時間:2023-05-30 09:47:45
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇橋梁設計,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
0 引言
橋梁是鐵路、公路和城市道路的重要組成部分,尤其是對于大、中型橋梁的建設,我們平時無論對新建橋梁的設計還是對舊橋的加固和改造工作中,都應該投入全部的精力和心血,不斷追求創新、努力地進行探索,力爭采用最先進的技術工藝和施工材料,確保一步到位,保證橋梁的正常使用。本文就橋梁設計原則和加固等相關問題進行探討。
一 橋梁設計原則
1 安全性原則
安全可靠是橋梁設計的首要原則,設計者在設計橋梁結構的時候,要充分考慮到橋梁要在強度、穩定性和耐久性這三方面應該具有完全的安全性質。橋梁防撞欄桿設計要考慮到人與車流之間的安全性。防撞欄桿要具有足夠的高度和強度,為了防止車輛撞壞人行道或者欄桿而導致事故的發生。橋梁的照明設施一定要考慮到第一位,良好的照明可以避免很多事故的發生。尤其是在交通繁忙的橋梁上,不光需要設計良好的照明設施,還應該設置有明確的交通指示標志,完整的交通指示牌可以避免很多事故的發生。在易變遷河床的河道上建設橋梁,應該考慮好導流設施的建設,以防止橋梁的基礎部分被水流沖刷過度而造成事故。對于需要通行大型的、大噸位的船舶的河道,在按照規定擴大橋梁的孔跨徑之外,還得加裝防撞構筑物,以免船舶對橋梁造成損傷。針對修建在地震區的橋梁,我們必須按照抗震要求對橋梁進行合理的設計,采取必要的防震措施。針對特殊類型的橋梁,例如大跨柔性的橋梁,我們還應該考慮到風振效應的影響。
2 耐久性原則
橋梁設計時候要考慮到橋面寬度必須滿足當前和以后的規劃期限內的交通流量(包括行人通道中的交通流量)。保證所設計的橋梁結構在進行常規荷載試驗的時候不會出現較大的變形和較寬的裂縫,在設計標準內的橋梁荷載承受能力才能放心的投入使用。設計的橋跨結構的下方要有利于泄洪、通航(跨河橋)或車輛(立交橋)和行人的通行(早橋)。所設計的橋梁的兩端要便于緊急情況下車輛的進入和疏散,并且不會導致交通堵塞等現象的發生。在設計橋梁的時候,還應該考慮到綜合利用方面,橋梁設計要求方便各種管線(水、電氣、通信等)的搭載和鋪設。
3 經濟性原則
經濟型的橋梁應該是從造價和養護費用等多方面綜合考慮,費用最省的橋型。設計時應該充分考慮維修的方便和維修費用的多少,維修時盡可能做到不中斷交通,如果有必要中斷交通,則保證中斷交通的時間最短。所選擇的橋位應該是地質、水文等條件好的地區,并盡量使橋梁修建長度較短。橋梁建設應考慮建在能縮短河道兩岸運距的位置,以促進該地區的經濟發展,產生最大的經濟效益。對過橋收費的橋梁就能吸引更多的車輛通過,達到盡快回收投資的目的。
4 技術性原則
我們在進行橋梁建設的時候,要考慮到橋梁的具體使用年限,為了保證橋梁能夠完整的發揮它自身的作用,我們在建設的時候,就要選擇好的方案。盡力做到選擇成熟而又先進的結構和建設材料,避免短時間內發生橋梁被淘汰的情況。
二 橋梁加固工作的內容和程序
橋梁加固是一種借加大或修復橋梁構件來提高局部或整座橋梁承載能力或通過能力的措施。橋梁加固與改建工作的主要內容包括:對服役橋上部構件進行加固;對服役橋下部構進行加固;拓寬橋梁的行車道或人行道;升高橋梁部構造的高度;更換橋梁行車道路面或引橋路面結構。橋梁的加固與改建工作應充分利用原有部件,凡能加固的,則不宜改建。橋梁加固的工作程序一般為:檢查橋梁現狀及損壞情況;調查橋梁歷史技術資料及現有交通狀況;提出維修加固或改建方案并進行分析比;確定方案并付諸實施,即進行維修加固或施工。
三 橋梁加固的技術途徑
1 增大橋梁各個構件部分的截面面積
這種方法主要是增加橋梁主梁的橫截面大小。主要使用在橫截面不足、橋下凈空不夠的橋梁上。這樣的橋梁加固方法可以擺脫橋梁下凈空的限制條件,不需要考慮到其他方面。僅僅需要接長箍筋進行加固施工,但是由于這種方法施工工藝較復雜,因此對橋梁的主體和施工部位易造成損傷。增大橋梁的橫截面積。這種方法同第一種方法相反,它適用于橋梁下部凈空較高的情況,這種方法可以增加主梁的高度進行加固。這種方法的缺點是會減小橋梁下方的凈空面積,這種改變對橋梁的原有的外觀影響很大,因此注重美觀的城市橋梁基本不會使用這種方法來加固橋梁。加厚橋梁的主體厚度,這種方法主要是增加橋梁主體的橫截面面積,好處是大大增加了橋梁的承力能力,缺點是加厚的部分重量可能會對橋梁整體的安全性造成影響,因此這種加固方法需要提前做出風險評估才能進行施工。
2 體外預應力加固方法
體外預應力法的加固原理是在橋梁結構的受拉區施加體外預應力,使其產生與原橋的不利彎矩方向相反軸向壓力和彎矩,以抵消部分自重應力,減小活載應力,從而能夠較大幅度的提高橋梁結構承載能力。目前常用下撐式預應力拉桿加固法和外部預應力鋼絲束加固法兩種。
在合理安排施工流程的情況下,該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響,甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工,因此近年來國內工程實例較多。如深圳水官高速平沙M匝道橋的加固。但加固后體外預應力筋的防腐新問題必定程度上增長了后期養護費用。
3 增加輔助構件以增加橋梁抗力
加裝第二主梁。這種方法主要使用在橋梁主體結構完好但是承力能力不是很滿足使用需要的橋梁。由于施工時需要中斷橋梁的交通,而且施工工藝非常復雜并且施工工程量很大,還會對橋梁原來的結構造成較大的損傷,因此這種方法不會輕易使用。
增加橋梁的橫隔梁。這種方法的具體操作是在橋梁上增加橫隔梁,具體來說就是要對主梁上貫通全橋寬的鋼筋進行加固。
4 塞縫灌漿技術法
塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結構裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環氧樹脂漿、環氧樹脂、砂漿等,具體采用哪一種,應視實際情況而定。通常水泥漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫,由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂,采用水泥漿造價低、效果好。環氧樹脂漿一般用于鋼筋土混凝土結構物,因為鋼筋混凝土構件產生的裂縫較小,易灌滿,粘結性好;環氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿技術的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫,勾縫時須預留直徑約6-8mm的灌漿孔,孔距視裂縫寬度而定,縫寬處孔距為0.6-1.0m,縫小處孔距為0.4-0.6m。待勾縫砂漿達到一定強度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小,用環氧樹脂勾縫,同時要留孔灌漿,孔距一般為0.25-0.3m,灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中,塞縫灌漿是綜合處治的方法之一,用得比較普遍,通過試載及使用觀察,效果較好。如深圳水官高速橋梁上部結構和下部結構的裂縫處理。
除上述論述的幾點措施以外,橋梁加固技術還可以采用錨噴混凝土加固法、粘貼鋼板加固法、改變結構體系加固法等手段,鑒于篇幅的限制本文就不一一贅述。
四 結語
橋梁的質量直接關系到其今后的應用性能,為了能夠更好的發揮橋梁在交通運輸中的作用,設計者在設計的過程中需要堅持一定的原則,并采用合理的加固技術手段。本文就以此為中心,結合工作實際,對橋梁設計的原則和加固技術進行了分析,希望能夠對今后的橋梁設計起到一定的幫助,更好的提升橋梁的整體質量。
參考文獻:
[1]晏慶輝.某拱橋荷載試驗與結構評定[J].四川建材,2011(04)
【關鍵詞】橋梁;設計
1 引言
橋梁是路線的重要組成部分,隨著我國交通網的不斷完善,越來越多的橋梁將被建設。橋梁,尤其是大、中橋梁對當地政治、經濟、國防等都具有重要意義。所設計橋梁應能滿足使用任務、性質和將來的發展的需要。因此,如何設計出安全可靠、經濟合理、技術先進以及環保美觀的橋梁就顯示相當重要了。為此,本文對橋梁設計的要點進行了簡要的分析。
2 橋梁設計的基本原則
2.1 使用上的要求
橋梁必須適用。要有足夠的承載能力和橋面凈空,既能保證車輛和行人的安全暢通,又能滿足將來交通里增長的需要;建在通航河流或需跨越其他路線的橋梁,橋下凈空應滿足泄洪、安全通航或通車的要求;靠近村鎮、城市、鐵路及水利設施的橋梁,應適當考慮綜合利用,滿足其他工程設施的需要(如管線工程等);建成的橋梁要保證使用年限,并便于檢查和維修。
2.2 經濟上的要求
橋梁設計應體現經濟上的合理性。一切設計必須經過詳細周密的技術經濟比較。使橋梁的總造價和材料等消耗為最小;選用的橋梁結構形式要便于制造和架設,應盡量采用先進工藝技術和施工機械,以減少勞動強度。加快施工進度,保證工程質量和施工安全;采用的建筑材料應因地制宜,就地取材,并具有良好的耐久性,盡可能降低日后營運養護費用,取得最佳經濟效果。
2.3 安全上的要求
保證整個橋梁結構及其各個構件在制造、運輸、安裝和使用過程中具有足夠的強度、剛度、穩定性和耐久性。橋梁結構的強度應使全部構件及其連接構造的材料抗力或承載能力具有足夠的安全儲備。對于剛度的要求,應使橋梁在荷載作用下的變形不超過規范規定的容許值,以免撓度過大而影響行駛、危及橋梁結構的安全。結構的穩定性,是要使橋梁結構在各種外力作用下,具有能保持原來的形狀和位置的能力。結構的耐久性,是要使橋梁結構在正常的使用年限內不過早地發生破壞而影響正常使用,例如橋梁裂縫寬度不超過規范規定的容許值等。
2.4 美觀上的要求
橋梁建筑不僅是交通工程中的重點建筑物,而且也是美化環境的點綴品。一座橋梁應具有優美的外形,既能達到橋梁自身和諧,又能與周圍環境協調。對城市橋梁和游覽地區的橋梁,更要考慮橋梁美學的要求。設計者應結合自然環境精心比選方案、精心設計、精心施工,以期在增加投資不多的條件下,取得橋梁美觀的效果。
2.5 環保上的要求
橋梁設計必須考慮環境保護和可持續發展的要求,包括生態、水、空氣、噪聲等各方面,應從橋位選擇、橋跨布置、基礎方案、墩身外形、施工方法、施工組織設計等多方面全面考慮環境要求,采取必要的工程控制措施,并建立環境監測保護體系,將不利影響減至最小。
3 橋梁縱、橫斷面設計及平面布置
3.1 橋梁縱斷面設計
橋梁縱斷面設計主要確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋面標高與橋下凈空,橋上與橋頭的縱坡布置以及基礎的埋置深度等。
(1)橋梁總跨徑的確定。跨河橋橋梁總跨徑一般根據水文計算,并結合橋位地形、斷面形態、河床地質、橋頭引道填土高度等綜合分析確定。由于橋梁墩臺和橋頭路堤壓縮了河床,使橋下過水斷面減少,流速加大,引起河床沖刷,要求橋梁總跨徑必須保證橋下有足夠的排洪面積,使河床不致遭受過大的沖刷。另一方面,為了使總跨徑不致過大而增加橋梁的總長度,以節省總投資。又允許有一定的沖刷。因此,橋梁的總跨徑應根據具體情況經過全面分析加以確定。例如,對于非堅硬巖層上修筑的淺基礎橋梁,總跨徑應該大一些,以避免路堤壓縮河床,造成較大沖刷;對于深埋基礎,一般允許較大的沖刷,總跨徑就可適當減小。
(2)橋梁的分孔。橋梁總跨徑確定以后,還需進行分孔布置。對于一座較大的橋梁,應當分幾孔,每孔的跨徑應當多大,通航孔如何布置。這些問題要根據通航要求、水文情況、地形與地質條件、施工技術以及美觀等具體情況。通過技術經濟等方面綜合分析后加以確定。
對于通航河流,首先要確定通航孔跨徑以滿足通航要求。當通航凈寬大于按經濟造價所確定的跨徑時,一般將通航孔的跨徑按通航凈寬來確定,其余的橋孔跨徑則選用經濟跨徑。但對于變遷性河流,鑒于航道位置可能發生變化,則需多設幾個通航孔;在平原地區的寬闊河流上修建多孔橋時,通常在主槽部分按需要布置跨徑較大的通航孔,而在兩旁淺灘部分則按經濟跨徑進行分孔。
關鍵詞:橋梁工程 抗震設計 地震
國家防震減災規劃(2006-2020年)指出,我國是世界上地震活動最強烈和地震災害最嚴重的國家之一,我國大陸大部分地區位于地震烈度Ⅵ度以上區域;50%的國土面積位于Ⅶ度以上的地震高烈度區域。 橋梁是公路工程的關鍵部位及控制性工程。在我國各級公路橋梁中,預制裝配式橋梁(指空心板、T梁及組合箱梁) 通常占全線橋梁的70%以上,因此,運用合理抗震設防理念,對裝配式橋梁進行抗震設計,采取適當的抗震措施具有重要的意義。本文在此主要探討了橋梁工程抗震設計相關問題,為今后橋梁設計起到借鑒作用。
一、地震作用下橋梁結構破壞特點
1.1結構體系
當梁體的水平位移超過梁端支撐長度時發生落梁破壞。落粱破壞是由于梁與橋墩(臺)的相對位移過大,支座喪失約束能力后引起的一種破壞形式。采用框架一抗震體系的橋梁結構,破壞程度較輕:相反剛度柔弱的底層破壞程度十分嚴重;采用框架填充墻體系的房屋,當底層為敞開式框架間未砌磚墻,底層同樣遭到嚴重破壞;采用鋼筋混凝土板、柱體系結構的建筑,因樓板沖切或因樓層側移過大、柱腳破壞,各層樓板墜落重疊在地面。以前橋梁結構在抗震設計時梁、板按受彎構件簡化模型進行計算,僅計算豎向荷載設計橋梁構件,未將橋梁作為整體結構的一部分考慮。而在地震作用下,橋梁梁板與主體結構相連,成為壓彎或拉彎構件,橋梁參與框架結構整體受力后,結構的水平剛度增大,結構自振周期減小,勢必造成總地震作用加大。
1.2構件形式
結構在水平地震荷載作用下由于過大的變形導致混凝土保護層脫落、鋼筋壓屈和內部混凝土壓碎、崩裂。結構失去承載能力在框架結構中,通常柱的破壞程度重于梁、板:鋼筋混凝土構件通常會出現斜向或交叉裂縫;配置螺旋箍筋的混凝土柱,當位移角達到較大數值時,核心混凝土仍保持完好,柱仍具有較大的抵抗能力。橋梁從結構角度講是不規則結構,其受力特點復雜,容易出現應力集中;特別是在水平地震作用下,由于橋梁板的“斜撐”作用,橋梁形成的實際支撐對結構剛度的影響,與結構整體剛度的大小有關,對結構受力性能的影響更是相當微妙。而上部結構的地震慣性力通過支座傳到下部結構,當傳遞荷載超過支座設計強度時支座發生損傷、破壞。支座損傷也是引起落梁破壞的主要原因。對于下部結構而言,支座損傷可以避免上部結構的地震荷載傳到橋墩,避免橋梁發生破壞。
二、橋梁工程抗震設計要點
2.1采用適當的平立面
如何對一個橋梁工程項目實施建筑布局與結構布置?這通常與橋梁的平立面直接相關。有數據表明,簡單、規則的橋梁結構其抗震能力普遍較強。這是因為復雜式橋梁結構在地震發生時內部構件的強度與剛度形不成一致規律,導致結構扭轉非常明顯。因此,在對橋梁工程的抗震設計中務必加強措施,盡可能遵循建筑物的均勻對稱原則,避免采用不規則的建筑方案,從總體上降低橋梁的剛度偏心率,并準確無誤地計算出相關的地震反應數據,這有利于在必要的情況下采取抗震措施和細分處理措施,保障在地震作用下,受力有明確、直接的傳遞途徑。
2.2選擇有利場地
在橋梁內部實際配筋計算時,橋梁板按單向板力學模型進行配筋計算,上部負筋通常按照跨復雜性,首先需要通過概念抗震設計來間接實現“大震不倒”,橋梁的抗震概念設計與計算設計同等重要。由于施工場地的地質環境不同,橋梁結構在地震中的反應也是不盡相同的。因此,在有選擇的情況下,選擇一塊有利于抗震的場地開展施工,很大程度上可以減輕地震所造成的損害。在選擇建筑場地之前,首先根據建筑場地的地質狀況及建筑結構的需求,分析出哪些是有利地段,哪些是不利地段,無論何時都不要在危險地段上進行建設,以免造成不必要的人員傷亡與財物損失。此外,還要盡可能地錯開地震周期與在建項目的自振周期,用以防止橋梁結構產生共振損壞。
2.3保證結構構件的延性
橋梁結構的地震破壞源于地震動引起的結構振動,因此抗震設計要力圖使從地基傳入結構的振動能量為最小,并使結構具有適當的強度、羈日度和延性,以防止不能容忍的破壞。所謂的結構的延性,就是在承載力有明顯減小的情況下,結構所能產生非彈性變形的能力,其很大程度上體現了結構的變形能力。有必要說明的是:在地震作用下,結構的延性直接影響著橋梁能否在災難中屹立不倒,所以結構的延性在某些意義上等同于結構的強度,二者都是建筑抗震設計中所要考慮的重要指標。那么怎么樣在地震作用下使橋梁的鋼筋混凝土展現出結構的延性呢?這應該盡量地將塑性變形集中作用于延性較好的構件上。良好的延性對橋梁結構的作用無疑是肯定的,一方面它能有效地降低地震作用對橋梁的影響,另一方面還能吸收地震能量,防止建筑結構的倒塌。
2.4增強橋梁的整體性
橋梁作為許多細節構件連接而成的整體,是一個具備空間剛度的結構體系,其能否承受地震驚人的破壞力量,全看各構件間能不能實現協調工作、有機地形成一個整體。所以說,橋梁的整體性能不但是建筑抗震的首要條件,還是橋梁抗震設計中的重點內容。一般來說,鋼筋混凝土現澆梁板的整體性能好,在適當位置布設構造柱,并配置相應的構造鋼筋,不但能夠消除滑移、散落等問題,加強橋梁梁板的剛度值,還能適當放寬對橋梁的平面要求,對于橋梁的層間變形,也非常容易控制。
2.5加強抗震防線的建設
如今,許多橋梁都設置多道抗震防線,以增強建筑的抗震能力。一旦地震來臨時,第一道防線在強烈的地震力的沖擊下遭到破壞后,還有后備的第二道、第三道甚至更多的防線立即接替,抵擋住后續的地震沖擊力,這樣可以最大限度的保證橋梁的安全,免于倒塌。另外,在進行橋梁抗震能力的設計時,可以采用具有多個肢節的抗震結構體系 橋梁結構可以通過合理設置連梁,使其具有優良的多道抗震防線性能 還可以利用在結構中增加贅余桿件的屈服和變形來分散地震的作用力,而且一旦贅余桿件遭到破壞后退出工作,還可以使整個橋梁結構從當前的穩定日系想另外一種穩定體系進行過渡,避免在長時間的地震作用下引起持續的共振效應。
2.6選擇合理的結構形式
建筑抗震結構體系作為抗震設計中的重要內容,在確定結構體系階段,會受到許多外界因素如建筑高度、經濟狀況、場地布置、施工材料等影響,是一個涉及面極廣的技術問題,必須經過謹慎的思考才能確定 這方面,非但要考慮計算簡圖和抗震防線等問題外,橋梁體系還應具備一定的剛度和承載力分布,防止局部突變而產生過大的塑性變形。再者,在結構布置階段,兩個主軸方向的動力特征值最好相距不遠,并在建筑的布局上,保持結構對稱、布置均勻的原則,以避免主軸不在一條軸線上而引起的扭轉振動等問題。
關鍵詞:橋梁設計;支座脫空;箱梁抗扭
中圖分類號:K928.78 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著我們國家社會經濟的不斷發展,交通事業正處于快速發展階段。因此曲線梁的橋梁設計應用越來越廣泛,以往設計人員希望通過調整路線方案,盡量避開這種結構形式,或由于曲線半徑較大,采用以“直”代“曲”的形式,在橋梁上部進行曲線調整,以達到與路線線形一致。這些嚴格意義上說都不是曲線橋。由于受原有地物或地形的限制,一些城市的立交橋梁和交叉工程的橋梁曲線半徑比較小,橋墩基本上要設在指定位置,這種情況下只能考慮設計曲線梁橋。曲線梁由于增加了恒載偏載、活載偏載、離心力、溫度效應的平面影響等多種復雜荷載工況,其受力非常復雜,以致出現支座脫空、橋墩開裂、箱梁梁體橫向爬移等病害,甚至出現過橋梁垮塌的嚴重事故。因此在設計過程中重視小半徑曲線梁橋受力特點,有針對性地采取措施尤為重要。
一、支座脫空工程實際事例及處理方法
某互通式立交工程的橋孔布置為4×(4×30)=480m,共計16孔,等截面預應力混凝土連續梁。箱梁采用單箱單室截面、等高度腹板,跨中設置了一道中橫隔梁。本橋平面處于一個R=400m的右偏圓曲線開始,中間一個R=125m的左偏圓曲線和一個R=400m的右偏圓曲線終止,其終點以及圓曲線之問采用緩和曲線連接。上部結構預應力混凝土箱梁左右腹板為等高度。橋面橫坡由箱梁整體旋轉一定角度形成。橋墩支點處設置橫隔梁,邊跨支點設置端橫隔梁,各跨跨中處設置中橫隔梁。由于本橋第二聯~第三聯是位于R=125m的平曲線內,這2聯內的中墩墩頂支座設置了向曲線外側18cm的預置偏心,在各聯梁邊端均設置兩個盆式支座,而各中墩支點設置兩個固定支座。預應力混凝土等截面連續梁采用“橋梁博士”(V2.9)程序進行內力分析和配束,采用曲梁網格法劃分單元,縱向模擬兩道縱梁,施工采用滿堂支架現澆,支座沉降按5mm計,溫度模式按頂板升降溫5℃考慮,設計時按其最不利情況進行組合。
在工程竣工后,發現位于平曲線半徑為125m內的第二聯~第三聯的雙支座墩出現支座脫空的現象。脫空的支座位于梁端曲線的內側,脫空的高度范圍為0.5~1.2cm,同時有少量徑向位移。根據此情況,再次進行驗算,利用“橋梁博士”程序(V3.0),采用曲梁網格法劃分單元,縱向模擬兩道縱梁。計算時溫度模式按箱梁上、下緣升降溫5℃考慮,支座沉降按5mm計。通過計算,正常使用狀態荷載組合Ⅱ的情況下,過渡墩支承反力為拉力。
根據計算結果,采取了在橋臺或過渡墩處將梁頂升,撤換支座的方案。對于橋臺(過渡墩)處,直接將端橫隔梁兩端植入鋼筋,兩端橫向加長,首先在內側新布設GJZ300X350型橡膠支座,利用千斤頂在外側將梁頂升(頂升力300t),拆除原橋支座,再在圖一中所示外側位置新設置GJZ500X600型橡膠支座。本方案只是在橋臺處增加了上部結構箱梁橫截面,在保證了使用功能的同時,對于本橋的美觀影響也不是很大。采用這種措施后,橋梁效果良好,至今沒有發現任何問題。通過對上述工程實例的分析計算,設計者應該認識到對于小半徑曲線橋,必須進行空間計算,分析橋梁橫向之間的反力。為防止支座脫空,設計時應注意以下問題:
(1)橫向兩支座不再以橋梁的實際中心線為對稱中心,根據空間計算結果設置橫向偏心距,但問題是偏心距往往不能徹底解決支座脫空的實際,尤其是橋梁一聯的長度過長,匝道橋梁平面線位變化復雜(例如反向平曲線,并且存在緩和曲線)時,極容易出現問題,必須認真對待。
(2)由于橋梁孔徑布置限制,不可避免存在跨徑較大的小半徑曲線連續梁橋,必須采用預應力結構時,應盡量保證各橋墩均采用雙支點,當必須采用單支點形式時,應盡量減少一聯連續梁中單支點的數量。
圖一
(3)宜避免設置抗拉支座,可考慮采用橋臺(或過渡墩)支座橫向間距加大的措施。
(4)彎橋設計一般采用現澆鋼筋混凝土連續箱梁,這涉及到橋梁縱向一聯總長度的選取問題。為了避免支座脫空問題,一聯的長度宜短不宜長,最長80m為宜。
(5)對于除了端支點外其它均為單支點形式的小半徑曲線預應力連續梁橋,應采取有效的構造措施避免內側端支座脫空。可采取的措施有調整預應力束布置形式、設置拉力支座、增大端支座的問距、合理設置單支點的預偏心、單支點處設置必要的限位裝置等。
二、曲線橋箱梁抗扭問題
直梁橋受“剪、彎”作用,而曲線梁橋處于“剪、彎、扭”的復合受力狀態,故上、下部結構必須構成有利于抵抗“剪、彎、扭”的措施。曲線梁橋的彎扭剛度比對結構的受力狀態和變形狀態有著直接的關系:彎扭剛度比越大,由曲率因素而導致的扭轉變形越大,因此,對于曲線梁橋而言在滿足豎向變形的前提下,應盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度。所以在曲線橋梁中,宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。
為減小曲線梁橋梁體受扭對上、下部結構產生的不利影響,可采用以下方法進行結構受力平衡的調整:(1)為減小此項扭矩的影響,比較有效的辦法是通過調整獨柱支承偏心值來改善主梁受力。(2)通過預應力筋的徑向偏心距來消除曲梁內某些截面過大的扭矩,改善主梁的受力狀態也是一種行之有效的辦法。預應力曲線梁往往產生向外偏轉的情況,這是由其結構特點造成的。預應力產生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規律有著較大的區別,為調整扭矩分布,可在曲線梁軸線兩側采用不同的預應力鋼束及錨下控制應力,構成預應力束應力的偏心,形成內扭矩來調整曲線梁扭矩分布。下部支承方式的確定。曲線梁橋的不同支承方式,對其上、下部結構內力影響非常大。對于曲線梁橋,中間支承一般分為兩種類型:抗扭型支承(多支點或墩梁固結)和單支點鉸支承。在曲線梁橋選擇支承方式時,可遵循以下原則:
(1)對于較寬的橋(橋寬b>12m)和曲線半徑較大(一般r>100m)的曲線梁橋,由于主梁扭轉作用較小,橋體寬要求主梁增加橫向穩定性,故在中墩宜采用具有抗扭較強的多柱或多支座的支承方式,亦可采用墩柱與梁固結的支承形式。
(2)對于較窄的橋(橋寬b≤12m)和曲線半徑較小(一般約r≤100m)的曲線梁橋,由于主梁扭轉作用的增加,尤其在預應力鋼束徑向力的作用下,主梁橫向扭矩和扭轉變形很大。由于橋窄因此宜采用獨柱墩,但在選用支承結構形式時應視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結的結構支承形式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點支承的方式。這樣可有效降低墩柱的彎矩和減小主梁的橫向扭轉變形。但這兩種支承方式都需對橫向支座偏心進行調整。
(3)墩柱截面的合理選用。當采用墩柱與梁固結的支承形式時就必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉變形過大同時墩柱彎矩也很大(一般墩柱較矮)的情況下,宜采用矩形截面墩柱。因為矩形截面沿主梁縱向抗彎剛度較小,而沿主梁橫向抗彎剛度較大,這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉變形,更適合其受力特點。
解決曲線梁彎扭耦合所帶來的抗扭問題,除了考慮抗扭約束外,還可以從如下方面人手:一是通過偏心支承,利用主梁自身恒載調整主梁扭距分布;二是通過預應力,合理布置調整主梁扭距分布。實際設計中多用雙柱墩提供抗扭支承,而用獨柱墩通過預設支座偏心調整主梁扭距分布。
三、結束語
導致曲線梁出現病害的設計原因很多,包括預應力設置不當、未設置橫向限位、溫度效應考慮不周等,主要是設計人員對曲線梁的受力特點重視不夠,很多橋梁沒有按三維受力情況進行結構分析。通過本文的這些論述,希望能給設計者帶來一些解決曲線橋常見問題的方法。
參考文獻
橋梁中安裝隔震裝置的目的是為了延長橋梁的壽命周期,通過安裝隔震裝置,可以使得橋梁在面臨地震時能夠很好的消耗地震能量,降低因地震所引起的一系列結構破壞及橋梁主體發生變化所帶來的影響。因此,在對橋梁隔震的設計中,一定要保障設計的合理性,巧妙的運用新技術實現橋梁抗震系統相關的構件能夠擁有很好的彈性及可塑性。關于該項技術在設計中的使用性,其不僅僅能夠發揮出降低成本的功效,還能夠顯著的提升構件的使用壽命,其較之于一般的設計更加的具有效益。對于橋梁墩柱的維護,此舉能夠起到減弱延性需要的意義。另外,地震時很有可能會造成橋梁下部結構超出設計所允許的最大彈性變形范圍,這一點在地震后都是難以修復或者很難發現的地方。因此,加強對橋梁上部構造的抗震性能的設計,可以很好的消除橋梁上部構件因非彈性變化所帶來的負面影響。
二、隔震設計的設計原理及其基本原則
1.設計原理解析
隔震設計是由防震措施發展到一定時期演變而來的產物,隔震設計的原理恰如其名“隔震”,即為減小地震對橋梁構造產生的一些不安定的影響。在平時的設計和建設時期,提升抗地震力的措施一般是提升其總體的強度等。比對來看,隔震設計關鍵是添加了柔性要素。使能夠確保橋梁關鍵的構件能夠和橫向的活動在特定的時期之中降低關聯,確保關鍵的構造在震后不會出現破損性的現象。此時,構造的相應速率會較之于地表的速率要低一些。此外,由于阻尼的設計,阻尼有效地將地震所產生的能量消耗掉。當能量被轉移到上橋和隔離結構力的時候,地震作用力已經被大大降低,從而達到保護橋梁結構的目的。
2.隔震設計原則分析
橋梁隔震設計是有效提高橋梁隔震效果的主要措施,借此來充分提升橋梁抗震的水平或是加強橋梁的抗震功能。但是在實施這項措施的時候,要有一些確實可行的方法來實現,否則就不可能達到理想中的效果。為了實現以上這些,就必須要做到以下幾點的分析。針對橋梁是否適合加上抗震裝置這點,應在設計初期就做好認真的分析。如若不適合安裝隔震裝置,就早期做好預算,避免不必要的建設浪費,這可以依照地震之后橋梁隔震效果作為參考信息。在橋梁設計時,應該對施工附近的地質環境進行仔細的勘察。尤其是橋梁施工地點的地基勘測,從數據報告上仔細分析,全面考慮,一個隔震性能良好的橋梁必須要有一個堅實的地質條件為基礎。另外,隔震裝置的選擇上,應盡可能選擇那些抗震性能良好的隔震裝置。在滿足隔震效果的同時,還應清楚了解隔震裝置為橋梁緩解的受力大小范圍,從而科學的選用隔震裝置。
三、橋梁的隔震設計
1.隔震裝置的設計
在橋梁的隔震抗震設計中,其中最主要的兩點是對隔震裝置的設計和其他相關結構的優化設計。其中,前者是隔震的設計中心。目前,彈性反應譜方法越來越廣泛地被應用于橋梁的隔震設計,已被大多數國家所采用,包括日本、法國、美國、中國等。由于文化的差異,各個國家之間對于橋梁隔震設計的規范也略有不同。這樣一來,對于隔震裝置中等效阻尼的計算和等效剛度的計算也會因為他們所使用計算公式的差異而有所差別。而對于一些構造復雜和不規則的橋梁,則現階段通常采用的方法基本上都是時程方法。彈性反應譜方法之所以能夠在現階段的橋梁隔震設計中得到廣泛應用,主要是因為彈性反應譜方法的計算較為簡單。另一個原因,是因為該方法的計算與現有的規范計算方法較為接近,這樣容易讓人接受。此外,在進行隔震設計時,還應該注意隔震裝置中的最大變形程度與隔震裝置的等效阻尼和等效剛度的大小有著密切關聯。與此同時,還應考慮地震導致隔震裝置所引起的變形和此時橋梁的地震響應程度之間的關聯。從這里來看,現階段我國橋梁隔震設計還處于萌芽階段。參照國外的案例,采用彈性反應譜方法對橋梁隔震進行設計還需要不斷的完善和后期對數據歸納總結。上文中也有提及各個國家的計算方式各不相同,在這一點上我們無從借鑒,但可以參照國外的設計思路。在地震發生之后,做好對橋梁結構地震反應程度的預判,找一些工作經驗較為豐富的設計師制作設計方案。之后通過一系列的流程分析、驗證其設計的合理與否。
2.細部構造的設計
由防落梁裝置、伸縮縫和限位裝置組成的橋梁附屬結構在橋梁的隔震設計中擁有著非常大的作用。通過對大量地震調查和動態時程分析我們可以看到,這些結構是橋梁結構的動態響應和振動隔離效果的主要方面。可是許許多多的設計人員會把細部結構忘記甚至是忽略不計,出現這樣的問題也是因為計算附屬結構的方法太復雜而產生出來。因此,對于細部結構的設計,設計人員應重視起來,加強這方面的設計,使橋梁的抗震能力大幅度的提高。
四、做好橋梁隔震設計的重要性及其好處
1.橋梁隔震設計的重要性
隔震裝置在橋梁隔震設計中非常重要,通過安裝橋梁隔震裝置,使得橋梁的上部結構能夠在發生地震時避免產生或者減少相對位移,從而減輕橋梁后期的養護費用,使橋梁的使用功能得到一個穩定的保證。另外,安裝阻尼器的目的也是通過提高阻尼效果來以此減輕地震作用力對橋梁產生的危害。進入21世紀以來,世界上很多國家對橋梁的隔震設計方面的研究有了突破性的進展,而我國對橋梁隔震設計的研究起點較低。在這一點上,國外很多的工程實例都給我們提供了很好的借鑒。
2.橋梁隔震設計的好處
橋梁隔震設計的好處體現在很多方面,其主要有以下幾點。(1)調整橋梁水平方向上剛度的作用,從而提高扭力平衡的問題,有效降低地震力。(2)加強對橋梁隔震系統的設計,使得其抗震性能優于沒有采用抗震裝置的橋梁。這樣做既不影響工程造價,又對橋梁的質量有一個很好的保障,進而提高了橋梁的性價比。(3)加強橋梁隔震設計可以保護橋梁的基礎部位,提高橋梁結構的承載力和逐漸衰減地震后地震力對橋梁結構各支座間的受力。(4)地震后,橋梁的上下部結構很有可能會出現超出設計彈性范圍的現象,而采用隔震設計可以很好的避免這種現象的發生。即使是說消除也不為過,從而有效避免橋梁結構的變形。
五、結語
關鍵詞:大跨度橋梁公路橋梁 橋梁設計
前言
大跨度公路橋梁往往處于公路交通運輸的樞紐和咽喉地段,為道路生命線工程的重要組成部分。在橋型的比選上有相當的難度和復雜性,而橋梁的設置是否合理,橋梁設計方案是否合理,直接影響整條路線的工程造價及使用功能。因此在設計中必須協調好橋梁各細部構造與地形、地質之間的關系。
1 大跨度橋梁結構及其設計理論的發展
隨著我國經濟的發展,大跨徑橋梁的建設在20世紀末進入了一個。大跨度橋梁形式多樣,有斜拉橋、懸索橋、拱橋、懸臂桁架橋及其它的一些新型的橋式,如全索橋,索托橋,斜拉2懸吊混合體系橋、索桁橋等等。其中,懸索橋和斜拉橋是大跨徑橋梁發展的主流。近20 年來發展最快的大跨徑橋梁是斜拉橋,而遙遙領先的是懸索橋。當前世界最大跨度的懸索橋是1998年建造的日本明石海峽大橋,其主跨度為1991m;世界最大跨度的斜拉橋是1999 年建造的日本多多羅橋,其主跨度為890 m;而中國最大跨徑的懸索橋是江蘇潤楊長江公路大橋,主跨度1490m,在世界懸索橋行列中位居第三;中國最大跨徑的斜拉橋為江蘇南京長江第二大橋,主跨度628m,在世界鋼箱梁斜拉橋中位列第三;湖北荊州長江公路大橋,主跨徑達500 m,在世界預應力混凝土斜拉橋中位列第二。目前的橋梁技術已經能較好的解決現存問題,但是隨著橋梁跨度不斷增大,向著更長、更大和更柔方向發展,為了保證其可靠性、耐久性、行車舒適性、施工簡易性和美觀性及其統一還有大量的工作要作。
橋梁工程結構設計的過程也就是如何處理橋梁結構的安全性(可靠性、耐久性) 、適用性(滿足功能要求及行車舒適性) 、經濟性(包括建設費用和維修養護費用) 及美觀性的過程。傳統的橋梁結構設計,要求設計者根據設計要求和實踐經驗,參考類似的橋梁工程設計,通過判斷去構思設計方案,然后進行強度、剛度、和穩定等各方面的計算。但由于設計者經驗的限制,確定的最終方案往往不是理想的最優方案,而僅為有限個方案中接近最優的可行方案。橋梁結構優化理論是傳統橋梁結構設計理論的重大發展,也是現代橋梁設計的目標。它是使所有參與設計計算的量部分以變量出現,在滿足規范和規定的前提下,形成全部結構設計的可行方案域,并利用數學手段,按預定的要求尋求最優方案。
2大跨度橋梁的優化設計
局部最優雖不能等同于整體最優,但卻有益于整體最優,并促進橋梁結構的發展。因為對局部的優化設計變量相對較少而使研究的難度大大減小,研究的深度因而能更透徹。目前對大跨度橋梁的局部結構優化研究已涉及到大跨度橋梁結構設計及施工的各個方面,主要有:
(1)加勁梁橫截面的優化
大跨度橋梁的加勁梁主要有鋼梁、混凝土梁、混合梁和疊合梁。根據目前全世界己建成的大跨度橋梁統計,跨度分別排在前12 位的斜拉橋和懸索橋,其主跨加勁梁形式大多為鋼梁,而鋼與混凝土結合梁和混凝土梁較少且跨度相對較小。
(2)斜拉索或主纜的動力優化
目前的大跨度橋梁主要有斜拉橋、懸索橋及其它的一些新型的橋式,如全索橋,索托橋,斜拉-懸吊混合體系橋等。這些橋式都有一個共同的特點,即都由纜索支承,且橋面較柔,屬柔性結構,阻尼低。在外部激勵下,拉索極易發生意想不到的大幅振動。如風雨共現時的風雨振現象,主梁和拉索之間耦合振動引起的參數共振、拉索的自激振動等。拉索的大幅振動容易引起拉索錨固端的疲勞、降低拉索的使用壽命,嚴重時甚至對橋梁安全構成嚴重威脅。因此,大跨度橋梁的動力問題顯得尤為重要。
(3)索力調整優化
大跨度橋梁的收縮徐變、非線性性條件等影響會隨著跨度的增大越來越顯著,但最終控制主梁應力和線形的直接因素還是斜拉索力和施工時的立模標高,因而確定合理的索力對斜拉橋的材料用量及結構安全性都有十分重要的意義。然而斜拉橋作為一個高次超靜定結構,施工中又要經過體系轉換,如何確定合理的成橋索力,同時又能保證施工中的塔梁受力均勻合理,是目前進行斜拉橋施工監測控制的主要目標。國內外對索力調整優化的研究進行得較早,發展得也較為成熟。目前,有關索力調整的理論主要有4 大類:
a) 指定受力或位移狀態的索力優化,如剛性支承連續梁法和零位移法。
b) 無約束的索力優化,如彎距平方和最小法和彎曲能量最小法。
c) 有約束的索力優化,如用索量最小法。
d) 影響矩陣法。影響矩陣法能得到不同目標函數、不同加權的優化結果,又能計入預應力、活載、收縮徐變、約束優化等影響,既可用于確定索結構合理狀態,也可用于施工階段和成橋階段的索力調整,實現了結構調整與結構優化的統一。影響矩陣法包含了前3 種優化方法,是目前最為完備的一種斜拉橋索力優化理論。
(4)索塔的結構優化
索塔的優化主要是塔高和受力合理性的優化。塔太高會給施工帶來困難,增加造價。而塔太矮會降低拉索的工作效率,增加主梁和拉索的受力。因此單獨對塔高的優化不一定是經濟的,而應和其它部分結合起來考慮。塔的受力合理性與塔的結構形式、纜索形式、纜索錨固形式及錨固點分布有關,也是一個值得研究的課題。
(5)斜拉索和吊索錨固的優化
斜拉索和吊索錨固的形式和錨固點的布置對索塔和主梁的應力集中問題和結構形式有一定的影響,應和索塔和主梁結合起來考慮。
(6)懸索橋錨錠的優化
懸索橋的錨錠有自錨式和地錨式。自錨式一般只有在無法使用地錨式時才采用。地錨的優化涉及到地質條件問題,目前研究較少。自錨式一般很少采用,研究也很少。
(7)橋墩及基礎優化
對于大跨度橋梁橋墩和基礎的優化,不論數量、位置、還是結構形式,一般都受地質條件的限制,應針對具體橋梁來考慮。因此,大跨度橋梁的橋墩優化設計一般都是獨立的,受上部結構影響很小。
三、大跨度橋梁結構設計
上部構造形式的選擇,應結合橋梁具體情況,綜合考慮其受力特點、施工技術難度和經濟性。簡支空心板結構的橋型,施工方便,施工技術成熟;但跨徑小,梁高大;由于橋梁跨徑受限制,往往造成跨深溝橋梁高跨比不協調,美觀性差;上部構造難以與路線小半徑、大超高線形符合,且高墩數量增加;橋面伸縮縫多,行駛條件差。因而,在山區大跨度中,該類橋型一般用于地形相對平緩、填土不高的中、小橋上。預制拼裝多梁式T梁在中等跨徑橋中具有造價省、施工方便的特點,其造價低于整體式箱梁,是中等跨徑直梁橋的常用橋型。但對于曲線梁來說,T梁為開口斷面,抗扭及梁體平衡受力能力均較箱梁差,曲梁的彎矩作用對下部產生的不平衡力大。但當曲線橋的彎曲程度較小時,曲線T梁橋采用直梁設計,以翼緣板寬度調整平面線形,可減少曲梁的彎扭作用,在一定程度上可彌補曲線T梁橋受力和施工上的不足。雖然直線設置的曲線橋仍有部分恒載及活載不平衡影響及曲線變位存在,但較曲線梁小。此外,可以采取加強橫向聯系的措施,提高結構的整體性。對于大跨徑橋梁,最好采用懸臂澆筑箱梁。但是對于中等跨徑的橋梁,箱梁橋不論采取何種施工方式,費用都較高,與預制拼裝多梁式T梁相比,處于弱勢。
下部結構應能滿足上部結構對支撐力的要求,同時在外形上要做到與上部結構相互協調、布置均勻。橋墩視上部構造形式及橋墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或雙薄壁墩等多種形式。柱式墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式,其自重輕,結構穩定性好,施工方便、快捷,外觀輕穎美觀。對于連續剛構橋,要注意把握上下部結構的剛度比,減小下部結構的剛度比,減小下部結構的剛度,可減小剛結點處的負彎矩,同時減小橋墩的彎矩,也可減小溫度變化所產生的內力。但是橋墩也不可以太柔,否則會使結構產生過大變形,影響正常使用,并不利于結構的整體穩定性。對于高墩,除了要進行承載能力與正常使用極限狀態驗算外,還要著重進行穩定分析。對于連續梁結構或連續剛構橋,各墩的穩定性受相鄰橋墩的制約影響,應取全橋或至少一梁作為分析對象。穩定分析的中心問題就是確定構件在各種可能的荷載作用和邊界條件約束下的臨界荷載,下面以連續梁為例進行說明。介于梁、墩之間的板式橡膠支座,梁體上的水平力H(車輛制動力和溫度影響力等)是通過支座與梁、墩接觸面上摩阻力而傳遞給橋墩的,它不但使墩頂產生水平位移,而且板式橡膠支座也要產生剪切變形。當梁體完成水平力的傳遞以后,梁體暫時處于一種固定狀態,但由于軸力及墩身自重的影響,墩頂還會繼續產生附加變形,這就使得板式支座由原來傳遞水平力的功能轉變為抵抗墩頂繼續變形的功能,支座原來的剪切變形先恢復到零,逐漸達到反向的狀態。
[關鍵詞]內部結算;價格;制定
中圖分類號: K928 文獻標識碼: A 文章編號:
1、城市橋梁景觀設計內涵
橋梁景觀設計包含對工程的線形規劃、造型設計、色彩搭配、平面布局、裝飾搭配等內容。基于城市景觀要求,在橋梁設計階段中,不僅應確保結構可靠安全,還應樹立美學觀點,提升橋梁工程實用美觀性。通常來講,橋梁景觀包含橋梁、自然環境及人等各層面關系,環境為橋梁建設的用地以及影響其樣式、風貌的文化、自然、經濟等因素。在自然環境中,橋梁工程并不僅僅是視覺對象以及交通運輸載體,還包括各層面因素的全面滲透,因此其工程建設龐大復雜,景觀則應體現美觀與力量的集成,不應單純注重裝飾效果。對橋梁景觀的設計尤為重要,不僅涵蓋地理、藝術美學、建筑等學科,還包含社會心理學、實踐行為學等理論。作為景觀綜合體,應將土地資源、自然景觀、河流等全面統籌、完善規劃,遵循人們需求,創建完善和諧的系統關系,才能真正提升城市橋梁景觀設計水平,優化設計效果。
2、橋梁景觀設計目標原則
優質的橋梁景觀設計應對其主體工程與引道設施,形式、布線、色彩樣式等在基于功能需求、技術標準與經濟狀況的基礎上實施生態、文化與藝術美觀性的全面組織設計。針對當前現代化城市橋梁工程呈現出大跨度、鮮明形體特征的現狀,將對整體城市景觀形成顯著影響。為此在景觀設計階段中,應基于天人合一的理念,打造遠處觀勢、近處看形的良好效果。同時應樹立可持續發展觀,打造充滿人文色彩、富含文化氣質的美觀橋梁工程,凸顯設計的創新性與精細化。應全面結合地域環境特點,設計開發出凸顯本地特征的橋梁景觀。同時應以人為本,交叉運用生態學、藝術、環境學等理論知識,開發出真正實用、美觀、環保的橋梁工程景觀空間。同時應做好環境、經濟等層面關系的良好調整,體現創造性,開展空間組合考察,提升整體橋梁工程的外觀效果,內涵品質,并真正令其成為現代化城市建設中一道靚麗的風景及城市新一輪地標。
3、城市橋梁景觀優化設計
3、1遵循城市橋梁景觀技術美學性,做好結構方案規劃
城市橋梁工程景觀優質設計,應科學明確橋梁應用功能,相關技術標準,做好經濟要求考察,并基于具體原則實施美學優化。例如,應進行良好的橋型特征及美學對比分析,完善橋梁體系結構的各個部件建設比例。確保橋梁工程選線同整體城市景觀以及大地整體尺度的良好和諧。同時應做好橋梁防護涂裝設計,令其與整體城市色彩和諧搭配,完善融入。橋梁景觀該類基于技術與功能為核心的設計實踐特征即為技術美學性。當體現的景觀價值呈現出顯著優勢,同時可符合功能需求、并體現技術可行性,則經濟因素可逐步向后移。例如位于城市風景區建設的橋梁工程,或在城市整體結構的要害區域設計的橋梁等,便可遵循該項設計原則。由此可見開展橋梁景觀設計實踐階段中,一些關聯域在各異環境狀況下,我們應分清主次,做好優化設計規劃。同時在結構設計實踐中,即便是再完美的計算,也無法補充結構構思創設的方案內容中的缺陷。反之,科學合理的結構方案可有效補足結構計算實踐中的缺陷,由此可見結構構思尤為重要。我們應明晰這一重要性,做好方案規劃,把握前提基礎,為優質的橋梁工程建設創設良好的條件。
3、2符合功能需求,由大處著手,促進橋梁工程同環境的完美融合
橋梁工程的基礎功能在于跨越,這一標準決定橋梁需具備良好的橋跨結構,完善該環節設計。為支撐整體跨越結構,我們應進行支撐體系的科學布設,令橋梁承載的車流、人流以舒適安全的狀態通過。因此在設計階段中應全面考量荷載需求,確保橋梁服務使用過程中不會由于顯著的變形影響功能發揮。另外,實踐設計階段中,我們不應盲目的追求美學,應首先確保橋梁工程發揮良好的通行功能,并進行技術標準與經濟的良好優化,進而體現設計規范。對于主體橋梁與引道,在符合技術、應用功能與經濟的基礎上,應實施景觀尺度、生態美觀、文化內涵及美學等層面的綜合布設與規劃。再者,我們應由大處著手,促進橋梁工程同環境的良好協調。應明晰設計核心在于令橋梁同四周環境完美和諧,良好的融于自然,不僅凸顯橋梁工程自身的美觀性,同時又不造成獨善其身的弊端。應由實際出發,因地制宜,量體裁衣、科學合理的引入造型法則,通過精妙構思,合理規劃,創設良好的橋梁空間與輪廓組合,進而體現工程規劃設計的簡明性、科學性。
3、3注重細節,促進附屬結構與整體的統一
橋梁工程主體功能為通行服務,同時應體現美觀實用性。其附屬結構可為整體通行水平與景觀效果起到畫龍點睛作用。例如欄桿可確保通行人員的安全舒適。為此應基于安全、耐用、便利、簡單、易于維修更換的原則,進行科學設計,令其同橋梁整體協調統一,并令亮麗優美的色彩線條給人以賞心悅目之感。
結語
總之,橋梁工程的景觀效應尤為重要,我們只有基于其設計內涵,遵循科學實踐原則,制定優質實踐策略,才能全面提升橋梁工程整體質量,營造優質景觀效果,并創設良好的經濟效益與社會效益。
[參考文獻]
關鍵詞:耐久性設計;碳化;氯離子的侵蝕;堿—骨料反應;構造措施
Abstract:this paper analyzes the environmental impact of the bridge role durability of the material presented was designed and strengthen the durability of structural measures, designed to provide a reference for bridge durability.
Keyword:durability design; carbonation; chloride ion erosion; alkali - aggregate reaction; structural measures
中圖分類號:U455.47+1文獻標識碼:A
長期以來,人們受混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料這一認識的影響,在混凝土常規設計中,認為結構承載能力不隨時間和環境影響而變化,忽視了鋼筋混凝土結構性問題,造成了鋼筋混凝土結構耐久性研究的相對滯后,并在近年來出現橋梁的早期破壞現象,影響了橋梁的使用壽命。
2004年交通部頒布《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004);以及2006年交通部頒布《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》(JTG/T B07-01-2006)提出了公路橋涵應根據其所處環境條件進行耐久性設計。對橋梁的耐久性設計起到了重要的指導作用。
1. 影響鋼筋混凝土耐久性的環境作用
1.1 混凝土的碳化
混凝土是以水泥砂漿為基體, 以骨料為加勁材料的復合材料, 水泥砂漿體的主要成分CHS 凝膠是一種結晶不完整的蜂窩形成錯綜復雜的網狀結構, 骨料與水泥砂漿間有微孔隙、微裂紋、因而混凝土材料具有一定的滲透性。空氣中的二氧化碳擴散到混凝土中與水作用生成碳酸、碳酸與水泥水化過程是產生氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣反應生成碳酸鈣, 在自由水的作用下碳酸鈣沉淀在混凝土內部的孔穴中,就是混凝土碳化。
混凝土碳化的結果使混凝土的PH 值降低, 如果堿損失發生在鋼筋附近, 當混凝土PH值小于11.5 時, 就能引起鋼筋表面惰性氧化薄膜的破壞, 在空氣中和氧的作用下, 還可以引起平行于鋼筋的裂紋和混凝土的崩裂。混凝土的碳化程度與水灰比有關, 隨水灰比的增加而碳化速度加快, 隨空氣濕度和二氧化碳的增加,碳化速度加快, 混凝土的碳化速度隨養護時間的增加而減小。因此,增加單位混凝土中的水泥用量, 會提高混凝土密度和抗滲透性, 可以減小混凝土的碳化速度。增加保護層的厚度, 使混凝土碳化到達鋼筋表面的時間增加, 也有利于混凝土結構抗碳化的能力。
1.2 氯離子的侵蝕
混凝土本身含有的氯離子可通過擴散作用和毛細作用進入混凝土內, 對鋼筋的銹蝕影響極大。氯離子半徑小, 穿透能力強, 很容易吸附在鋼筋陽極區的鈍化膜上, 取代鈍化膜上的氧離子, 使氫氧化鐵變為無保護作用的氯化鐵, 氯化鐵的溶解度比氫氧化鐵大得多, 由于氯離子到達鋼筋表面的不均勻性, 特別是氯離子作用在鋼筋局部區域內時為陽極區,形成腐蝕。當溶入混凝土中的氯鹽達到混凝土重量的0.1%~0.2%時, 鋼筋開始銹蝕。當氯鹽含量超過1%后, 鋼筋的銹蝕面積將急速增加。同時, 氯化物侵蝕所形成的銹蝕產物會導致混凝土的開裂和崩裂。研究表明, 氯化物侵蝕導致的鋼筋銹蝕一般大于混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕。
1.3 堿─骨料反應
堿─骨料反應一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發生反應,生成堿─硅酸鹽凝膠,并吸水產生膨脹壓力,造成混凝土開裂。堿─骨料反應引起的混凝土結構破壞程度,比其他耐久性破壞發展更快,后果更為嚴重。堿─骨料反應一旦發生,很難加以控制,一般不到兩年就會使結構出現明顯開裂,所以有時也稱堿─骨料反應是混凝土結構的“癌癥”。對付堿─骨料反應重在預防,目前還沒有更可靠的修補措施。防止混凝土堿─骨料反應的主要措施是:選用含堿量低的水泥;不使用堿活性大的骨料;選用不含堿或含堿低的化學外加劑等;通過各種措施,控制混凝土的總含堿量不大于3kg/m3。
1.4 凍融循環破壞
混凝土是多孔隙的復合材料, 外部的水份會通過毛細作用進入孔隙。當溫度降至點以下時, 孔隙中的水凍結膨脹, 其體積增加9%左右,當至少有91.7%的孔隙充滿水時, 水里結冰才產生內應力。孔隙體積膨脹, 孔壁受壓變形, 冰融化后, 就可能使孔壁產生拉應力, 反復凍融, 當作用于孔壁的拉應力大于混凝土的極限抗拉強度時, 即可以產生微裂縫, 持續凍融的結果使混凝土開裂, 甚至崩裂。混凝土的密實性不好, 則其抗滲性能差,可導致更多的水分進入混凝土內部, 加快混凝土結構的凍融破壞。因而降低混凝土的水灰比, 提高單位混凝土中水泥的用量, 對混凝土結構抗凍融破壞都是有利的。此外, 應避免采用吸水率較高的集料, 加強排水, 以免混凝土結構被水飽和。
2. 材料耐久性設計
2.1 采用高耐久性混凝土,增強混凝土的密實度,提高混凝土自身抗破損能力
提高混凝土自身的耐久性是解決混凝土結構耐久性的前提和基礎。按確定的環境類別(或環境作用等級及設計使用年限),選擇混凝土耐久性的基本要求指標,提出混凝土原材料選用(水泥品種與等級),摻和料種類,骨料品種與質量要求等,根據需要提出混凝土的氯離子擴散系數、抗凍耐久性指數或抗凍等級等具體指標;在施工圖設計和相應說明中,必須標明水灰比(或水膠比)等與混凝土耐久性相關的重要參數和要求;表一為《公路鋼筋混凝土和預應力混凝土橋涵設計規范》中的結構混凝土耐久性基本要求。
表1 結構混凝土耐久性的基本要求
環境類別 環境條件 最大
水灰比 最小水泥用量(kg/m3) 最低混凝土強度等級 最大氯離子含量(%) 最大堿含量(kg/m3)
Ⅰ 溫暖或寒冷地區的大氣環境、與無侵蝕性的水或土接觸的環境 0.55 275 C25 0.30 3.0
Ⅱ 嚴寒地區的大氣環境;使用除冰鹽環境;濱海環境 0.50 300 C30 0.15 3.0
Ⅲ 海水環境 0.45 300 C35 0.10 3.0
Ⅳ 受侵蝕性物質影響的環境 0.40 325 C35 0.10 3.0
2.2 鋼筋阻銹劑的應用
對于鋼筋防護而言,在任何情況下混凝土質量都是最重要的。如果混凝土材料或施工質量不好,或設計有缺陷等都會加速病害的發生和發展速度。在高質量混凝土的基礎上摻加鋼筋阻銹劑,被認為是長期保護鋼筋延緩腐蝕破壞、實現設計壽命的最簡單、最經濟和有效的技術措施。加入鋼筋阻銹劑能起到兩方面的作用:一方面推遲了鋼筋開始生銹的時間,另一方面,減緩了鋼筋腐蝕發展的速度。
2.3 橋面防水層
目前我國橋梁工程中采用多種防水層,從作用原理上講多屬于物理防水,是靠由防水涂料、膠體或卷材形成的防水層的物理作用隔斷水分。防水層的局部破損和老化,都會影響防水效果。近幾年來,國內外推廣采用水泥基滲透結晶型防水材料,為橋梁防水層設計提供了新思路。水泥基滲透結晶型防水材料從作用原理上講屬于化學防水,是靠防水材料的結晶滲透作用,堵塞混凝土毛細管,形成自密性混凝土層。
3. 構造保護措施
3.1 加大鋼筋的混凝土保護層厚度
混凝土保護層碳化是鋼筋銹蝕的前提。就一般情況而言,只有保護層混凝土碳化,鋼筋表層鈍化膜破壞,鋼筋才有可能銹蝕。因此,適當加大鋼筋的混凝土保護層厚度,是保護鋼筋免于銹蝕,提高混凝土結構耐久性的最重要的措施之一。
3.2 改進橋面鋪裝設計
3.2.1 采用高密實度具有良好防水性能橋面鋪裝混凝土。
橋面鋪裝混凝土應采用C30以上等級的高密度混凝土,為了提高混凝土的密實度,水灰比一般應控制在0.4以下。重要橋梁可采用纖維混凝土(鋼纖維混凝土或復合纖維混凝土)橋面鋪裝層。為了防止和控制混凝土的收縮裂縫,橋面鋪裝時應設置由帶肋鋼筋組成的平面鋼筋網,網格間距通常為100mm×100mm。
3.2.2 預防橋面鋪裝層混凝土縱向開裂的措施
在以往的橋梁設計中是將橋面鋪裝混凝土作為構成橋面橫坡的找平層和橋面板的保護層。在計算中一般是不考慮橋面鋪裝層參與主梁(或橋面板)共同工作的。但是,由橋面鋪裝層混凝土與橋面板的粘結作用,橋面鋪裝層作為主梁(或橋面板)截面的組成部分共同承受內力客觀存在的事實。
考慮橋面鋪裝層參與工作的鉸結空心板梁橋的空間分析表明,空心板梁在主要承受縱向變矩的同時,還要承受一定的橫向彎矩。由鉸縫本身的橫向連接薄弱,這一橫向彎矩主要由鉸縫頂面的混凝土鋪裝層來承擔。混凝土鋪裝層厚度有限,配筋很少(有些鋼筋也位于鋪裝層的中部,對抗彎不起作用),在橫向彎矩作用下,橋面鋪裝層出現縱向裂縫是必不可免的。
4.結語
目前,我我國基礎建設正處在中,提高鋼筋混凝土橋梁耐久性是一項系統工程,要從設計、選材與施工、維護各個環節著手,建立整體性防水和預防性保護的理念,改進我國橋梁防水、防腐結構設計。如果忽視了橋梁的耐久性,在以后橋梁運營中,用于維修可能耗費的費用數倍于橋梁當初的建設費用。作為一個橋梁工作者,我們應該盡快的吸取經驗教訓,提高橋梁的耐久性和使用壽命。
參考文獻:
關鍵字:橋梁抗震設計橋梁震害設計原則 設計措施
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
地震災害是橋梁災害中最為嚴重的一種,橋梁震害具體表現為橋臺和路基同時向河心的方向移動,并且伴隨著樁柱傾斜和開裂的現象,并且出現橋臺下沉、橋頭沉降的現象,嚴重的情況下將會影響到橋梁的性能,給人們的生命財產帶來威脅。要想更好的提升橋梁的質量,有效的抗擊地震給橋梁帶來的危害,就需要在設計環節下功夫,下面本文就對橋梁的抗震設計問題進行分析論述。
一 橋梁震害現象分析
地震是較為嚴重的自然災害,等級較高的地震現象將會給橋梁帶來一定的威脅,出現橋梁震害。一般情況來講,常見的橋梁震害主要表現在以下幾個方面,本文對其進行分析,深入了解橋梁震害表現,以便在設計的過程中更好的提升橋梁的抗震性能。
首先,橋梁震害表現為橋梁地基和基礎的破壞。橋梁地基破壞的原因主要是因為不均勻沉降或者是穩定性不足等因素造成的,在地震發生之后,會造成橋梁周圍結構物的破壞,降低橋梁基礎的穩定性,加重震害的強度。當橋梁周圍的地基受到地震作用強度降低的時候,橋梁的基礎就會發生沉降,如果不及時的采取措施處理的話,將會發生橋梁基礎的斷裂。
其次,橋梁震害表現為橋梁墩柱的破壞。橋梁墩柱在地震的影響下將會出現彎曲強度和彎曲延性不夠的現象,地震等級較大,還會造成橋梁墩柱的剪切強度降低,進而引發整個橋梁結構的倒塌,發生較為嚴重的毀滅性破壞現象。
最后,橋梁震害還表現為橋臺的沉陷現象。在發生地震之后,橋梁的橋臺填土縱向壓力將會增加,橋梁和橋臺之間的沖撞強度也會加大,二者之間產生巨大的壓力,使得橋臺出現移動現象,嚴重的時候將會造成橋臺沉陷,影響到了整個橋梁的質量。
二 橋梁抗震設計原則分析
上文中從三個方面簡單的分析了橋梁震害的現象,為了避免這些災害的發生,確保橋梁在地震作用下能夠保持較強的質量性能,在抗震設計的過程中需要注意以下原則。
首先,在抗震設計的過程中要堅持適當原則。適當原則即在設計的過程中需要按照橋梁抗震設計規范進行,不能夠憑借自己的設計經驗隨意設計,要使設計方案能夠最大限度的滿足施工的需求。具體說來,在設計的過程中需要保證橋軸線的比直性,曲線橋要能夠保證地震結構反應實現復雜化,同時在設計的過程中要最大限度的使橋臺橋墩和軸線保持垂直的狀態。除此之外,還需要保證沿縱向和橫向的橋墩剛度的一致性,減小變化的程度,保證橋墩的穩定性。
其次,要遵循具體問題具體分析的原則。在橋梁抗震設計的過程中,不能夠盲目設計,要結合地區的實際情況選擇最佳的設計方案,這樣才能夠起到良好的抗震效果。例如在汛期水量較多的地區,在橋梁抗震設計的時候就需要采取更加穩固的措施,防止因為水量的沖擊而影響到橋梁的穩定性,在發生地震之后起不到很好的抗震效果。
最后,在抗震設計的過程中要堅持材料和結構形式相吻合的原則。橋梁的抗震性能和材料之間有著直接的聯系,同時也和橋梁的結果之間有著密切的聯系,因此在抗震設計的過程中需要堅持材料和結構相統一的原則,即選擇變形能力較大的材料,保證材料的強度和剛度能夠適應鋼結構橋梁或者是鋼砼結構橋梁的抗震需求。
三 橋梁抗震設計具體措施分析
上文中從橋梁震害和抗震設計的原則兩個方面進行了分析,為了使橋梁具有良好的抗震性能,在設計的過程中需要在堅持原則的基礎上采取有效的設計措施。
首先,需要重視總體設計工作。在橋梁抗震設計的過程中,總體設計是基礎性工作,需要對這一工作進行關鍵性處理,在這個環節中,橋位的選擇是抗震總體設計的靈魂。在選擇橋梁地址的時候,需要避開震區,選擇地震時地基穩定性較好的區域作為橋梁的地址,例如,堅實的地基、基巖等是較為理想的橋梁地址。同時需要注意的是,在選擇橋梁地址的時候還需要進行安全性評估,選擇最佳的橋梁地址。同時,在這一階段,還需要重視橋梁的選型,橋梁結構設計要能夠滿足地區的地質情況和地形情況,要結合地區震害發生情況選擇最佳的橋梁結構,并確定好橋梁的墩臺以及基礎的型式。而對于橋孔的設計,則需要選擇有利于抗震的形態,要保證設計的結構具有自重輕且型式簡單的特點。
其次,在橋梁抗震設計的過程中需要做好減震設計工作。在實際設計的過程中,為了提升抗震的性能,通常采用連續的橋跨代替簡支梁,這樣能夠有效的縮減伸縮縫的數量,以此來降低地震的危害性,也能夠在一定程度上提升橋梁的利用效率。需要注意的是,在應用常規的簡支橋結構的時候,設計中需要加強橋面的連續構造,以便為橋梁提供足夠的寬度,這樣能夠有效的防止橋梁出現錯位,提升橋梁的抗震性能。同時,在設計的時候還可以根據實際需要加寬墩臺頂蓋和支座的寬度,并且設置格擋裝置以避免橋梁出現位移的情況。
再次,在抗震設計的過程中需要注意設計細節問題。橋梁抗震設計工作不僅需要從整體上引起重視,同時不能夠忽視設計中的細節問題。例如在設計中,如果橋梁采用的是橡膠支座,就需要設置擋軌來確保抗震的性能;在橋梁基礎設計的過程中,需要設置在較為可靠的地基上面,降低地震的危害性;在墩柱的設計過程中,則需要采用螺旋型的箍筋,這樣能夠給墩柱提供較多的約束,提升抗震的性能,確保橋梁的安全。同時,在墩身設計的時候,縱向鋼筋在深入蓋梁和承臺的時候需要有一定的錨固長,這樣可以增強連接點的延性,也能夠有效的提升橋梁的抗震性能。
最后,橋梁抗震設計的其他措施分析。在橋梁抗震設計的過程中,可以采用隔震支座,其在和橋梁的墩柱以及墩臺的連接處能夠增加橋梁結構的柔性,以較小地震發生時對于橋梁的危害。同時,在設計的過程中還可以在橋梁的梁體和墩柱墩臺的連接處設置減震支座,這樣也能夠減弱水平地震力的影響,提升橋梁的抗震性能。同時,在抗震設計的過程中還可以采用抗震新結構,如型鋼混凝土結構的橋梁,其抗震性能和傳統結構的橋梁相比,抗剪承載能力較強,延性較好,能夠有效的吸收和散發地震給橋梁帶來的能量危害,提升橋梁的抗震性能,使得橋梁的地震變形程度控制在最小的范圍內,也能夠大大的提升橋梁的安全性能。在設計時,還可以利用橋墩延性實現橋梁的減震效果,或者是采用隔震支座和阻尼器相結合的手段提升橋梁的抗震性能,本文對這些具體措施就不詳細分析。
結束語:我國屬于地震頻發區,地震發生時將會給橋梁的穩定性帶來一定的威脅,嚴重時將會造成橋梁的塌陷,為了最大限度的降低橋梁震害發生的幾率,在設計的過程中需要采取有效的措施提升橋梁抗震設計強度。本文就以此為中心,結合工作經驗,對橋梁抗震設計問題進行分析,希望通過本文的論述,對于今后的橋梁抗震設計起到一定的幫助作用,更好的提升橋梁的抗震性能,保證橋梁的安全性和穩定性。
參考文獻:
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[2] 李曜宇 淺談橋梁抗震設計 城市建設理論研究,2012年第39期
[3] 楊菲 淺談橋梁抗震設計的問題及其對策研究 科學之友,2011年第05期
[關鍵詞] 橋梁設計;隔震設計;意義
引言
橋梁是現代城市化建設中的重要基礎設施,它具有極強的社會公共性,建設時其投資較大且后期運營管理中也相對困難。另外橋梁作為危機管理系統的重要構成部分,應當具備較強的抗震性能,因為橋梁抗震性能的提高可以有效地減少地震后的損失。
一、橋梁進行隔震設計的好處和重要性
1橋梁隔震設計的重要性,橋梁設計中的隔震設計指的是在橋梁建設時安裝隔震器,它可以使橋梁在水平方向上得到柔性支承,這樣就使水平方向上的周期延長,另外還要安裝阻尼器來,這樣做是為了提高橋梁的阻尼效應,可以再地震發生時降低地震的作用。近些年,國外一些發達國際在橋梁的隔震設計方面加強了研究取得了很多重大的突破。但我國在這些方面還比較落后,研究還處于初級階段且缺乏系統性,主要一些方法大多采用國外的研究經驗和成果。
2橋梁隔震設計的好處 ,在橋梁的設計中加強隔震設計,可以有效地改善和分解地震后的地震力在各結構支座間力的分布情況,這樣可以保護橋梁的基礎部位,同時對橋梁的上部結構可以有效地支撐和保護。在橋梁設計中的相關隔震設計可起到調節橫向剛度的作用,這樣可以改善橋梁結構扭轉平衡的問題,有效地降低了地震力。在橋梁設計中的上部結構時,采用隔震減少甚至消除地震后橋梁的上下部結構出現的超出建設彈性范圍的現象, 防止超出彈性范圍后局部部位發生變形。在橋梁設計中進行隔震系統的設計,可以取得比普通抗震設計更好的抗震效能,這樣就在不增加工程造價的情況下,還提高了工程的質量。在橋梁的隔震設計中采用的隔震支座若在正常使用條件下,由于溫度的變化或者其它的形變而發生變化,它們的形變相對也較小,這樣就能為城市建設中高架橋梁設計中多跨連續梁橋的采用,即減小伸縮縫的使用提供了方便。與那些未采用隔震設計的橋梁相比較,采用了隔震設計的橋梁可以在經歷了較大的地震后,較容易地更換隔震設計和裝置,且維修的時間相對較短,維修的費用也相對較低。
二、橋梁隔震設計理論概述
1 隔震技術的原理 ,隔震是抗震方式發展的一種新形式和新趨勢,它的作用是通過減小而并非抵抗地震的作用來起到橋梁的保護結構不受損、橋梁的抗震能力增強的效果。在通常的橋梁設計和施工中,提高橋梁抗震效果的方法通常是通過提高橋梁結構的整體強度和變形能力。與之相對比,橋梁的隔震設計主要特點在于引入了柔性裝置的設計,這樣做就使橋梁的重要結構構件可以與水平地面運動在一定程度上的關聯性減少,使重要構件在地震后不會發生破壞性的損傷,使結構的反應加速度比地面的加速度小,另外,由于采用了阻尼設計,這樣阻尼就有效地將地震帶來的能量得到消耗,當能量傳遞到橋梁上部以及隔震結構時作用力已大大減小。
2隔震技術的特點 隔震技術在橋梁抗震設計中的的應用,主要目的就是為了利用這些隔震裝置達到延長結構周期、消耗地震能量和降低地震后結構毀壞和變化的效果。在橋梁進行隔震設計時,最關鍵的因素就是要求要有合理的設計,使相關的抗震系統構件能夠具有較強的彈性和可塑性。隔震技術在橋梁設計中的采用,一方面可起到減少工程造價同時提高工程效能的效果,它往往要比常規的抗震設計的抗震性能高,可以有效地保護橋梁墩柱,達到降低橋梁墩柱延性需求的作用和目的;另一方面上部結構中隔震措施的采用可以有效地減小或者消除地震后橋梁的下部結構超出彈性范圍的反映和現象,對于那些在地震后難以檢查或者修復的地方,隔震設計可以避免在這些部位發生嚴重的非彈性變形。
3 橋梁隔震設計的基本原則 ,橋梁隔震設計是加強橋梁抗震性能的重要要求,但在進行隔震設計時應當遵守以下幾個基本原則,只有認真遵守這些原則,才能有效地、切實地提高橋梁抗震效能,這些原則分別是:應對橋梁是否適宜采用隔震設計進行科學的考察,考察應當以其周期增長后系統能否有效地提高地震時能量的吸收,且以這個為判斷的判據。對于不適合進行抗震結構的橋梁地段,不能盲目地進行施工隔震裝置在橋梁設計中若被采用,則它的上部結構在地震后會產生相對的位移,這將對橋梁的后期使用和功能產生影響,因此在地震后,應當加強對隔震裝置的修補和完善。若在橋梁設計時采用了相關的隔震措施,那么應當保證橋梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震設計所起到的抗震性能的大小。應當對采用隔震措施橋梁附近的地質環境以及橋梁地基進行科學地研究和勘測,隔震橋梁附近應當具有較為堅實的地質條件。在采用隔震裝置時,應當盡可能地選擇和采用那些結構簡單且同時符合所需隔震性能的裝置,且應當保證在其力學性能的范圍內科學地采用。
三、橋梁的隔震設計
1 隔震裝置的設計,隔震裝置的設計和結構其它構件的設計是隔震橋梁抗震設計的兩個主要方面。隔震裝置的設計是隔震設計的中心,當前,在橋梁的隔震設計中較為普遍采用的方法是彈性反應譜法,這種方法被大部分國家采用,但有不同的規范,主要有美國的、日本的和歐洲的規范,它們之間區別不大,主要在于計算公式的不同,這些計算公式是指隔震裝置等效剛度的計算和和等效阻尼的計算,與之相對比,那些復雜性強或較為不規則的橋梁,較為常用的方法是時程方法。彈性反應譜方法之所以得到普遍采用,一方面是因為施工時計算的相對簡單,另一方面是因為它和現有的規范計算方法很接近,這樣便易于接受,最后應當引起注意的是眾所周知隔震裝置的等效剛度和等效阻尼的計算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關的,繼而隔震裝置的變形又與整個橋梁的地震響應程度有關系,所以客觀上要求我們對于采用彈性反應譜方法進行的隔震設計應當是一個不斷完善和變化的過程。由于在具體的計算中,對于目標的實現和達到沒有直接的公式可采用,因此這就要求設計人員對橋梁結構地震響應的程度有較好的掌握和預估,地震發生后,較為熟練的工程師可以依據其長期工作的經驗初步地制定設計方案,方案完成后,再用一系列的時程來分析和驗證其設計是否合理。
2 細部構造的設計,橋梁的附屬結構在橋梁的隔震設計中同樣發揮著巨大的作用,這些附屬結構和構件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等,通過對諸多震害調查的分析和動力時程分析我們發現這些細部構造是影響橋梁結構動力響應和隔震效果的重要方面。但當前普遍存在的問題是大多數的設計人員會忽略細部構造的設計、將其置于次要地位,另外一方面這也是由于在地震響應的計算時附屬結構的計算方法較為復雜造成的。在細部構件的設計時應當具有良好的連續性。
總之,橋梁設計中的隔震設計是提高橋梁工程質量的重要方面,雖然目前我國的隔震技術還處于初級階段,但我們應當科學地吸收和借鑒國外的一些技術經驗,完善我國國內橋梁設計中的隔震設計,提高橋梁的抗震性能。
參考文獻:
關鍵詞:橋梁; 抗震; 設計; 對策
Abstract: to ensure the highway bridge facilities in good condition, play its role in earthquake relief, need to highway bridge design in-depth earthquake-resistant calculation and research. This paper introduces the basic principle of seismic design of bridge, analyzes the bridge seismic design countermeasures.
Keywords: bridge; Seismic; Design; countermeasures
中圖分類號: K928 文獻標識碼: A 文章編號:
我國地震的特點是發生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡大、災害嚴重。突發的強烈地震不僅使建設成果毀于一旦,而且還會給人民的生命財產造成不可估量的損失。橋梁作為生命線系統工程中的重要組成部分,在各種救災中,發揮著重要作用。因此應確保橋梁在強烈地震后能夠不需修復或簡單修復可繼續使用的能力。
一、橋梁抗震設計基本原理
結構地震響應分析方法可以分為確定性方法和非確定性( 或概率性) 方法兩大類。確定性方法是以確定性的荷載作用于結構,求解該確定性荷載作用下結構動力反應的方法。彈性靜力法、反應譜法和時程分析法均屬于確定性方法。非確定性方法將地震視為隨機過程,以此隨機地震動作用于結構,求出結構動力響應統計量。
1、確定性方法
(1)靜力法
最早在1899 年,由日本學者大房森吉提出,該法假設結構各部分與地震動具有相同的振動規律。結構因地震力引起的慣性力等于地面運動加速度與結構總質量的乘積,以此慣性力作為靜力施加于結構,進行結構線彈性靜力分析。
(2)反應譜法
反應譜方法的基本原理是,作用于結構的實際地震波是由含有一定卓越頻率的復雜波組成,當地震的卓越頻率和結構的固有頻率相一致時,結構物的動力反應就會變大。不同周期單自由度振子在某一地震記錄激勵下,可得到體系周期與絕對加速度、相對速度和相對位移的最大反應量之間的關系曲線,即加速度反應譜、速度反應譜和位移反應譜。由于客觀存在隨機因素影響,使得不同地震記錄得到反應譜具有很大隨機性、離散性,實際應用的規范反應譜是大量地震記錄輸入后得到眾多反應譜曲線經統計平均和光滑后而得到的。結構物可以簡化為多自由度體系,多自由度體系的地震反應可以按振型分解為多個單自由度體系反應的組合,每個單自由度體系的最大反應可以從反應譜求得。
(3)時程分析法
時程分析法是將實際地震動記錄或人工生成的地震波作用于結構,直接對結構運動方程進行數值積分而求得結構地震反應的時間歷程。時程分析法由于采用了符合場地情況的具有概率意義的加速度過程作為地震動的輸入,因此可以精確地考慮結構—基礎—土的相互作用、地震波多點輸入等因素而建立結構動力計算模型和結構地震響應振動方程。但為了較合理的體現地震荷載的隨機性,同一輸入點的地面運動需要多組加速度時程進行模擬,之后作統計處理,計算量十分龐大。
2、非確定性方法
隨機振動法建立在地面運動統計特征的基礎上,把具有統計性質的地震動作用到結構上,提供了結構響應的統計度量,不受任意選擇的某一輸入運動控制。由于隨機振動法已經考慮了地震發生時地面運動的概率統計特性,被認為是一種較為先進的分析工具。盡管還有種種不夠成熟之處,現已被作為與反應譜法、時程分析法并行的一種抗震分析方法列入我國規范。
二、橋梁抗震設計對策分析
根據橋梁震害的分析知道,地震對橋梁的破壞作用,不僅與橋梁的結構本身有關,還與所處的場地、地基及地形地貌等有關。抗震設計中除了進行抗震設計計算外,橋位選擇、橋型選擇、結構體系布置、結構構造設計同樣重要。
1、總體設計中應注意的問題
(1)橋位選擇
選擇橋址時,應避開地震時可能發生地基失效的松軟場地,選擇堅硬場地。基巖、堅實的碎石類地基、硬粘土地基是理想的橋址場地;飽和松散粉細砂、人工填土和極軟的粘土地基或不穩定的坡地都是危險地區。拱橋應盡量避免跨越斷層,特殊困難情況下應進行地震安全性評價。
(2)橋型選擇
橋梁應結合地形、地質條件、工程規模及震害經驗,選擇合理的橋型及墩臺、基礎型式。宜盡可能采用技術先進、經濟合理、便于修復加固的結構體系。可以考慮采用減震的新結構,比如型鋼混凝土結構等。
(3)橋孔布置
橋孔宜選用有利于抗震的等跨布置,并盡量避免高墩與大跨的結合。宜體形簡單、自重輕、剛度和質量分布均勻、重心低、便于施工。位于地震后可能形成泥石流溝谷上的橋梁,孔跨和橋下凈高宜根據流域內的地形、地質情況酌情加大。
2、橋梁抗震構造措施
(1)基礎抗震措施
應加強基礎的整體性和剛度,同時采取減輕上部荷載等相應措施,以防止地震引起動態和永久的不均勻變形。在可能發生地震液化的地基上建橋時,應采用深基礎,使樁或沉井穿過可能液化的土層埋入較穩定密實的土層內一定深度。并在樁的上部,離地面1~3m的范圍內加強鋼筋布設。
(2)橋臺抗震措施
橋臺胸墻應適當加強,并增加配筋,在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間應設置彈性墊塊,以緩和地震的沖擊力。采用淺基的小橋和通道應加強下部的支撐梁板或做滿河床鋪砌,使結構盡量保持四鉸框架的結構,以防止墩臺在地震時滑移。當橋位難以避免液化土或軟土地基時,應使橋梁中線與河流正交,并適當增加橋長,使橋臺位于穩定的河岸上。橋臺高度宜控制在8m以內;當臺位處的路堤高度大于8m時,橋臺應選擇在地形平坦、橫坡較緩、離主溝槽較遠且地質條件相對較好的地段通過,并盡量降低高度,將臺身埋置在路堤填方內,臺周路堤邊坡腳設置漿砌片石或混凝土擋墻進行防護,橋臺基礎酌留富余量。如果地基條件允許,應盡量采用整體性強的T形、U形或箱形橋臺,對于樁柱式橋臺,宜采用埋置式。對柱式橋臺和肋板式橋臺,宜先填土壓實,再鉆孔或開挖,以保證填土的密實度。為防止砂土在地震時液化,臺背宜用非透水性填料,并逐層夯實,要注意防水和排水措施。
(3)橋墩抗震措施
利用橋墩的延性減震是當前橋梁抗震設計中常用的方法。高墩宜采用鋼筋混凝土結構,宜采用空心截面。可適當加大樁、柱直徑或采用雙排的柱式墩和排架樁墩,樁、柱間設置橫系梁等,提高其抗彎延性和抗剪強度。在橋墩塑性鉸區域及緊接承臺下樁基的適當范圍內應加強箍筋配置,墩柱的箍筋間距對延性影響很大,間距越小延性越大。橋墩的高度相差過大時矮墩將因剛度大而最先破壞。可將矮墩放置在鋼套筒里來調整墩柱的剛度和強度,套筒下端的標高同其他橋墩的地面標高。
(4)支撐連接構件抗震措施
墩臺頂帽上均應設置防止落梁措施,加縱、橫向擋塊以限制支座的位移和滑動。橡膠支座具有一定的消能作用,對抗震有利。在不利墩上還應采用減隔震支座(聚四氟乙烯支座、疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座等) 及塑性鉸等消能防震裝置等。選用伸縮縫時,應使其變形能力滿足預計地震產生的位移,并使伸縮縫支承面有足夠的寬度,同時設置限位器與剪力鍵。
(5)上部結構抗震措施
在高烈度地震區盡可能采用整體規則性好的橋梁結構,結構的布置要力求幾何尺寸、質量和剛度均勻、對稱、規則,避免突然變化。從幾何線形上看,盡量選用直線橋梁。多跨簡支梁橋由于整體性差,發生落梁的危險遠大于單跨簡支梁橋或連續梁橋,故加強上部結構的整體性,限制其位移,是提高橋梁上部結構抗震能力的有效措施。對于多跨簡支梁時,應加強梁(板)之間的縱、橫向聯系,將橋面做成連續,或采用先簡支后結構連續的構造措施。此外,應加大簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的距離,防止落梁。
對于梁(板)橋,應采用縱、橫向約束裝置,限制梁的位移,如采用拉桿、鋼筋硅擋塊、錨桿等,梁與墩帽用錨栓連接,T梁在端橫隔板之間螺栓連接。擋塊和錨桿要滿足產生預計地震力時的抗剪要求。曲梁橋,應采用上、下部之間用錨栓連接的方式。在梁與梁之間和梁與橋臺胸墻之間設置彈性墊塊,以緩和地震的沖擊力。
(6)結點抗震措施
橋梁結點區域一旦受損將難以修復。城市高架橋墩柱的結點、橋墩與蓋梁的結點、橋墩與基礎的結點等,是保證橋梁整體工作的重要構件。在橋梁抗震設計中,除了保證墩、梁有足夠的承載力和延性外,還要保證橋梁結點有足夠的承載力,避免結點過早破壞,即“強節點,弱構件”。
關鍵詞:橋梁設計;常見問題;應對策略
Abstract: with the rapid development of the social economy, the quickening pace of infrastructure construction, especially transportation enterprise in our country the construction of roads and Bridges presented a scene of prosperity, the construction of the bridge occupy a very important position in the infrastructure construction, the bridge design when the problems will directly affect the overall quality of the bridge, the causes and strategy analysis for corresponding problem is necessary. Therefore, in this paper the cause of the problem often appears in bridge design is briefly summarized, has been clear about the seismic design of bridge foundation design, reinforcement design and often appear problem, and put forward the coping strategies, is only for staff involved in bridge design reference.
Key words: bridge design; Common problems; Coping strategies
中圖分類號:U442.5+9文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2013)
橋梁設計的基本要求為:經濟合理、技術可行且先進,在設計的基準期內適用耐久、安全可靠,有較好的環境效益及社會效益。嚴格執行國家及地方的技術標準、規范及相關規定是上述要求得以實現的技術保證,其中《工程建設標準強制性條文》直接涉及到人民的生命安全、身體健康以及環境保護等公眾利益的內容,必須予以嚴格執行。為減少橋梁設計過程中所出現的問題,我們研究了橋梁設計中常見的問題,對設計缺陷的產生原因做了簡單分析,并依此提出了相應的改進措施,以期達到為類似的橋梁設計提供參考并提高設計質量和效率的目的。
1橋梁設計常見問題產生的原因
1.1設計前的準備工作不足
為了提高設計的效率,同時減少自身工作量,設計者往往會忽視對施工區域各類數據的了解及實地測量,而僅僅是簡單的查閱相關資料后根據自己的經驗進行設計,“紙上談兵”脫離所設計工程實際的指導規劃圖。這就給城市道路工程日后的運行與維護帶來了嚴重安全隱患,因為橋梁所存在的自然環境并不是一成不變的,降水、土壤、水文以及生物等因素的變化都將對工程形成影響,近期出現的道路橋梁安全問題大多是由忽視工程與自然環境的協調性造成的,如由滑坡、泥石流等天然災害導致橋梁安全問題。如果設計者能夠在設計初期對施工區域的地形、地貌等地質條件進行詳盡的研究,并采取合理有效的應對措施,完全可以避免這類事件發生。因此,作為橋梁的設計者應以認真負責、實事求是的態度對待設計工作,切實的進行調研,在綜合分析實測數據資料的基礎上科學合理的進行設計,以確保橋梁的質量安全。
1.2設計時忽略對于道路橋梁質量的管理問題
很多設計者只知道道路橋梁的質量問題與施工材料優劣、施工環節好壞息息相關,事實上不僅如此,實踐經驗還證明:道路橋梁的設計工作完善與否也會影響橋梁工程的質量。在確定設計方案時,設計者應做好對于可能出現問題的預防措施,然而,在實際施工時可能因各種利益訴求使得設計方案隨意被改變,如在市政道路的建設活動中,設計者在進行橋梁承重設計時往往只考慮一般情況,但是在我國很多地區,路基下面往往因人們的生產、生活需要會鋪設許多管網且在鋪設管網時會一定程度上損毀路面,這使得路基承重的設計不符合實際,造成路面塌陷,導致不必要交通事故的發生。如果設計時可以提前防范類似的潛在質量問題,合理的安排路基承重范圍,將會很大程度上提高道路橋梁質量水平,從而減少不必要麻煩。要解決這一問題,歸根結底還是要求設計者進行實際調查,只有認真了解設計施工的相關實測數據資料,在設計過程中才能做到有針對性及可實施性。
1.3設計過程中忽視工程造價
完美的設計不僅需要考慮具體的專業施工問題,而且還需要科學的管理工程造價。然而,縱觀國內城市道路橋梁的設計方案,其對工程造價的設計和管理幾乎是一片空白。如果加強施工過程中對造價工作的管理控制,將有效提升工程建設的質量,二者相互協作,彼此密切聯系,但是設計者往往會忽視這一點,單純的追求工程建設的規模及其影響力,因而缺少對于資金管理重視。這可能會導致一些項目資金被隨意挪用,無法確保施工材料的質量,很多資源不能發揮應有的工程作用,從而導致社會公共資源的浪費。城市的道路橋梁建設耗費了國家及地方的大量財政資源,如果設計僅僅是為了獲取這些公共資源,將會嚴重影響整個區域經濟的發展。因此,為建立快捷高效的施工資源配置體系,并協調內部施工資源,設計者應在設計時加強對于工程造價的控制與管理,提高資源利用率,促進城市的道路橋梁建設行業內部的優化,進而推進橋梁事業的快速發展,從而為區域經濟的發展提供重要的載體。
2橋梁設計的常見問題及其應對策略
2.1基礎設計的常見問題及其應對策略
進行橋梁基礎設計時,常見問題為:缺乏基礎的地質鉆探資料或是相關資料與設計要求不符。橋梁的各個墩和臺都必須具有一個或以上的地質鉆孔,兒且深度應位于樁尖的持力層以下3—5m內。如果沒有完善的地質勘測資料,就無法確保橋梁上部的結構安全性,因而也不能夠進行施工。為避免此問題的出現,設計人員必須詳細了解有關規范,并及時與相關的地質勘測單位及施工建設單位溝通,以及時獲得與設計要求相關的地質勘探資料,從而確保橋梁設計能夠符合承載力等相關要求,最終實現橋梁建設的安全穩定性和經濟合理性。
2.2配筋設計的常見問題及其應對策略
2.2.1 橋梁的配筋設計不合理
通常情況下,橋梁的配筋設計過程中常出現以下問題:在設計橋墩帽梁的過程中,由于帽梁的主拉應力鋼筋起彎點布置不科學,導致斜筋間的間距過大;在布置橋墩鋼筋的過程中,牛腿構造儀配置主拉應力斜筋,但斜筋并未與水平鋼筋進行焊接,因而導致“浮筋”的形成。應對措施如下:就支點附近首排彎起的鋼筋彎折點而言,連續梁邊等的支點心處于支座界面中心處,然而其中間支點應處于鄰近跨徑側的橫隔板邊緣,各排梁的彎折點均須落在前排底部彎折點內或彎折點上;就主拉應力筋而言,“浮筋”的形式不能形成有效的握裹力,從而無法保證主抗拉應力效應的產生,因此,對彎起鋼筋而言,應避免采用浮筋形式。
2.2.2 鋼筋混凝土和預應力混凝土結構梁內的箍筋設置、局部加強區配筋設計不滿足要求
該方面較為常出現如下問題:箱梁腹板及墩柱箍筋的間距設計偏大;箱梁的支座與腹板的中心線并未重合,并沒有依據剪力的實際分布情況來進行箍筋間距的確定。應對措施如下:梁內的箍筋不僅能承受主拉應力,還能確保主受力鋼筋的位置正確性等,箍筋應采用封閉式,避免鋼筋因受壓產生縱向彎曲進而導致發生外凸,箍筋間距應不超過100mm;箍筋主要靠轉角點約束縱向鋼筋,因此,距轉角點越遠的箍筋對縱向主筋所產生的約束力越小,這就要求箍筋的數量不能太少。
2.2.3 鋼筋搭接長度的設計不滿足要求
常見問題為:鋼筋混凝土連續板梁和墩臺的設計中,受拉鋼筋搭接長度無法滿足規范的要求;采用綁扎方式搭接直徑為32mm的鋼筋,難以滿足規范要求。為使鋼筋接頭處充分受力,達到所要求的剛度,須增加搭接長度。對較大直徑的鋼筋采用綁扎搭接的效果不好,難以滿足規范要求,故設計者還是要遵照規范規定,按鋼筋直徑不同選用綁扎或焊接等不同連接方式。
2.2.4 鋼筋的保護層設計不滿足要求
常見問題如下:橋梁箍筋到側面凈距較小,鋼筋的混凝土保護層厚度不滿足要求;位于Ⅲ類環境中的橋梁,其鋼筋保護層的厚度不夠,鋼筋籠采用定位鋼筋,不利于防腐蝕施工。應嚴格根據規范的規定設置混凝土表面到箍筋的凈距,以滿足鋼筋的混凝土凈保護層厚度的要求;就位于III類環境中的橋梁設計而言,除須滿足鋼筋保護層的厚度要求外,還應考慮定位鋼筋的使用不利于保證結構的耐久性,建議用定位鋼筋混凝土塊代替定位鋼筋,以起到良好的防腐作用。
2.3 抗震設計中的常見問題及其應對策略
常見問題是:梁端到墩、臺帽或蓋梁邊緣間的距離較小,橋橫向沒有設置抗震的錨栓,順橋向也未設置抗震的墊塊,亦未采取其它抗震的措施。《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02—01—2008)第11.2.1條規定:6度區簡支梁的梁端到墩、臺帽或蓋梁邊緣要求有一定的距離,最小值a(cm)≥70+0.5L(L為梁的計算跨度單位m),須注意蓋梁、臺帽的寬度設計滿足抗震設計的要求,橋橫向設置抗震錨栓,順橋向設置緩沖墊塊。此外,規范還對采用閉合式箍筋、鋼筋彎鉤的方向等都有具體規定,設計時必須嚴格遵守。
3結語
城市道路橋梁的規模和數量日益擴大,其質量安全問題也越來越多的收到社會的關注和重視。在橋梁設計過程中,設計者要以對社會公共負責的意識,認真制定設計方案。為此,要求設計者不斷提升設計水平和能力,綜合多方位、多領域的設計技術,逐步加大資源投入,建立完善的責任監管體系,使城市道路橋梁建設行業得到不斷的發展。
參考文獻:
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