眾所周知，橋梁設計的首要原則就是安全，工程師的職責就是保證所設計的橋梁結構在安全的前提下正常使用，這是工程師的底線，同時也是工程法律法規(guī)的底線。但是，這一底線在近年來頻頻遇到挑戰(zhàn)，多座高架橋梁在重車偏載的作用下發(fā)生整體傾覆，給我們橋梁設計人員和社會大眾敲響了警鐘?；诖耍覀兿刖凸窐蛄嚎箖A覆問題做一些探討，并提出相應的建議，以盡綿薄之力。
第1章 獨柱墩的合理性
觀察過去十多年的橋梁傾覆典型案例我們發(fā)現(xiàn)以下兩個比較明顯的特點：
1.事故橋梁中的簡支梁均為小間距雙支座的鋼箱梁；
2.事故橋梁中的連續(xù)梁均為聯(lián)端雙支座，中支點為獨柱墩加單支座的結構體系。
這兩個特點揭示了過去高架橋梁發(fā)生整體傾覆事故的必要條件：簡支梁為小間距雙支座鋼箱梁，多跨連續(xù)梁中支點為單支座加獨柱墩設計。下面就這兩個設計特點談談看法：城市交通線路日益繁忙，交錯的路線需要修建高架跨線橋來聯(lián)通，為了不耽誤原有路線的交通通行，往往需要快速完成施工，通常采用整體預制現(xiàn)場吊裝的施工方法，進一步為了方便吊裝，大多采用重量較輕的鋼箱梁。若可以一跨跨過下方原有路線，則采用簡支鋼箱梁較多，若需多跨連續(xù)梁跨越下方原有路線，則會按照經(jīng)濟性原則采用不同材料的多跨連續(xù)梁。同時連續(xù)梁的中支點橋墩由于受到下方線路的限制，使用空間較小，所以大多采用占用空間較小的獨柱墩設計，為進一步節(jié)約成本（省略蓋梁和多余支座），墩頂往往只設一個支座。
當重車上橋并且集中行駛在主梁一側(cè)時，小間距雙支座或者單支座對于主梁扭轉(zhuǎn)的約束效果較弱，導致主梁在彎扭耦合變形下部分支座脫空，進而主梁約束條件惡化，整體發(fā)生橫向單側(cè)滑移，最終傾覆。通過橋梁整體傾覆的歷程可以發(fā)現(xiàn)：小間距的雙支座或者單支座是橋梁發(fā)生傾覆的主要不利因素。而小間距的雙支座或者單支座往往配合獨柱墩使用，導致人們誤會是獨柱墩的設計不合理。其實獨柱墩設計本身是沒有問題的，為防止使用獨柱墩的橋梁發(fā)生整體性傾覆，我們建議：
1.在獨柱墩頂將橋墩和主梁固結，提升橋梁的整體性；
2.或者，在獨柱墩頂加設蓋梁或采用花瓶墩，并設置間距較大的雙支座。
▲ 墩梁固結
▲ 左圖為大間距雙支座花瓶墩
▲ 右圖為蓋梁+大間距雙支座
同時針對已有的較不利的獨柱墩加單支座設計，現(xiàn)在已經(jīng)有各種各樣的加固技術，較常見的是在獨柱墩頂加設鋼托架，相當于給獨柱墩添加“蓋梁”并且增設橫向大間距的支座，能有效提高橋梁的抗傾覆能力。
第2章 小半徑彎橋的抗傾覆
近年來頻發(fā)的事故引起了國家有關部門和設計單位的高度重視，于2018年修訂JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》時對公路橋梁的抗傾覆問題作了專門的規(guī)定。
該規(guī)范采用支座是否脫空和主梁是否發(fā)生無法恢復的轉(zhuǎn)動兩種特征狀態(tài)來判斷主梁抗傾覆的安全性，運用傾覆極限狀態(tài)概念，按全部支座有效的支承體系，計算永久作用標準組合下各失效支座的最小支反力并對相應的有效支座取矩，所得力矩求和后構成主梁的穩(wěn)定效應，計算可變作用標準組合下各失效支座的最大負反力并對相應的有效支座取矩，所得力矩求和后構成主梁的失穩(wěn)效應。并且規(guī)定橫橋向抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)為2.5。
該規(guī)范不嚴格適用于小半徑彎橋。彎橋求算穩(wěn)定和失穩(wěn)效應時的力矩方向不同，應求矢量和，標量和是對兩種效應的放大，這會導致驗算中的小半徑彎橋內(nèi)側(cè)翻的穩(wěn)定性系數(shù)普遍相較于直橋偏大，外側(cè)翻的穩(wěn)定性系數(shù)卻普遍偏小，得到小半徑彎橋外側(cè)翻抗傾覆能力不如直橋的錯誤結論。
從力學理論和工程經(jīng)驗上來說，同等條件下(簡支梁除外)，小半徑彎橋的抗傾覆能力一般大于直橋，因為小半徑彎橋的結構自重分布相較于直橋偏離各條側(cè)翻軸更遠，能提供更大的穩(wěn)定效應。而對于大半徑彎橋，其近似于直橋，可按直橋驗算，影響較小。
第3章 梁橋抗傾覆實例分析
我們選取3×30m標準跨徑的三跨連續(xù)鋼梁橋為計算基礎，橫橋向?qū)?0.5m，橋面橫向布置雙車道和一條應急車道（橋?qū)捀髸r有利于抗傾覆，單車道的橋設計時也會更注意抗傾覆，一般兩車道的橋出問題較多），兩車道線偏離主梁軸線分別為0.75m和3.85m；汽車荷載采用公路-I級車道荷載，考慮欄桿和橋面鋪裝等計入二期恒載為70kN/m。分四種情況對公路連續(xù)鋼梁橋傾覆問題進行分析并作對比，變量包括支座布置方式、主梁軸線形式等，根據(jù)公規(guī)得到如下各類情況的臨界支座橫向間距及其變化規(guī)律。
1.中跨雙支座連續(xù)梁
邊中跨支座橫向間距3.4m為支座1-2和4-2不出現(xiàn)負反力的臨界寬度；邊中跨支座橫向間距2.5m時，支座1-2和4-2的穩(wěn)定性系數(shù)絕對值接近2.5，為臨界狀態(tài)。故邊中跨支座橫向間距大于3.4m即可滿足規(guī)范要求。
2.中跨單支座連續(xù)梁
邊跨支座橫向間距7.2m為支座1-2和4-2不出現(xiàn)負反力的臨界寬度；邊跨支座橫向間距10m時，支座1-2和4-2的穩(wěn)定性系數(shù)絕對值均為2.48，為臨界狀態(tài)。橋?qū)捒傆?0.5m，顯然邊跨支座橫向間距不能達到10m，故本例中邊跨雙支座，跨中單支座的布置形式不滿足規(guī)范要求。
3.中跨單支座斜交連續(xù)梁
斜橋邊跨平行于斜邊設置雙支座，中跨設單支座，斜角30°。支座在垂直于主梁軸線方向間距為10m時，左側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)在支座1-1處最不利，絕對值2.76，右側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)在支座4-2處最不利，絕對值2.52，為臨界值。計算表明同等條件下本例中的斜橋相對于直橋無明顯抗傾覆優(yōu)勢。
4.中跨單支座曲線連續(xù)梁
彎橋軸線曲率半徑為100m（小半徑），邊跨雙支座橫向間距為13m（>10m）時，外側(cè)翻穩(wěn)定性系數(shù)在支座1-2處最不利，絕對值為2.46，為臨界值。按規(guī)范驗算表明：同等條件下，小半徑彎橋外側(cè)翻時穩(wěn)定性遜于直橋；內(nèi)側(cè)翻時小半徑彎橋穩(wěn)定性優(yōu)于直橋。驗算結果結合第2章中的論述，印證了規(guī)范對于彎橋抗傾覆驗算的不合理之處
綜上所述，從理論分析和實例驗算對比可以發(fā)現(xiàn)：
1.規(guī)范能有效計算直橋（大半徑彎橋）的抗傾覆，也能定性保證小半徑彎橋抗傾覆安全，但無法有效（相較于直橋）計算小半徑彎橋的抗傾覆穩(wěn)定和失穩(wěn)效應。
2.同等條件下，小半徑彎橋抗傾覆能力優(yōu)于直橋、斜橋和大半徑彎橋，后者更應注重抗傾覆設計和運營管理。
參考文獻
[1] 中華人民共和國行業(yè)標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規(guī)范(JTG 3362-2018)[S].北京：人民交通出版社，2018.
[2] 中華人民共和國行業(yè)標準.公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2015)[S].北京：人民交通出版社，2015.
[3] 李喬.李喬說橋-25：梁橋傾覆機理與受力特征.https://mp.weixin.qq.com/s/ufJwkEogacKcgnb-sWWAHw.2020.01.10
李喬.李喬說橋-38：獨柱墩還能不能用？.https://mp.weixin.qq.com/s/9xVk4bA7ORiGzlGSttLNPw.2022.01.21
