【科技日报】面对“不堪重负”的独柱墩,大家该怎么办?

发布日期:2019-10-14浏览次数:13

通讯员 葛志亮 雷宁


无锡高架桥坍塌事故,引发社会高度关注。连日来,众多媒体和专家也都发表了相关报道与评论,将事故原因指向桥梁的独柱墩设计和车辆超载。也有网友对目前国内大量存在的独柱墩桥梁产生担忧。


那么,我国在桥梁建设上为什么会采用独柱墩?独柱墩又有哪些优势与缺陷?今后又该如何预防类似的事故再次发生?13日,科技日报记者再次采访了国内相关专家。

  

“独柱墩桥梁,就是只用一个桥墩来支撑整个高架桥。独柱墩桥梁的使用由来已久,中国乃至全球范围内都比较常见的一种桥梁结构,在城市立交、公路跨线时经常采用。”56net亚洲必赢游戏研究员级高级工程师徐程说。“这种设计优点是其截面形式的流畅、独柱墩占用桥下空间小、节约占地,改善下部结构布局、增加视野和桥形体美观。特别是跨线斜交时可采用较小的跨径跨越,较为经济。


常州工程职业技术学院建工学院院长魏建军教授告诉记者,在城市交通中设计的高架桥、跨线桥多采用梁桥。梁桥也是目前应用最多的桥梁形式。梁桥分为简支梁桥和连续梁桥,一般跨越不超过40米的空间时多采用简支梁桥结构。桥墩主要起到支撑桥跨自重和桥面上荷载的作用,桥墩的形式有重力式独柱墩、双柱墩、V型墩等多种形式。设计者往往根据桥梁荷载情况、现场地基情况和交通组织等情况选择。


江苏无锡高架桥侧翻事故现场


魏建军先容,一般情况下,桥墩与桥梁面等宽或接近宽度支撑时,跑在桥面上的车辆荷载对桥梁面产生的扭矩很小,因此桥梁比较稳定。但是当桥梁跨越地面道路时,如果再采用这种双柱墩或者整体重力桥墩时则会带来影响交通视线、影响地面交通组织、占用较大地面交通面积以及桥墩桩基成本较高等诸多问题。因此,我国从国外引进了单墩的设计。它较好地解决了交通组织、占用土地、施工费用高等问题,在城市桥梁建设中应用广泛、效果好。



独柱墩的“先天不足”




“但是,独柱墩在设计上存在‘先天不足',因为只有一个桥墩,(相比其它桥墩结构)墩顶抗扭能力较弱,除非墩梁固结”徐程针对此次无锡K315处上跨锡港路桥发生梁体一侧整体侧翻事故分析说。



徐程告诉记者,在我国,出现独柱墩桥梁发生倾覆事故主要原因是我国重型车辆超载比较严重,多辆严重超载货车或重型车辆一起沿着独柱墩桥梁的单侧行驶,从而引起桥梁严重偏载,使桥梁支座出现了单边脱空,导致桥梁梁体横向侧翻。


“对于柱式单墩,支座则直接固定在墩顶。在设计这种单墩支撑的桥梁时,在其连续梁的端部,通常会设置双墩和盖梁来支撑整个桥面的稳定。当桥面发生扭转时,桥梁端部的双墩结构提供了强大的抗倾覆扭矩来抵抗桥面的转动。”魏建军说。


徐程提出,新建桥梁应充分考虑道路交通饱和、超载严重的交通现实,特别要重视其横向抗倾覆体系的设计。交通运输部于2018年11月1日颁布实行的新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》明确要求进行横向抗倾覆设计。


强大的扭动力

会使得梁体发生转动




有人提出,桥梁侧倾翻为啥没有任何征兆而突然发生?


“这是由于桥梁梁身的自重很大,梁身与桥墩之间还有个缓冲的构造物叫支座。支座是夹在桥墩顶面和桥梁梁身底面之间的柔性结构物,它的作用是传递荷载和调节变形。”魏建军说,支座一般有数层橡胶片与薄钢板压制成的板式橡胶支座、将橡胶块半封闭在钢制盆腔内的盆式橡胶支座等。


魏建军先容,对于双柱式桥墩,为将桥墩连接成整体来增强其侧向刚度,一般在桥墩上面设计有连梁(行业中称为盖梁),从而使得两个桥墩与盖梁整体浇筑成为一体。支座分布在盖梁上。


支座对梁体也是没有拉结作用的,一旦桥梁在突发的超限荷载作用后发生扭转,梁体就会发生侧滑。在设计中为了防止梁体侧滑,在盖梁的两端会设计两个混凝土挡块。但是,在梁体硕大的重力作用下,混凝土挡块起到的作用非常有限。


“大家从无锡事故情况来说,从其破坏断面看就是典型的整体侧翻,梁体完整。如同众多行业专家分析所说,是强大的扭动力使得梁体发生转动,从而发生梁体滑落。目前,已引起了行业的广泛研究和重视,正在寻找解决的办法。”魏建军说。



如何避免类似事故

再次发生




对于该如何有效预防和避免单墩桥梁发生侧翻和坍塌事故?徐程说,“在我国,出现独柱墩桥梁发生倾覆事故主要原因是我国重型车辆超载比较严重,多辆严重超载货车或重型车辆一起沿着独柱墩桥梁的单侧行驶,从而引起桥梁严重偏载,使桥梁支座出现了单边脱空,导致桥梁梁体横向侧翻。”


徐程认为,在抗倾覆构造措施方面,应当注意做好最后的防线,即使支座验算不出现脱空,也应当注意可能产生的横向滑移,设置足够有效的横向抗滑移构造措施(挡块、限位块等),或采用墩梁固结。


同时,对现有的独柱墩桥梁,应加强交通状况的调研工作,对结构进行抗倾覆验算,对支座的使用状况进行检测,对于抗倾覆安全系数较低的桥梁可采用压重、设置支座抗拉装置或在独柱墩的左右两侧各添加一个墩,重新布局支座加固等方式加强,结合桥梁自身情况,选取合理的增强桥梁横向抗倾覆措施。


徐程先容,美国自1971年开始逐渐将限位器用于公路桥梁来防止相邻桥梁之间产生过大的相对位移,用于防止地震作用时桥跨发生落梁;日本在1972年的《道路桥耐震设计指针讲解》中引入了防落梁的规定,日本2002年3月刊布使用的《道路桥示方书同讲解·耐震设计篇》要求要特别考虑桥梁系统整体的抗震性能, 把支座、连梁装置作为主要结构构件进行设计。


记者了解到,我国现行《公路工程抗震设计规范》也提到了应考虑防落梁的措施,但对其设计还没有量化的规定。目前,就防止梁从支座上滑落下来的装置来说,常用的防落梁装置有:设置在梁底,连接梁体与墩身的防落梁装置;设置在梁体侧面,连接相邻梁体的防落梁装置。在此基础上,已开发了很多带有阻尼和吸震功能的防落梁系统。


据了解,这次事故暴露出的问题,不仅仅是道路交通管理问题,还涉及到道路建设规划、设计以及城市管理等更为深层次的问题。


魏建军提出,超限车的管理和治理是当务之急,交通与城市管理部门需要高度重视,严格管理,在桥梁相关入口处挂出超限警示牌,并采用有效措施杜绝超限车辆上桥。对于周边人员密集、跨地方干线、城市市政桥梁等重要部位的桥梁,建议建设方和设计院加大安全储备和技术投入,在桥梁梁体和桥墩之间设计防落梁系统。


记者从江苏省交通运输厅了解到,为治理高速公路超载问题,该省正在全面加强信息化水平。至10月底前,全省各高速公路入口的900套称重设施将全部安装完成。全省交通综合执法部门将依托货车专用检测系统,确保不超限车辆和大件运输许可白名单车辆正常驶入各入口,全面拒绝超限超载车辆驶入高速公路。


专家表示,提高设计标准意味着工程造价的大幅提高,再坚固的桥梁,也无法满足无限制的超载,因此,加强桥梁的监控与维护、治理超载才是根本。

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