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面对“不堪重负”的独柱墩,我们该怎么办?

时间:2019-11-04 11:56:28

《科学技术日报》记者郭郭忠

记者葛志良雷宁

无锡高架桥的倒塌引起了社会的极大关注。近日,许多媒体和专家也发表了相关报道和评论,指出事故原因是桥梁单墩设计和车辆超载。一些网民也担心中国有大量的单柱式桥墩。

那么,我国为什么在桥梁建设中使用单柱式桥墩呢?单柱式桥墩的优缺点是什么?我们怎样才能防止类似的事故在将来再次发生?13日,《科技日报》记者再次采访了国内相关专家。

江苏无锡高架桥翻车事故现场

单柱式桥墩已解决

桥梁建设中的许多问题

“独柱墩桥,是支撑整个高架桥的唯一一个桥墩。独柱式桥墩桥梁的使用历史悠久,是中国乃至世界上常见的桥梁结构。它通常用于城市立交桥和公路交叉口。”江苏建筑工程学院高级研究员工程师徐程说。这种设计具有横截面平滑、独柱式桥墩占用桥下空间小、节省占地面积、改善下部结构布局、增加视野和桥梁外形美观等优点。特别是,跨线斜交可以采用更小的跨度,这样更经济。”

常州工程技术学院院长魏建军教授告诉记者,桥梁主要用于城市交通中设计的高架桥和立交桥。梁桥也是目前应用最广泛的桥梁形式。梁桥分为简支梁桥和连续梁桥。跨度小于40米时,一般采用简支梁桥结构。桥墩主要支撑桥跨自重和桥面荷载。桥墩有多种形式,如重力式单柱式桥墩、双柱桥墩、V形桥墩等。设计师通常根据桥梁荷载、场地基础条件和交通组织进行选择。

江苏无锡高架桥翻车事故现场

魏建军表示,在正常情况下,当桥墩和桥面支撑在相同宽度或接近相同宽度时,桥面上行驶的车辆荷载产生的扭矩非常小,因此桥梁相对稳定。但是,当桥梁穿越地面道路时,如果再次采用这种双柱墩或整体重力墩,会带来影响交通景观、影响地面交通组织、占用较大地面交通面积、墩桩基成本较高等诸多问题。因此,我国从国外引进了单墩设计。它解决了交通组织、占地、造价高等问题。它广泛应用于城市桥梁建设,效果良好。

独柱式桥墩的“先天不足”

“然而,在单柱式桥墩的设计中存在‘先天不足’,因为只有一个桥墩,且桥墩顶部的抗扭能力很弱(与其他桥墩结构相比),除非桥墩和横梁被加固。”徐程在回应无锡西岗k315公路大桥横梁一侧整体翻车事故的分析时说。

徐程告诉记者,在我国,独柱式桥墩大桥倾覆事故的主要原因是我国重型车辆超载比较严重。许多重载卡车或重型车辆一起沿着独柱式桥墩桥的一侧行驶,从而导致桥梁严重超载,导致桥梁支座单边滑落,并导致桥梁侧向侧倾。

“对于柱式单墩,支座直接固定在墩顶。在设计这种单墩支撑桥时,通常在连续梁的末端安装双墩和盖梁来支撑整个桥面的稳定性。桥面扭转时,桥端的双墩结构提供强大的抗倾覆力矩,以抵抗桥面的转动。”魏建军说道。

徐程建议新建桥梁应充分考虑道路交通饱和和严重超载的交通现实,并特别注意其横向抗倾覆系统的设计。交通部2018年11月1日颁布实施的新《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》明确要求横向抗倾覆设计。

强大的扭力

梁体可以旋转

有人问,为什么这座桥突然翻了,没有任何预警?

“这是由于桥梁梁体的重量很重,梁体和桥墩之间有一个缓冲结构叫做支撑。支架是夹在桥墩顶面和梁体底面之间的柔性结构。它的功能是传递载荷和调节变形。”魏建军表示,轴承一般包括由多层橡胶板和薄钢板压制而成的板式橡胶轴承,以及将橡胶块半封闭在钢制盆腔内的盆式橡胶轴承。

江苏无锡高架桥翻车事故现场

魏建军介绍说,对于双柱桥墩,为了将桥墩连接成一个整体以增强其横向刚度,通常在桥墩上设计连接梁(业内称为盖梁),从而使两个桥墩和盖梁整体浇铸成一个整体。支架分布在盖梁上。

支撑对梁体也没有约束作用。一旦桥梁在突然超限荷载后发生扭曲,梁体就会侧向滑动。为了防止横梁侧滑,将在盖梁两端设计两个混凝土挡块。然而,在梁体的强大重力作用下,混凝土砌块的作用非常有限。

“从无锡的事故中,我们可以从它的故障部分看出,这是典型的梁完好无损的整体翻转。正如许多行业专家所说,正是强大的扭力导致横梁旋转,从而导致横梁滑下。目前,它已吸引了业界的广泛研究和关注,并正在寻找解决方案。”魏建军说道。

如何避免类似事故

如何有效防止和避免单墩桥梁倾翻和倒塌?徐程说,“在我国,独柱式桥墩桥梁倾覆事故的主要原因是我国重型车辆超载比较严重。几辆超载严重的卡车或重型车辆一起沿独柱式桥墩一侧行驶,造成桥梁荷载严重不平衡,导致桥梁支座单边滑落,桥梁侧向侧倾。”

徐程认为,在抗倾覆结构措施方面,应注意最后一道防线。即使轴承检查中没有空隙,也应注意可能的横向滑动、足够有效的横向防滑结构措施(止动块、限位块等)。)应设置,或应采用墩梁固结。

江苏无锡高架桥翻车事故现场清理完毕

同时,对于现有的单柱式桥墩桥梁,应加强交通调查,对结构进行抗倾覆验算,检测支座的使用情况。对于抗倾覆安全系数低的桥梁,可通过加重、设置承重抗拉装置或在单柱式桥墩左右两侧各增加一个桥墩、重新布置承重钢筋等方式进行加固。结合桥梁自身情况,选择合理的措施来提高桥梁的横向抗倾覆能力。

徐程说,自1971年以来,美国已经逐渐在公路桥梁中使用限制器,以防止相邻桥梁之间过度的相对位移,并防止桥梁在地震中倒塌。1972年,日本在《公路桥梁抗震设计指南》中引入了防落梁条款。2002年3月,日本出版并使用了《公路桥梁指南和抗震设计指南》,该指南要求应特别考虑桥梁系统的整体抗震性能,并将支座和连梁装置设计为主要结构构件。

记者了解到,中国现行的《公路工程抗震设计规范》也提到应考虑防止梁下落的措施,但对其设计没有定量规定。目前,在防梁脱落装置方面,常用的防梁脱落装置包括:防梁脱落装置,设置在梁的底部,连接梁体和墩体;设置在梁体侧面并与相邻梁体连接的防落梁装置。在此基础上,开发了许多具有阻尼和减震功能的防落梁系统。

据了解,此次事故暴露出的问题不仅是道路交通管理问题,更是道路建设规划、设计和城市管理等更为深刻的问题。

魏建军指出,超限车辆的管理和控制是重中之重。交通和城管部门要高度重视严格管理,在桥梁相关入口设置超限警示标志,采取有效措施防止超限车辆登桥。对于周围人员密集的桥梁、跨越地方干线的桥梁、城市市政桥梁等重要部位,建议建设方和设计院增加安全储备和技术投资,在桥梁梁体和桥墩之间设计防落梁体系。

记者从江苏省交通厅了解到,该省正在全面加强信息化水平,以解决高速公路超载问题。到10月底,全省高速公路入口将安装900套称重设备。该省的交通综合执法部门将依靠卡车的特殊检查系统,以确保不超过限制的车辆和被允许进入主要运输许可证白名单的车辆将正常进入所有入口,并将完全拒绝允许超过限制和超载的车辆进入高速公路。

专家表示,提高设计标准意味着项目成本的大幅增加。不管这座桥有多坚固,它都无法承受无限的超载。因此,加强桥梁的监测和维护,控制超载至关重要。

来源:科技日报文章中的图片来自互联网。

编辑:陈克轩(实习)

审计:王小龙