并考虑冲击系数；.规规范范验验算算说说明明 特征状特征状态态2验验算算18 混混 规规 的的 验验 算算 条条 文文 按按标标准准值进值进行行组组合合标准组合所有荷载的分项系数取1.0 横向抗横向抗倾倾覆覆稳稳定系数定系数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规规范原文：按作用范原文：按作用标标准准值进值进行行组组合合时时（按本（按本规规范第范第7.1.1条取用）条取用）并并发发反力反力.规规范范验验算算说说明明18 混混 规规 的的 验验 算算 条条 文文 Civil中的永久作用中的永久作用恒荷载钢束一次、二次收缩徐变一

10、次、二次支座沉降 Civil中的可中的可变变作用作用汽车荷载（计入冲击系数）人群荷载整体升降温梯度升降温.验验 算算 模模 型型 要要 点点.验验算模型要点算模型要点工工 程程 案案 例例 介介 绍绍四跨预应力混凝土连续箱梁，1号墩3号墩为独柱墩；跨径布置：30m+235+30m；主梁全宽12m，单箱双室截面。.验验算模型要点算模型要点CAD 导导 入入 生生 成成 节节 点点 单单 元元绘绘制制单单位用位用mm，导导入注意入注意单单位位；建立建立图层图层，按不同，按不同线线段段进进行区分；行区分；将将线线段左端移到段左端移到CAD坐坐标标原点；原点；另存另存为为DXF文件文件-04版本；版本

11、；对对于曲于曲线桥线桥，需以直代曲。，需以直代曲。注注意意事事项项.验验算模型要点算模型要点边边 界界 条条 件件典型典型连续连续梁梁桥桥-支座布置原支座布置原则则 保保证证梁体不能梁体不能发发生生刚刚体位移体位移 允允许许梁体沿横梁体沿横桥桥向、向、纵桥纵桥向自由向自由变变形形单单向可向可动动支座支座固定固定支座支座双向可双向可动动支座支座单单向可向可动动支座支座双向可双向可动动支座支座单单向可向可动动支座支座双向可双向可动动支座支座单单向可向可动动支座支座 可以可以查查看看仅仅自重作用下的自重作用下的结结构弯矩和位移，构弯矩和位移，来判断来判断边边界条件是否模界条件是否模拟拟正确正确 单单

12、柱墩柱墩虽为单虽为单点支承，但不要点支承，但不要约约束束Rx静力荷静力荷载载工况工况荷荷载类载类型型数数值值荷荷载组载组分分类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-20kN/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-.验验算模型要点算模型要点定定 义义 荷荷 载载.

13、验验算模型要点算模型要点生生 成成 钢钢 束束 形形 状状数据数据对对称称输输入入钢钢束形状控制点束形状控制点.验验算模型要点算模型要点定定 义义 移移 动动 荷荷 载载仅仅考考虑虑偏偏载载即可即可 将所有支座的下将所有支座的下节节点点编编成成结结构构组组，定，定义义并并发发反力反力组组.验验算模型要点算模型要点建立建立Civil验验算模型的注意事算模型的注意事项项：1、需要、需要输输入入钢钢束束2、定、定义义施工施工阶阶段段3、所有支座下、所有支座下节节点点编编成成结结构构组组4、定、定义义并并发发反力反力组组建建 模模 总总 结结1、钢钢束二次属于永久作用，束二次属于永久作用，对对支反力分

14、配有影响支反力分配有影响2、做、做验验算，程序通算，程序通过过施工施工阶阶段来区分恒荷段来区分恒荷载载和使用荷和使用荷载载3、同、同时时需要注意所有支座需要注意所有支座节节点需要在施工点需要在施工阶阶段中激活段中激活4、验验算算时时各支反力，取汽各支反力，取汽车车荷荷载对载对各支点各支点产产生的并生的并发发反力反力钢钢束二次束二次钢钢束一次束一次为结为结构抗力，构抗力，钢钢束二次束二次为结为结构效构效应应(次内力次内力).CDN 抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算CDN 设设 置置 流流 程程Civil跨度自跨度自动读动读取取荷荷载组载组合必合必须须在在CDN中生成中生成12.抗抗 倾倾 覆覆 验验

15、 算算3456预应预应力构件力构件选选PSCCDN 设设 置置 流流 程程定定义义的目的：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

16、自行修改.抗抗 倾倾 覆覆 验验 算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 特征状特征状态态2-抗抗倾倾覆覆稳稳定系数定系数验验算算.抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算 特征状特征状态态1-支反力支反力验验算算查查 看看 验验 算算 结结 果果 特征状特征状态态1验验算算OK 特征状特征状态态2验验算算NGNGOK桥桥梁梁结结构抗构抗倾倾覆性能覆性能验验算通算通过过.抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算 特征状特征状态态1-支反力支反力验验算算倾覆41827.50191827.50197167.62249039.77597167.87071827.

17、43451827.4345倾覆81844.1413443.77806783.28998639.81786783.53821844.0740443.7105倾覆91993.8926593.529196402.63538802.1226402.88361993.8252593.46173输出最小值1827.5019443.77806402.63538639.81786402.88361827.4345443.7105调取组合倾覆4倾覆8倾覆9倾覆8倾覆9倾覆4倾覆8调取法二倾覆4倾覆8倾覆9倾覆8倾覆9倾覆4倾覆8手手 动动 校校 核核 验验 算算 结结 果果CDN验算结果节点号恒荷载钢束二次徐变

18、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 -1000.259680.8913-80.8900888990918696.42248348.95718696.42241459.2828-1459.63741029.2343-1459.39

19、09472.4151-14.879218.8125-14.87742.7358-0.02600.0376-0.02600.00360.0237-0.03380.0237-0.0034-0.02370.0338-0.02370.0034-241.6538103.0052-241.653895.0756120.8269-51.5026120.8269-47.53782242.70002260.18882242.70001923.3283-244.3106-298.5685-244.31060.0000446.8977570.2302446.897780.8913-446.8965-570.2293

20、-446.8965-80.8900921459.2828472.41512.73580.0036-0.00340.003495.0756-47.5378290.4793 -1000.259680.8913-80.8900切换到最后施工阶段，查结果表格切换到PostCS，查结果表格手手 动动 校校 核核 验验 算算 结结 果果.抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算 特征状特征状态态2-抗抗倾倾覆覆稳稳定系数定系数验验算算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86871853.61361853.6136-47.5412-47.541211863.1270-304.263888899

21、07668.77778826.81157669.0261120.8506-51.5364120.8506-91921853.54621853.5462-47.5412-47.541211862.6958-304.2638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86871853.61361853.61361019.3188-1047.801211863.1270-6705.92788889907668.77778826.81157669.02612034.22061241.2036

22、1101.6186-91921853.54621853.5462985.5488-743.754211862.6958-4760.0270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！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

23、取min为最不利；7、CDN按照最不利组合来输出结果。验验 算算 总总 结结1、JTG D62-2004混混规规不包含抗不包含抗倾倾覆覆验验算算项项2、让让程序判断出墩台位置，可以程序判断出墩台位置，可以读读取取Civil跨度信息跨度信息3、Civil无法生成无法生成倾倾覆覆组组合，必合，必须须在在CDN中重新生成中重新生成4、让让程序考程序考虑虑永久支座永久支座节节点及墩台位置，并点及墩台位置，并读读取支反力取支反力抗抗倾倾覆覆稳稳定系数定系数验验算要点：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、可变作用：整体升降温、梯度升降

24、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。.抗抗 倾倾 覆覆 验验 算算CDN设计设设计设置的注意事置的注意事项项：1、选择选择JTG 3362-20182、定、定义义跨度跨度3、生成、生成倾倾覆荷覆荷载组载组合合4、定、定义倾义倾覆覆验验算参数算参数支反力支反力验验算要点：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；拓拓 展展 部部 分分拓拓 展展 部部 分分单单

25、柱墩的加固方案柱墩的加固方案 一：一：边边墩墩设设置抗拔置抗拔约约束支座束支座通通过过在在边边墩墩设设置抗拔装置，避免因置抗拔装置，避免因边边支座的脱空而改支座的脱空而改变结变结构体系，增构体系，增强强横向抗横向抗倾倾覆性能覆性能方案方案优优点：抗拔点：抗拔销销装置构造装置构造简单简单，工程，工程规规模模较较小，施工方便，几乎不影响小，施工方便，几乎不影响桥桥上正常交通；上正常交通；方案缺点：不利于活方案缺点：不利于活载载工况，抗拔工况，抗拔销销受力大，构造受力大，构造设计难设计难度大；度大；仅仅在所需拉力在所需拉力较较小的情况下适用。小的情况下适用。拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱

26、墩的加固方案 一：一：边边墩墩设设置抗拔置抗拔约约束支座束支座通通过过在在边边墩墩设设置抗拔装置，避免因置抗拔装置，避免因边边支座的脱空而改支座的脱空而改变结变结构体系，增构体系，增强强横向抗横向抗倾倾覆性能覆性能法一：直接在法一：直接在边边支点支点约约束束Rx，是，是错误错误的！的！拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 一：一：边边墩墩设设置抗拔置抗拔约约束支座束支座通通过过在在边边墩墩设设置抗拔装置，避免因置抗拔装置，避免因边边支座的脱空而改支座的脱空而改变结变结构体系，增构体系，增强强横向抗横向抗倾倾覆性能覆性能法二：在独柱墩法二：在独柱墩节节点上点上约约束束Rx，该该

27、方法方法还还需需验证验证！拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 一：一：边边墩墩设设置抗拔置抗拔约约束支座束支座通通过过在在边边墩墩设设置抗拔装置，避免因置抗拔装置，避免因边边支座的脱空而改支座的脱空而改变结变结构体系，增构体系，增强强横向抗横向抗倾倾覆性能覆性能法三：在所有支点上法三：在所有支点上约约束束Rx拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 二：独柱墩加盖梁改多支承二：独柱墩加盖梁改多支承对对中中间间所有独柱墩墩所有独柱墩墩顶顶增增设设盖梁，将中墩盖梁，将中墩单单支承改支承改为为多支承，加多支承，加强强结结构抗扭构抗扭转变转变形能力形能力方案方案优优点

28、：根据点：根据计计算确定支承的距离，有条件算确定支承的距离，有条件时须时须确保在确保在3.4倍活倍活载载作用下作用下边边支座仍不支座仍不发发生脱空；生脱空；方案缺点：改方案缺点：改变变了原有箱梁横梁的受力模式，横梁由原来的了原有箱梁横梁的受力模式，横梁由原来的负负弯矩受力弯矩受力变为变为正弯矩受力，需正弯矩受力，需结结合合结结构配筋构配筋重新重新进进行行验验算；中墩存在算；中墩存在较较大的偏心距，需大的偏心距，需对处对处理后的中墩理后的中墩进进行行强强度度验验算；算；检查调检查调整后整后净净空。空。拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 三：独柱墩加三：独柱墩加强强改多支承改多

29、支承通通过过增增强强桩桩柱，以柱，以满满足改多支承后墩身内力增加的需要，并加足改多支承后墩身内力增加的需要，并加强强主梁中墩主梁中墩处处的扭的扭转转能力能力a、桥宽较桥宽较大大时时，可在原有墩柱两，可在原有墩柱两侧侧增增设设墩柱墩柱拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 三：独柱墩加三：独柱墩加强强改多支承改多支承通通过过增增强强桩桩柱，以柱，以满满足改多支承后墩身内力增加的需要，并加足改多支承后墩身内力增加的需要，并加强强主梁中墩主梁中墩处处的扭的扭转转能力能力b、包裹墩柱，必要、包裹墩柱，必要时时可在原有可在原有桩桩基两基两侧侧增增设桩设桩基，通基，通过过承台承台连连接形成

30、群接形成群桩桩拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 四：拉大四：拉大边边支座支座间间距距边边墩墩处处加加长长端横梁及盖梁，必要端横梁及盖梁，必要时时需增需增设设盖梁，以拉开盖梁，以拉开边边支座支座间间距，加距，加强强结结构抗扭构抗扭转变转变形形拓拓 展展 部部 分分单单柱墩的加固方案柱墩的加固方案 二：独柱墩二：独柱墩单单支承改多支承支承改多支承模型模型调调整的注意事整的注意事项项：1）新增支座与原独柱墩支座，做成支座上下两排）新增支座与原独柱墩支座，做成支座上下两排节节点；点；2）边边界条件：一般支承界条件：一般支承+弹弹性性连连接接+刚刚性性连连接接3）编辑结编辑结构构组组，区分支座，区分支座节节点点结结构构组组和并和并发发反力反力结结构构组组4）修改并）修改并发发反力反力5）修改支座沉降）修改支座沉降6）修改基）修改基频频谢谢 谢谢微信公众号微信公众号视频视频中心中心