時間:2023-05-30 10:16:00
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篇愛是橋梁,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。
愛學生,是做教師的起碼條件,教師對學生的愛和暗含的期待可以產生巨大的感召力、推動力。教師的愛心不僅能激勵學生積極向上,而且影響著學生智力、情感、個性的發展。對后進生尤其要多關心、多愛護。
一、愛蘊含著時機。小學生的情感表現十分明顯,有的愿聽表揚和贊許的話,有的期望得到他人的同情和支持。教師如果略加體味后進生的情感需求,及時給予鼓勵和幫助,后進生會迅速燃起進步的火焰。在新學期或者新學年的開始,后進生不例外地內心萌發積極向上的心理,希望自己有個良好的開端,因而我們要把握住這一時機;其次,為他們開展一些多形式的社會活動,教師對后進生微小的成績給予肯定、表揚,借此成為后進生轉化的新起點。
二、愛蘊含著尊重。教師與學生應是平等關系,應相互尊重。對后進生那種暗含愛的尊重,是溝通情感的橋梁,而不是一種權威式、支配式的恩賜。不能把自己的話當上級的命令,要求學生絕對服從。后進生有了再大的缺點、過失,教師不能采取簡單粗暴的手段指責,施加壓力,更不能采取體罰、辱罵、訓斥、挖苦諷刺等侮辱人格的做法。教師要用顆火熱的心去溫暖、激勵他們的心。
三、愛蘊含著信任。“教育就是信任。”信任是思想品德教育的動力,也是做好思想轉化工作的基礎。信任后進生要突出一個“愛”字。要真正做好后進生的轉化工作,首先應該了解他們,親近他們,進而鼓起他們的信心和勇氣。對他們的缺點、錯誤要歷史地辯證地分析,充分理解、相信他們有著不可估量的可塑性,相信他們渴望著、憧憬著美好前景。因此,我們要善于發現后進生的優點和長處,對他們的點滴進步要鼓勵、表揚。
四、愛蘊含著關心。愛就是為學生操勞,要使學生將抗成長。愛學生就要從生活上、學習上、思想上各個方面無微不至地關心、愛護他們,幫助他們解決實際困難。還要關心他們的課外生活,知道他們喜歡什么,愛看什么書籍,家庭中有哪些影響他們學習的因素。這就要求教師要全力以赴、任勞任怨,為學生的成長盡可能多地賦予愛的關心。
五、愛蘊含著威嚴。教師應是學習上的嚴師,嚴格要求學生是愛生的尺度,教師愛學生主要是從學生全面發展、健康成長著眼。所以愛學生不等于遷就學生,放任學生,也不是溺愛學生。教師要充分了解后進生的心理特點,有針對性地全面教育他們,對他們要愛中有嚴、嚴中有愛,做學生學習上的嚴師,生活上的慈母。
總之, 教師熱愛學生,是教師高尚品質的自我表現,也是一種強有力的教育手段,它作為一種十分重要的教育力量,發揮了其它教育因素和力量所不能發揮的作用。
關鍵詞:橋梁,抗震,設計
我國是一個多地震國家,地震災害會使大量地面建筑物和各種設施遭到破壞,造成大量人員傷亡,甚至嚴重地阻斷交通。鐵路橋梁、公路橋梁、城市高架橋等受到損壞,會使后續救助工作變得更加艱難。為了保障人民財產的安全及公路橋梁設施的完好,更好地發揮公路運輸在抗震救災中的作用,在橋梁設計中應充分重視抗震設計。
1.橋梁震害現象分析
二十世紀七十年代以來,國內外了發生過一系列較大的地震,有許多橋梁遭受了不同程度的破壞。通過對這些震例進行調查研究,分析橋梁結構的抗震性能、震害特點及產生原因,可以總結出以下幾點:
1.1地基與基礎破壞。地基破壞主要是指因砂土液化、不均勻沉降及穩定性不夠等因素引起的地層水平滑移,下沉、斷裂,進而導致結構物的破壞,震害較重。基礎的破壞與地基的破壞緊密相關,當結構周圍的地基受到地震作用強度降低時,基礎就會發生沉降或滑移,樁基礎可能發生剪斷、傾斜破壞,進而引起墩臺傾斜、倒塌或折斷。
1.2橋臺沉陷。當地震作用下,由于橋臺后填土與橋臺并非完全固結,橋臺填土的縱向土壓力增大,橋梁與橋臺之間的沖撞會產生相當大的被動土壓力,使橋臺有向橋跨方向移動的趨勢。由于橋面的支撐作用,橋臺將以橋臺頂端為支點產生豎向旋轉,從而導致基礎破壞。。若橋臺基礎建造在液化土上,則可能引起橋臺垂直沉陷, 最終導致橋臺因承受過大的扭矩而破壞。
1.3墩柱破壞。墩柱破壞主要包括彎曲強度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區的抗彎能力以及剪切強度不足等。墩柱的破壞往往引起連鎖反應,如落梁、整個結構的倒塌等。
1.4支座破壞。。在地震力的作用下,如果上、下部結構的相對位移過大可能造成支座錨固螺栓拔出、剪斷,活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等,導致結構力傳遞形式的變化,進而對結構的其他部位產生不利的影響。
1.5落梁破壞。支撐連接構件失效后,上、下部結構的相對位移進一步加大,相鄰梁體發生相互沖擊,造成撞擊破壞甚至落梁的發生。
1.6節點破壞,節點區域鋼筋大量相交,連接節點在地震荷載和重力荷載的作用下處于復雜而又變化的應力狀態,常導致節點區域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞。
7.蓋梁破壞。蓋梁的破壞形式主要表現為抗剪強度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求,引起錨固端破壞。
2.橋梁抗震設計方法
2.1 采用隔震支座。采用減、隔震支座在梁體與墩、臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應,采用減、隔震支座橋梁結構的梁體通過支座與墩、臺相聯結。在梁體與墩、臺的聯結處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺所受的水平地震力。
2.2采用隔震支座和阻尼器相結合的系統。可以利用橋墩在地震作用下發生彈塑性變形耗散地震能量以達到減震的目的。
2.3利用橋墩延性減震。。該法在當前橋梁抗震設計中經常用到,橋墩延性減震是將橋墩某些部位設計得具有足夠的延性,以便在強震作用下使這些部位形成穩定的延性塑性鉸產生彈塑性變形來延長結構周期、耗散地震能量。
2.4采用減震的新結構。型鋼混凝土結構是在混凝土上包裹型鋼做成的結構,與鋼筋混凝土構件相比,抗剪承載力強,延性好,滯回曲線較為飽滿,耗能能力強,呈現出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量,減小橋梁結構的地震反應,使橋梁的變形限制在彈性范圍,避免因塑性變形而造成的累積損傷破壞和永久殘余變形,大大提高了橋梁結構的安全度還可節約材料,降低造價。
3.橋梁抗震設計原則
⑴結合地形、地質條件、工程規模及震害經驗,合理選擇橋型及墩臺、基礎形式。⑵同一座橋中,盡量避免高墩與大跨的結合,宜采用減少上部結構自重并有利于抗震的結構形式。⑶體形簡單、自重輕、剛度和質量分布均勻、重心低、便于施工。。⑷采用有利于提高結構整體性的連接方式,墩臺結構采取提高其延性、震動衰減快的相關措施,必要時設置減隔震支座,塑性鉸等防震裝置。⑸盡可能采用技術先進、經濟合理、便于修復加固的結構體系。⑹進一步開展減震、隔震支座的研究和應用;加強鋼筋混凝土橋墩的延性分析與計算,確定橋墩塑性鉸區域的范圍。⑺對于高墩、大跨的特殊橋梁,應進行專題抗震設計與研究。
4.橋梁抗震設計的幾點建議
⑴盡量采用連續的橋跨代替簡支梁跨,進而減少伸縮縫的數量。降低在此處落梁的可能性同時也提高了橋上行車的舒適性。⑵對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨。應加設防移角鋼或設置擋軌,作為支座的抗震設計。⑶橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上.否則軟土的液化會加大地震反應。⑷位于常年有水河流上的特大橋、大中橋,當地基為液化土或軟土時,其墩臺基礎應采用樁基礎,且樁尖埋入穩定土層內一定深度。⑸高墩宜采用鋼筋混凝土結構,按照延性要求進行設計。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。⑹在高烈度地震區,盡可能地采用整體性和規則性較好的橋梁結構體系,結構的幾何尺寸、質量和剛度力求均勻、對稱、規則,避免突變的出現;從幾何線性上看,盡量選用直線橋梁。⑺設置多道抗震防線,盡可能用超靜定結構.少采用靜定結構。⑻對于較高的排架橋墩,墩之間應增設橫系梁以減少墩柱的橫向何移和設計彎矩。⑼選擇合理的連接形式對橋梁抗震性能十分重要。對于高墩橋梁,建議采用上部結構與下部結構有選擇性的剛性連接;對于矮墩橋梁,上部結構和下部結構連接建議采用支座連接方式,并合理設置梁墩的搭接長度。
5.結語
橋梁結構抗震設計是橋梁設計中的重要環節,在當前我國的高速公路、鐵路正處在大規模建設之際,橋梁結構的安全問題更不容忽視。在橋梁設計中需采取一系列有效的抗震措施,進一步提高和完善橋梁的安全性、適用性、耐久性和社會效應性。
參考文獻
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關鍵詞:橋梁管理系統養護
中圖分類號:K928.78 文獻標識碼:A 文章編號:
1引言
橋梁管理系統(BMS:Bridge Management System)是一門新型的綜合管理技術。應用系統分析方法,以計算機技術為工具,綜合考慮技術、經濟、政治、社會等若干因素,以相互協調和有組織的方式把同橋梁有關的各個方面組合在一起。如橋梁數據的采集、處理、分析,從而實現對橋梁施工,監督養護,維修加固的設計,評析及決策的系統化管理。
2橋梁管理系統的歷史背景
橋梁管理系統的出現有其深刻的背景,主要基于兩點:一、公路交通網絡經過幾十年的發展建設,越來越多橋梁需要專業的養護維修,傳統維護管理的方法已不能應付大規模的橋梁維修需要,急需更加先進的管理方法;二、是大量橋梁需要維修,資金有限,需要對有限資源進行合理配置。
橋梁管理系統最早在美國出現。由于受到銀湖橋突然倒塌事故的影響,美國聯邦公路局率先在世界上研發出“國家橋梁檔案數據庫”,這是世界上第一個BMS的雛形,有初步的輔助決策功能。隨著時間的發展和對橋梁管理系統認識的不斷加省,美國形成了兩個橋梁管理系統:PONTIS[1]和BRIDGIT。同時美國的賓夕法尼亞,佛羅尼達堪薩斯,愛阿華,明尼蘇達等州也根據自身情況,開發出各自的BMS。
我國橋梁管理系統的研發始于80年代中期,先后有四川省、廣東省、北京市、河南省、臺灣省等開發的各自的橋梁管理系統。交通部開發了中國公路橋梁管理系統,同濟大學于1995~1998年開發了上海市橋梁管理系統[2],使我國對橋梁管理系統的研究更加深入。
3橋梁管理系統的功能
3.1橋梁數據管理
橋梁管理系統最原始的功能為橋梁數據管理。這些數據包括:交通量分析、橋梁、方位、結構、材料,設計和基本設施等信息。按橋梁結構位置不同又分為上部結構信息和下部結構信息及橋面信息。上部信息包括上部結構幾何尺寸、材料、受力等信息。下部結構信息包括墩臺幾何尺寸、材料、受力等信息。橋面信息包括橋面鋪裝、分隔帶、欄桿、人行道和升縮縫等信息。為了使人們對橋梁形成過程和橋梁立體形狀有所了解,收集的信息還包括檔案信息和圖形信息。檔案信息記錄了橋梁檔案的存放,施工、設計、運營等單位的信息,圖形信息則包括橋梁檔案的全景圖、施工圖、設計圖。
3.2評分評價
橋梁管理系統的另一個主要功能是橋梁病害的評分與評價。不同國家的橋梁管理系統都會針對本國的橋梁養護規范進行定制開發。在對橋梁的檢查完畢后,需要根據橋梁的缺損狀況對橋梁的技術狀況進行評價決策。橋梁管理系統評分評價主要特點是實現了自動化和智能化評定:即用戶在錄入結構病害時自動在程序后臺依次分別進行對該病害的評分、對病害所在部件的評分及部件所在橋孔的評分及全橋評分等四個過程。這個過程不需要操作者的任何介入,從而完成橋梁管理系統的綜合評價。
3.3決策分析
橋梁管理系統對橋梁管理的分析模型包括退化分析模型、經濟分析模型、養護分析模型、可靠度分析模型、優化分析模型、決策分析模型等。其中經濟分析模型在資源有限的情況下占椐核心的地位,它是對不同施工或維修方案的花費和養護費用及從此帶來的經濟效益、社會效益進行分析。它以系統分析運籌學為工具,計算機技術為手段,力圖以最小的投入實現預定的橋梁管理任務或在一定投入下實現盡可能的橋梁管理任務。
決策分析模型是橋梁管理系統中較為高級的目的,不同于簡單的數據統計查詢,它能根據技術、材料、環境、經濟、政治等因素,選擇一個技術先進、經濟合理的方案對橋梁交通進行管理。
4中國公路橋梁管理系統的開發分析[3]
4.1開發技術
中國公路橋梁管理系統使用.NET開發平臺,AJAX技術、C#開發語言,MS SQL Server關系數據庫,系統采用基于B/S架構的設計。使全國各地用戶通過瀏覽器實現遠程瀏覽訪問,全國公路橋梁所有信息都存貯在網站服務器,更新情況可以通過網絡實時,從而實現全國公路橋梁系統的實時動態管理。
4.2基本功能
中國公路橋梁管理系統基本功能包括用戶信息處理(進行密碼修改、變更用,界面組織方式調整用,)、多媒體數據處理、用戶管理(用戶添加、刪除、修改)、備份恢復(進行數據庫數據的備份及恢復用)。
4.3基本模塊
4.3.1數據管理
數據管理模塊是實現對已建立的數據文件進行各種管理的能力,包括數據編輯、數據字典、數據管理三項子模塊。
4.3.2報表處理
報表處理包含基本視圖,統計報表和社會服務模塊。基本視圖包括了橋梁信息卡片、單橋事故卡片、單橋維修卡片、橋梁特檢卡片、重車過橋卡片、經濟指標卡片。統計報表包括了根據不同需要進行的各類報表處理、統計匯總,可根據需要進行統計與處理,生成相應的報表并可與橋梁卡片一樣導出到電子報表Excel中進行存貯或打印。社會服務模塊可根據養護單位所管養的各條線路,按路線進行橋梁限高統計、各路線橋梁載重量統計、彎坡斜橋梁統計、橋梁耐久性、安全性、適應性統計,生成相應的報表供查詢。
4.3.3評價決策
橋梁評價與決策模塊是根據橋梁基礎數據庫和橋梁病害數據庫中的數據對橋梁目前的情況進行評分,為橋梁維修養護提供依據。該模塊提供橋梁使用功能評定及加固對策人工智能處理兩個模塊。同時包括評價和歷史評價兩個子模塊。其中評價決策包括以下七個子功能:權重分設置(構件評分)、構件扣分值、評級分界表、整理及評價、橋梁評價結果表、橋梁部件評分結果表、查看歷史數據。
4.3.4費用分析
費用分析模型模塊是基于評價決策中的加固對策模型及費用分析模型的設計原理,根據用戶在實際工作中的需求,加強了人機對話功能。費用分析模型模塊包括:處治對策求解、確定各種費率、確定方案及工程量、費用查詢修改、費用分析報表等5項。
4.3.5維修優化決策
維護方案優化包括維修方案優化排序、預算費用維修排序、檢查計劃和養護報告四項功能。其中維修方案優化排序功能包括按單位維修排序和按路線維修排序。排序原則是:將橋梁狀況最差的或實施時間最近的排到輸出表的最前面。檢查計劃功能包括定期檢查、特殊檢查、公路定期檢查表、公路橋梁經常性檢查表、日常養護任務單。養護報告功能可自動生成各年份的養護報告表。
5 小結
本文通過對橋梁管理系統系統的闡述,指出了橋梁管理系統的歷史背景和主要內容,同時介紹了國內廣泛使用的中國公路橋梁管理系統。
6 參考文獻:
[1] Thompson P D, Small E P, Johnson M, et al. The Pontis bridge management system[J]. Structural engineering international. 1998, 8(4): 303-308.
[2] 賈麗君,郭瑞,許俊,等. 城市橋梁信息管理系統(2.0版)的研究與開發[J]. 同濟大學學報(自然科學版). 2004(1): 24-26.
[3] 交通部CBMS推廣工作組,北京新橋技術發展有限公司. 中國公路橋梁管理系統CBMS3000用戶手冊[R]., 2007.
作者簡介:
關鍵詞:大跨度橋梁,抗震程度,檢測技術
引言
在以往地震災害事故發生的經驗下,政府相關部門對地震防范的意識逐漸的重視起來。我國地域范圍較大,地震區域分布比較廣泛,地質條件差異較大,各個地區的發展水平不一致,因此在交通運輸方面,一定要讓橋梁抗震意識強大起來[1,2]。傳統的橋梁抗震檢測技術其拉力與壓力都較小,不能在地震災害發生時支撐住整個橋梁,為此,對大跨度橋梁的抗震程度檢測技術進行了研究[3,4]。首先使用現場檢測抗震性能評估、已有信息性能評估、精準計算橋梁抗震程度檢測技術對大跨度橋梁的抗震程度進行了檢測。其次,為驗證該技術的有效性進行了實驗。由實驗可以得出結論,橋梁抗震程度的檢測技術能夠改善傳統技術作用力的問題,還大大增強了防范的力度,為我國人民的生命安全提供了保障。
1大跨度橋梁的抗震程度檢測技術
1.1現場檢測抗震性能評估技術
為了預防地震災害的發生對橋梁的損害,使用現場對大跨度橋梁檢測進行抗震性能的評估。該評估的方法可以根據橋梁外表的情況進行橋梁的檢測,通過標記不同顏色來評估橋梁受到地震災害導致危險情況的等級。從輕到重的顏色分別為:綠、藍、黃、橙、紅來標記橋梁結構的危險等級,損傷程度較小的用綠色進行標記;輕度損傷用藍色進行標記;損傷程度較大的用黃色進行標記;嚴重損傷用橙色進行標記;損傷程度已達到最高或橋梁坍塌用紅色進行標記。
1.2已有信息性能評估技術
在已發生的地震災害的經驗上進行總結與分析,按照實際情況建立橋梁的模型,進行模擬地震災害的發生,由此觀察出橋梁抗震性能的級別和損傷的程度,進而完成對橋梁抗震的檢測。該方法對模擬環境要求標準非常的高,不僅需要考慮大跨度橋梁的整體結構,還要對橋梁的位置與地面的高度和地震強度的數據進行綜合分析。根據已有的信息對橋梁抗震性能進行評估有利于在地震災害發生時能夠快速的對災區的交通情況進行維護,起到全局運輸性能的主導作用;尤其是在外界與災區不能通信的狀況下,其優勢能夠較大的體現出來。
1.3精準計算橋梁抗震程度檢測技術
在對橋梁進行抗震程度檢測的時候,以支座為保險的橋梁最先需要進行檢測,橋墩出現易修復或者損壞的時候,樁基是萬萬不能被損壞的。應該優先考慮群樁的基礎承受力,避免使用樁柱式的基礎,在橋墩上方設置塑性較強的耗能機制,避免脆性的損傷,對極易發生損壞的地方進行維修,墩柱的抗剪能力計算公式如下:其中,Fn為墩柱的抗剪能力;Fc為承臺的支持力;Fs為橋梁蓋的支持力;αc為大跨度橋梁彎曲的角度;fc為橋梁之間的拉力;fc'為各個小階段之間的拉力;Dc為脊柱的支持力;Pc為墩柱極限彎矩的力度;s為橋梁的面積。基于墩柱抗剪能力的計算公式,對橋梁抗震性能進行評估主要采取以下兩種方法:能力需求比法、能力譜法。能力需求比法是將地震數據進行分析,而后得到信息的總匯,對比橋梁構造中的任何一個構件的地震能力來估量大跨度橋梁的抗震程度。如果抗震性能的需求大于1,那么橋梁的結構就不會受到地震的破壞,否則該結構將存在較大的危險。這種方法主要在可能會發生地震災害情況下的橋梁結構抗震程度的檢測中使用。能力譜法是將橋梁的框架當成一個獨立的框架,運動的狀態為剛性狀態,分析使用情況極限下的狀態,并將設計與實際的情況進行對比,從而判斷大跨度橋梁的抗震情況。
2技術對比
橋梁內力的分布與結構的位移情況在理論上是不對稱的,其內力與主橋梁豎向的位移相對來說比較大。由此可得出該結構總體抗震技術性能與傳統的檢測技術的對比情況如表1所示。由此可得出結論:傳統橋梁抗震技術的拉力與壓力都較小,不能在地震災害發生時支撐住整個橋梁。抗震性能與大跨度橋梁的橋型有關,也與場地的環境、條件等因素有關,而且在實際的工作中,根據具體的情況綜合考慮各種因素,遵循小震不壞、中震可修、大震不倒的思想,本文技術的應用充分結合了上述的這些優點,其檢測技術能夠在實際的橋梁工程建設中解決抗震設計的問題。
3結語
大跨度橋梁作為當前建筑領域中一個重要的產業,其整體結構的設計與地震災害帶來的影響是密不可分的。抗震性能的好壞直接關系到橋梁的安全性,對于橋梁的結構原則太過于寬宏,應該進行細化,并對橋梁結構的不同位置與不同的構件在不同地震級別的水平下,使用不同的量化指標。現場檢測抗震性能評估技術、已有信息性能評估技術、精準計算橋梁抗震程度檢測技術都能夠充分的滿足橋梁抗震性能的檢測,為我國未來的橋梁抗震檢測技術提供了啟示的作用。
參考文獻:
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關鍵詞:橋梁工程;抗震破壞;抗震設計
中圖分類號:TU997文獻標識碼: A
我國是世界上的多地震國家之一,隨經濟建設和城市化進程的進展,城市抗震防災日趨
重要。在城市綜合防災的研究中,作為交通工程的樞紐-橋梁工程的抗震設計與研究則是重中之重,因為它將極大影響震后救災工作的開展。本文將在介紹橋梁抗震設計方法的基礎之上,重點探討反應譜法及動態時程分析法的研究現狀和展望。
1橋梁抗震設計方法
1.1橋梁抗震概念設計
抗震概念設計是指根據地震災害和工程經驗等獲得的基本設計原則和設計思想,正確地解決結構總體方案。材料使用和細部構造,以達到合理抗震設計的目的。合理抗震設計,要求設計出來的結構,在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合,使結構能夠經濟地實現抗震設防的目標。應當指出,強調概念設計重要,并非不重視數值計算,而是為了給抗震計算創造出有利條件,使計算分析結果更能反映地震時結構反應的實際情況。橋梁抗震概念設計階段的主要任務是選擇良好的抗震結構體系,主要根據橋梁結構抗震設計的一般要求進行,對于采用延性抗震概念設計的橋梁,還包括延性類型選擇和塑性耗能機制選擇。
1.2橋梁延性抗震設計
目前延性抗震驗算所采用的破壞準則主要有:強度破壞準則、變形破壞準則、能量破壞準則、基于低周疲勞特征的破壞準則以及用最大變形和滯回耗能來表達的雙重指標破壞準則等。在對懸臂式單質點系統的非線性地震反應進行分析后,將其破壞機理總結為:在形成完全的塑性反應之前,出現某種程度的塑性應變,由此而消耗的能量自然的構成結構等效粘滯阻尼的一部分;當完全進入塑性變形后,產生塑性漂移,并在單方向發展直到倒塌發生,他認為塑性反應階段,保證結構不破壞的條件是讓其保有足夠的耗能能力。
1.3地震響應分析及設計方法的改變
隨著人們對地震動和結構動力特性理解的加深,目前已經發展了多種抗震設計理論和地震響應的分析設計方法。從地震動的振幅、頻譜和持時三要素來看,抗震設計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值;反應譜理論雖考慮了振幅和頻譜,但持時則始終未能得到明確的反映;動力理論不但考慮了地震動的持時,而且還考慮了地震動中反應譜不能概括的其他特性。
2設計方法的研究動態
因反應譜法和動態時程分析法都明顯地各有其成功的一面,所以目前國內外主要是針對這兩種方法進行了廣泛的研究。
2.1 反應譜法
反應譜方法概念簡單、計算方便,可用較少的計算量獲得結構的最大反應值。但是它
顯然存在一些不足,近些年眾多學者均在圍繞以下幾方面來發展這種方法:
1)該法基于彈性假設,應用疊加原理,只反應了地震動強度和平均頻譜特性,屬于一
種等效靜力方法,使用范圍受限,目前眾多學者致力于發展非彈性反應譜。
2)該法只得到最大反應,不能求得結構在地震激勵下的反應時程,略去了地震動持續時間這個重要因素對結構物的影響,需研究如何提出反應譜的合理組合方法提高計算的準確度。
3)對于大型橋梁,地震動的空間變化非常明顯,采用何種方法使應用反應譜法能考慮這種多點地震動激勵的行波效應。解決好上述三方面問題,反應譜曲線的長周期部分將得到補充,能合理解決非線性問題,則反應譜法的應用范圍能夠較大拓展,從研究進展來看該法至今還是一種很有潛力的方法。
2.2 動態時程分析法
動態時程分析法雖然計算繁雜,但是能精確考慮地基與結構的動力相互作用、地震時程相位差以及多點多維激勵、結構的各種復雜非線性因素(包括幾何、材料、邊界連接條件等)以及分塊阻尼等,所以是一種公認的精細分析方法。目前的研究主要圍繞地震動多點多維變相位激勵輸入、土-橋梁動力相互作用、結構的各種非線性以及地震分析的專用程序這些方面。
3橋梁結構抗震設計計算模型
3.1 纜索單元
目前計算纜索線形的方法可以分為解析法和有限元法。現在重點談談在有限法計算纜索單元的非線性剛度矩陣等效彈性模量。
在斜拉橋或懸索橋中,纜索的垂度影響纜索的表觀剛度,隨著纜索張力的增加,垂度減少,傾斜纜索的軸向表觀剛度增加,簡便計算方法是等效彈性模量計算方法。
3.2 支座單元
支座是橋梁結構最易受地震作用損害的部位之一。支座及其它連接部件的力學性能和構造特點對橋梁主體結構的地震反應和抗震性能的影響很大。橋梁減震、隔震措施也重點放在支座以及其它連接部位的減震耗能處理上面。正確地設計和描述支座的性能在橋梁抗震、減震和地震反應分析中十分重要。
3.2.1 支座系統
一般的橋梁支座由四部分組成。普通板式橡膠支座、滑板橡膠支座、弧形鋼板等耗能器、擋板或預應力拉索。
3.2.2 支座計算模型
普通板式橡膠支座的恢復力特性可近似按線彈性。滑動支座和弧形鋼板條耗能器均理想彈塑性的恢復力模式。對于滑動支座模式的屈服力亦即最大滑動摩擦力,考慮它隨相應的正應力的變化。
3.3 樁土相互作用模型
3.3.1 樁土結構相互作用對地震反應影響
在動力模型中,由于覆蓋土層的存在使得結構體系變柔,從而降低了體系的固有頻率。橋梁結構樁-土結構相互作用,則是自由場地地震反應加上考慮土壤對樁基約束作用的多點激振下的橋梁結構地震反應。
3.3.2大跨度橋梁樁基計算模型
在大跨度樁基橋梁非線性地震反應分析中,樁基周圍土的約束作用可以用等代土彈簧來代替。用一個單質點體系來代表橋梁上部結構,用一個質量-彈簧體系來代表樁基礎和地基,建立樁基橋梁平面和空間桿系有限元力學模型。
4結語
1)同一橋梁對不同地震動輸入有不同地震反應,橋梁設計中究竟取怎樣的地震動輸入將起決定作用,合理的地震動輸入至少應是橋址區的可能地震動,所以地震動記錄以及地區
地震危險性分析研究變得相當重要。
2)橋梁的地震分析本質上是一種結構的隨機振動計算,理應發展橋梁抗震的隨機分析方法。
3)從已有的許多橋梁震害分析來看,橋梁地震破壞不能單獨看做是結構的強度不足所致,需由傳統的強度理論向延性抗震理論轉變。
4)加強橋梁結構各種減隔震、地震動控制的研究,目前國內外這一領域的研究非常活躍。各種減隔震裝置的應用效果、各種控制算法等均得到了廣泛的關注。
5)目前大跨度橋梁結構的抗震設計廣大國內設計單位基本上是請專業科研人員完成,這是很不正常的,因為他們往往并沒有參加對橋梁抗震性能起決定作用的方案設計。只有廣大設計工程師們親自參與抗震設計,才能將抗震設計思想融入橋梁設計的各個設計階段,達到預期的抗震效果,才是真正的抗震設計。
參考文獻:
[1] 范立礎 ,胡世德 ,葉愛君 .大跨度橋梁抗震設計[M].人民交通出版社,2001.
關鍵詞:橋梁;路面排水;技術措施
中圖分類號:S276文獻標識碼: A 文章編號:
0引言
目前我國跨越公路、鐵路、通航河流的橋梁和城市高架橋的橋面降水,一般是通過橫坡和縱坡流入進水口,匯集到排水管排至地面排水設施或河流中。過水斷面侵入行車道的寬度和深度是影響橋梁通行能力和行車安全的重要因素,進水口的參數設計直接影響橋面過水斷面的寬度。因此,橋面表面排水措施建設尤重要。
1道路橋梁防水技術的現狀
1.1所使用的防水材料落后
目前在道路橋梁的防水過程中使用的主要防水材料仍然是瀝青混凝土,雖然瀝青混凝土在道路橋梁的防水方面有一定的作用,但很難達到日益提高的交通量對路面的要求。由于瀝青混凝土的半剛基層抗低溫能力很差,而且在溫度降低時發生低溫收縮裂縫的現象十分普遍,因而瀝青混凝土道路橋梁的使用壽命往往都比較短,相比之下造價十分昂貴。在水分滲透到路面以下后,在水分的散失過程中瀝青混凝土道路橋梁很容易發生干縮裂縫,在一定的條件下就會在形成反射裂縫。此外道路橋梁的瀝青面層與半剛性基層的連接也比較困難,在結合面上的不連續應力會發生很大的變化,從而也會對其使用壽命產生很大的影響。由于水分散失比較困難,從而使得水分大量滯留在半剛性層而形成泥漿,使整個路面的承載能力下降,嚴重時還可能導致界面形成滑動,從而使整個路段嚴重損壞。
1.2道路橋梁的結構設計不合理
在道路橋梁的防水過程中,使用好的防水材料固然重要,然而道路橋梁的結構對于其防水能力也有很大的影響。目前在我國的道路橋梁的設計過程對于道路橋梁的結構顯得重視程度不夠,很多道路橋梁的結構都很不合理。很多道路橋梁都沒有完善的排水系統和滲入水排出系統,這些在結構設計方面的缺陷嚴重的影響了道路橋梁的排水能力,降低了其使用的壽命。經研究表明若干細微構造設計的不合格而形成的道路橋梁的薄弱環節是道路橋梁滲漏的主要原因。例如在橋梁建筑時,如果橋頭的搭板、橋墩甚至是欄桿底座等設計不合理都會對整個的橋梁產生極大的影響。
2城市道路防水的技術措施
2.1 道路工程施工中的防水技術措施
2.1.1 提高道路的防、排水能力
提高阻止雨水和雪水滲入的能力,就要采用在粗粒式瀝青混凝土上設土工布防水層這種方法,土工布防水層要采用二油一布的形式. 由于各種原因所產生的水和雨水、雪水滲入到面層以后,要使其迅速排出,這需要增強基層綜合排水能力,要求基層有足夠的孔隙率以供排水之需與建立完整的排水通道.通過調整水泥穩定碎石基層混合料的級配組合,使它不但能夠滿足作為受力基層的力學性能,而且具有足夠的排滲入水能力.建立排水通道,在水泥穩定碎石下加設級配碎石層,讓從水泥穩定碎石基層滲下來的水能夠及時排出路面。
2.1.2 使用土工布防水層乳化瀝青
防水層雖然能有效地提高路面的防滲能力,但是隨著時間的推移,網裂等病害出現在路面上以后,乳化瀝青防水層也就喪失了它的作用.在粗粒式瀝青混凝土與細粒式瀝青混凝土的中間加設土工布防水層,把瀝青混凝土面層做成“有機玻璃”的形式,可以有效地提高面層的抗裂能力,使防水層的有效性得到保證.下乳化瀝青層的作用是填充粗粒式瀝青混凝土的表面空隙,能夠保證粗粒式瀝青混凝土粘結密實牢固.由于粗粒式瀝青混凝土表面已經相當平整并且已經有了瀝青,所以下乳化瀝青層的乳化瀝青用快裂型比較適宜,同時這樣也有利于隨即鋪設土工織物.土工織物采用的纖維織物最好是結構比較稀的那種,這樣既能保證上下層乳化瀝青形成一體,又具有“加筋”性能,防止面層網裂.在下乳化瀝青層與土工織物鋪設完后,要隨即用慢裂型乳化瀝青撒布,這樣能夠保證整體性和防水性及與隨后要鋪設的細粒式瀝青混凝土的結合,20-40 分鐘后撒中砂或者石屑,使上下乳化瀝青層有效結合,包裹土工織物并讓砂粒嵌入土工織物孔內。
2.1.3 采用透水性的水泥穩定碎石基層
高速水泥穩定碎石的級配,應在組成級配試驗時充分考慮到排水性的要求,總的原則是在級配符合基層施工規范要求的同時,還要作如下調整:減少 4.75 毫米以下的細料(300m /d,要作變水頭或者常水頭試驗,以確保其可靠性。
2.2路面的排水設計
路面是道路的重要組成部分,是在路基的頂部用各種資料或混合料分層鋪筑的供車輛行駛的一種層狀結構物。在其設計中,存在的問題主要表現為:路面的強度與剛度不夠,路面不具有較高的穩定性,路面的耐久性較差,表面的平整度不夠以及抗滑性和耐磨性較差等。在路面設計時,要保障路面的強度與剛度,保障路面的穩定性、耐久性,并且通過對所選材料的使用,保證路面的平整度。最后對于排水設施的設計,要建立針對不同水源的排水設施,把影響路基強度和穩定性的水排到路基范圍以外適當的地點,以保證路基常年處于干燥狀態,確保路基、路面具有足夠強度和穩定性。
2.3橋梁的排水設計
在當前國內的結構設計過程中,設計者偏重于考慮橋梁的強度而忽視了耐久性;偏重于強度極限狀態而忽視了使用極限狀態;偏重于結構的建造而忽視了結構的維護。事實上,耐久性只在概念層面上受到關注,當前的橋梁設計并未明確提出使用年限的要求,也并未對專門的耐久性進行設計,即沒能在材料及結構措施、設計程序上確保耐久性,而且也未能明確聲明在何種維護、使用條件下,橋梁所相應具有的耐久性。通常,結構使用性能差、使用壽命短及工程事故頻發的不良后果,都在一定程度上與設計者的這些傾向有關。因此,在進行具體的排水管道的安置時,要注意使其管道的安裝能夠更好地適應國內橋梁材料強度較強的特質,因而應該針對不同的結構進行一些剛度較大的排水設施的鋪設。
3總結
當前在道路橋梁的防水方面還有很長的路要走,雖然之前也取得了一些階段性的成果,但是還遠遠不夠。在以后工作中還需要更加的努力,從而使得我國道路橋梁的排水技術能夠快速的發展,在較短的時間內達到甚至超過西方等國家。
參考文獻:
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關鍵詞:特大型 有限元 自振特性 參數
中圖分類號:U448 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)001-001-03
特大型橋一般往往處于交通運輸的樞紐,具有剛度大,變形小,經濟成本低等優點,在我國城市和公路橋梁中分布極為廣泛。隨著理論研究和施工技術的發展,正在向多跨的的方向發展。近年來這種特大型橋在我國的不斷發展和應用。橋梁結構的動力問題包括橋梁結構的自由振動和橋梁結構的動力響應這兩個方面,國內外的學者對這些方面都進行了研究。大跨度橋梁在移動車輛荷載作用下的結構振動研究也成了普通關注的問題。在所有橋梁結構振動分析中,必須首先確定結構的固有頻率這個結構動力特性,它是研究橋梁動力學的基礎。所以研究橋梁的自振特性具有較大的工程應用價值。
1 模型概要
1.1連續梁模型
橋跨為132m+230m+132m的單箱單室變高度連續箱梁,左墩高54.5m,右墩高109.644m,見圖1,整體采用C55混凝土,橋墩墩身采用C40混凝土,彈性模量E=3.25e10Pa,密度 =2600kg/m3,泊松比 =0.3。縱向及橫向預應力采用預應力混凝土用綱線(GB/T5224-1995),彈性模量Ey=1.95?05Mpa。豎向預應力采用直徑32mm的40Si2MnMOV精軋粗鋼筋,彈性模量Ey=2.0?05Mpa。
運用shell63號殼單元劃分箱梁,用beam188號來模擬橋墩,link10號來模擬預應力筋。對每個橋墩都施加固定端約束(即約束沿x,y,z軸的平動和繞x,y,z軸的轉動),最后約束橋身端部,約束橋身端部沿x,y軸的平動和繞x,y軸的轉動。
2自振特性分析
2.1根據設計值計算的自振特性
由表1分析可得:由于橋位很高,縱橋向保持一定的柔性對橋梁是有好處的,一般來說,縱橋向剛度在滿足橋梁施工、運行穩定性要求的前提下要盡量小;相反大跨度高墩連續剛構橋在橫橋向的約束很弱,橋梁在橫向不平衡荷載或是風載作用下,易產生扭曲、變位,為了增大其橫向穩定性,橋梁的橫向剛度應該大一些。從計算的結果來看。振型的2,4,6,8,10階振型均為橫向彎曲,為了提高橋梁的側傾穩定性和旅客的舒適度,必須控制其橫向剛度,本橋橫橋向基頻計算值f=0.27143Hz,滿足橋梁檢測剛度大于90/l=0.182 Hz的條件,所以原模型簡化是合理的。
其橫向自振周期為3.68s,滿足大跨梁橋橫向自振周期限制的規定。由于該橋采用雙肢墩,橋墩很高,所以,第五階振型主要是高墩的橫向彎曲。在第一,二,三階振型里,高墩和矮墩都只是產生橫向移動,不出現彎曲。從第四階振型起,高墩產生橫向彎曲。矮墩是到了第十階才開始產生橫向彎曲。
2.2改變參數后的自振特性分析
由表1可以看出:改變橋身端部的約束條件對橋梁的自振頻率影響非常大。設計值的約束條件是約束兩端部x,y方向的平動和轉動。現在把兩端部施加固定端約束,所得到第一階到第八階頻率是設計值所得頻率的2-3倍,第九階和第十階和設計值很接近。在橋身底板中部添加多余預應力筋,在靜力方面它對箱梁的剛度貢獻要大于對自重的影響,與設計值相比,頻率非常接近。所以通過在在橋身中部底板增加多余橫向筋對橋梁每階的頻率影響不是很大。
由表2和圖3可以看出:在改變橋梁剛度,對橋梁的第二階自振頻率影響不大,對其他自振頻率影響較大。特別是對高階的自振頻率影響最大。由表3和圖4可得:改變橋墩剛度時,對每階自振頻率都有較大影響(第一,三階除外)。由圖4可得:改變鋼筋剛度,對各階自振頻率影響均不大。
在設計橋梁時,可以結合這些變化規律,合理調整各個部位的剛度值,在確保在成橋安全變形位移值的范圍內,以及造價等經濟因素等綜合考慮。從而避開危險頻率帶,減小對橋梁結構的破壞性。
參考文獻:
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一、教師用愛搭建起師生溝通的橋梁,走進學生心靈世界。
教師職業的特點使教師在平淡充實,日復一日的工作和生活中度過自己平凡的一生,教育教學過程瑣碎卻又豐富,每天點點滴滴,喜怒哀樂構成了教師多姿多彩的生活。所以我們深愛著這種平凡中的幸福。教師職業精神是用愛鑄就的,作為教師的我們在教育教學中最大的能力先要跟學生打開溝通的管道。所以,我們需要用愛搭建師生溝通的橋梁。
1.愛是教師從教的動力。
教師只有愛學生,才會選擇與學生共同成長的職業,才會孜孜不倦地去耕耘奉獻。
2.愛是教師生命力量的體現。
陶行知說:"愛滿天下。"一個人最崇高的愛是愛別人,一個教師最崇高的愛是愛每一位學生。教師要愛每一位學生,愛教育事業,愛我們的國家。用教師一人之愛喚起億萬學生之愛。
3.愛是師生溝通的橋梁。
學生只有親其師,方能信其道。有的教師曾感慨說:"我要走進你的世界,你不讓;要你走進我的世界,你不進。"那么,怎樣才能讓師生真誠坦然地溝通呢?古往今來的教育實踐告訴我們:只有愛才能架起師生交往的橋梁。有了愛,師生之間才能以誠相見,共同進步。師愛是一種積極的情感,潤澤著師生的心田;師愛是一種教育的力量,催生累累的碩果;師愛是一塊堅實的基石,可以構建理想的大廈。總之,教師的愛如果能像陽光一樣灑滿學生的心田,就會點燃學生智慧的火花,塑造美好的心靈。只有師愛才能縮短師生之間的心理距離,搭建起師生溝通的橋梁,提供教育的契機,服務于教育教學。愛是教育的出發點,也是教育的歸宿。
二、教師要用心經營好我們的課堂,課堂教學應看做師生人生中一段生命經歷。
一個教師的成長離不開豐富的實踐,一個教師的進步更離不開精彩的課堂。許許多多的名師、教育專家,他們始終堅持教育第一線,勇于實踐,善于積累,用豐富的經驗成就了自我。每一個生命都是鮮活的,我們需要用一輩子的時間來研究在課堂上如何教學生?教和教的差別很大:天才老師會把學生教成天才,但是學生不會認為老師是天才,學生認為自己是天才;蠢材的老師會把學生教成蠢材,但是學生不會認為老師是蠢材,而認為自己是蠢材。當今時代,作為教師的我們,什么樣的教師在課堂上對學生具有極強的吸引力。讓學生愛上他所教的課程?我們每天幾乎都要備課、上課、談心、改作業,我們付出很多,也很努力,但是孩子們為什么越來越難教,新課程越來越難教了嗎?原因在于我們多長時間沒有反思、研究我們的教學方式了?所以,要想經營好我們的課堂,我們得用科學合理的教學方式。我們不僅需要在課堂上實踐,更要在課堂上積累自己的經驗,只有好好地整理、積累,去偽存真,去粗存精,才能成為我們進步的基石,成為我們追求做平凡講臺上走向優秀教師的階梯。
三、教師要對教師職業的幸福感有一個清醒的認識,在平凡課堂中也能夠創造屬于我們的精彩人生。
關鍵詞:土木工程專業;橋梁工程;課程教學;教學研究
中圖分類號:G6420;TU997文獻標志碼:A文章編號:10052909(2015)06008604一、橋梁工程課程緒論部分內容的重要性
橋梁工程課程是土木工程專業的一門必修課,其內容主要是各門專業基礎課知識在橋梁工程中的綜合應用,是一門實踐與理論并重的專業技術課[1]。橋梁工程課程實踐性很強,教學中應注意激發學生對橋梁工程課程的興趣,充分調動學生學習的積極性和能動性;此外,課堂教學還應注意與工程背景相結合,以提高教學質量。“緒論”是課程的開始,良好的緒論教學是課程教學的良好開始。在橋梁工程課程緒論部分的教學中,通過優化整合橋梁的定義與功能、分類、跨徑發展、橋梁美學與造型、技術創新、災害與應對措施以及全球交通網絡等知識點,可以讓學生對該門課程有個整體的認識,了解橋梁工程的發展歷史與發展現狀,激發學生學習該門課程的積極性。同時,適應土木工程專業培養方案的需要,結合橋梁工程自身特點,在課堂講授中整合與優化緒論的講解內容,改善教學手段,對提高課程教學質量是十分重要和必要的。
二、橋梁工程課程緒論部分內容的整合優化
(一)橋梁的定義與功能
按百科全書的定義,橋梁是跨越障礙(河流、峽谷、道路等)的結構工程物。橋梁在學科分類上,屬于土木工程專業的一個分支,是道路工程的關鍵部位與核心工程;在環境美學上,橋梁往往又是當地的標志性建筑物。相對于隧道,橋梁固定于地表各處,形體龐大,構造各異,承受交通荷載及自然環境的影響。橋梁的本質特征為用自身的跨越能力實現連接,跨越行為是橋梁結構的本質。在課堂教學中,可以結合學校周圍或本地的橋梁來講述橋梁的作用與重要性。
(二)橋梁的分類
高等建筑教育2015年第24卷第6期
曾勇 ,等橋梁工程課程緒論部分教學內容的整合優化
橋梁的分類很多,按橋梁用途來劃分,有公路橋、鐵路橋、公路鐵路兩用橋、人行橋、農橋、運水橋(渡槽)以及其他專用橋梁(如用作通過管路、電纜等的橋),當然主要的是公路橋與鐵路橋。隨著軌道交通的發展,公路鐵路兩用橋也日益增多。按跨徑大小分類,依據中國《公路工程技術標準》(JTG B01-2003),橋梁可以分為特大橋、大橋、中橋與小橋。多孔跨徑總長L>1000 m,單孔跨徑Lk > 150 m,屬于特大橋;多孔跨徑總長100 m≤L≤1 000 m,單孔跨徑L k > 150 m,屬于大橋;多孔跨徑總長30 m(40 m)
由于橋梁分類眾多,課堂講授時應突出重點,根據學生的專業特點,抓住主要的分類方式,如按結構體系、建筑材料、用途等進行分類的方式應作重點講解;而把按行車道的位置劃分橋梁的內容放到拱橋章節去講授,因為拱橋的主要分類方式是按行車道的位置來分類的。在后續講授斜拉橋或懸索橋內容時,也會涉及到按材料進行橋梁分類的知識點。同時,授課時還應注意各個分類之間的組合,如大跨度預應力混凝土連續剛構等。
(三)橋梁的跨徑發展
近年來,中國的橋梁建設發展迅速,橋梁跨徑不斷增加,許多橋梁建設達到世界水平,取得了舉世矚目的成就。已建成的著名橋梁有:主跨1 088 m的蘇通長江大橋(鋼箱梁斜拉橋),2012年前是世界第一跨度斜拉橋;主跨1 650 m的舟山西堠門懸索橋(世界第二跨度懸索橋);主跨550 m的上海盧浦大橋(鋼箱拱橋);主跨552 m的重慶朝天門長江大橋(鋼桁拱橋)。這些著名橋梁代表著中國橋梁建設的水平,受到世界橋梁界的高度贊譽。課堂講授時,應該對不同橋型展開講授,并注意內容的側重點,抓住幾種有代表性的橋型進行講述,力求簡單明了,與生活貼近。如,鋼懸臂桁架梁橋的主跨在19世紀初超過500 m,而后極少修建,該類橋梁中國也較少見,課堂講授時一般僅簡單提及。鋼連續桁架梁橋19世紀50年代至今,單孔跨度控制在200 m~300 m之間,向更大跨度發展的可能性較小,課堂教學時,可以結合武漢長江大橋與南京長江大橋來講授。中國混凝土拱橋,即萬縣長江大橋,則在1997年達到了420 m,超過了克羅地亞主跨390 m的KRK-1號橋。鋼拱橋在20世紀30年代就超過500 m,發展相對平穩。進入21世紀后,在中國出現了2座主跨500米以上的鋼拱橋,即主跨550 m的盧浦大橋與主跨552 m的朝天門長江大橋。鋼斜拉橋從1950年主跨約200 m到今天主跨超過1 000 m,鋼懸索橋主跨從1930年主跨約1 000 m到今天約2 000 m,發展都很迅速。
課堂講授時,應重點突出中國橋梁在跨徑上的突破,并配以相應的橋梁圖片,增強教學效果,激發學生的學習興趣,以達到事半功倍的效果。
(四)橋梁的美學與造型
相對隧道而言,橋梁的直觀性強,造型優美,視覺效果較好,往往給人以較強的震撼力;相對道路而言,橋梁是交通的關鍵部位,更能引起人們的關注。對橋梁的美學與造型應給予重點關注,講授橋梁的跨徑發展時,也需要借助圖片或動畫予以講解。橋梁是土木工程皇冠上的明珠[2-3]。橋梁結構的形式與造型多種多樣,為橋梁工程師們的設計提供了無限的空間,也最能體現橋梁工程師們對橋梁結構的理解和熱愛[2]。在課堂教學中引入美學思想,可以激發學生學習該課程的興趣和求知欲望,引導學生更好地理解與認識橋梁,提高學生的審美情趣,達到更好的教學效果。
(五)橋梁的技術創新與發展動力
橋梁的發展史其實就是一部技術創新史。最早的橋梁可能源自雷擊而傾于河上的樹木。拱是曲線中最優美的線型,中國文字“橋”即是“木”與“拱”象形復合而成的。因此,緒論部分的課堂教學應重視這一內容的講解。
趙州橋又名安濟橋,建于公元610年,是位于中國河北的一座著名石拱橋,也是目前世界上最古老的保存得最完好的大跨度單孔敞肩坦弧石拱橋。趙州橋圓弧拱的跨度大,通航凈空大。這種跨度大、扁平率低的單孔1/4圓拱橋梁結構,是橋梁史上的一個奇跡。趙州橋被譽為“國際土木工程里程碑建筑”。
橋梁結構設計分析理論、電子計算機技術、建筑材料、施工工藝、行業競爭等因素的發展和進步,是推動橋梁工程發展的內在動力[4]。經濟發展、社會需求和技術創新,為橋梁工程提供了所需要的設計計算理論、計算手段、建筑材料、機械裝備、施工技術等,對橋梁工程的發展有著直接的支撐作用。
英國工業革命后,世界鋼鐵產量快速增長,以鋼材為主要承重材料的工程結構得到較大的發展,鋼橋開始大量出現。20世紀30年代經濟大蕭條后,美國為了經濟的恢復和持續增長,修建了大量高速公路,鋼拱橋和鋼懸索橋由此得到了較快的發展。二戰后,由于鋼材短缺,混凝土橋梁大量出現,斜拉橋、正交異性鋼橋面板、混凝土塔、掛籃懸澆、預應力技術、連續剛構、鋼砼組合結構等新的結構和技術應運而生,并出現了許多先進的施工技術,如懸臂拼裝、頂推、移動模架、大型浮吊整體吊裝架設等[4]。日本經濟的發展,推動了高速鐵路的發展,相繼建成了多座世界級的大跨度斜拉橋和懸索橋。20世紀80年代以來,中國改革開放,經濟的騰飛促使公路鐵路迅猛發展,橋梁建設成就輝煌,建成了大量連續剛構拱橋、大跨斜拉橋、大跨度懸索橋等世界級的大跨度橋梁。
(六)橋梁災害事件的發生與應對措施
盡管橋梁建設取得了矚目的成就,但是不時出現的橋梁事故與災害仍無法回避[5]。古今中外發生的橋梁災害事故很多, 2007年8月,美國《時代周刊》雜志評選了百年世界十大最惡劣塌橋事故。每次事故都是一個血的教訓,重要的是應思考導致橋梁事故發生的原因。
1940年11月7日,在風中振顫的塔庫馬大橋在八級大風荷載的動力作用下,經過劇烈扭曲震蕩后,吊索崩斷,橋面結構解體損毀,半跨墜落水中,橋梁最終倒塌(見圖1)。當年人們未能全面認識懸索橋受力體系,也沒有足夠重視空氣動力對橋梁的影響。塔庫馬大橋的倒塌促使橋梁風工程學的誕生,推動了橋梁工程的發展,至今仍有警示意義。
魁北克大橋在施工中先后出現2次工程垮塌事故(見圖2)。這座橋主跨度為549米,是當時全世界最長的懸臂橋。1907年8月,大橋桿件失穩引起全橋倒塌,19 000噸鋼材落入水中,造成75人死亡。1916年9月,中間跨度最長的一段橋身在被舉起過程中掉落水中,11名工人被奪去了生命。垮塌的原因之一是南錨跨靠近主墩的下弦桿的壓屈導致大橋在施工過程中倒塌。穩定問題是力學中的一個重要分支,橋梁失穩事故促進了橋梁穩定理論的發展,橋梁技術的發展使橋梁穩定問題更顯重要。
1970年,位于澳大利亞墨爾本的一座鋼箱梁橋(密爾福德天堂橋)倒塌。鋼箱梁橋本來已有很長的歷史了,由于二戰后鋼結構焊接與安裝技術的發展,鋼箱梁橋跨度做得越來越大,箱壁尺寸越來越薄。最終由于鋼箱梁板件的焊接殘余應力、幾何缺陷發生失穩,導致該橋倒塌。工程師從該橋的垮塌中認識到薄壁箱梁的剪力滯后效應,由此推動了薄壁構件設計理論的發展。
湖南鳳凰橋在拆除橋上的腳手架時發生垮塌,事故造成64人遇難。2008年汶川大地震,2010年青海玉樹大地震,均造成道路、橋梁損毀嚴重。位于震中的汶川縣附近道路基礎設施受到嚴重破壞,其中橋梁震害最為典型和嚴重。
因此,在課堂教學中,應適時引入橋梁災害事故的介紹,并適當進行評述,既完成了教學內容的講授,也活躍了課堂氣氛,還拓展了學生的工程視野,能收到較好的教學效果。此外,這些橋梁災害事故案例,與后面章節教學的內容是相關的,在緒論部分引入這些章節,為后面章節的教學提前作好鋪墊。
(七)全球交通網絡
加拿大人類學家費利克斯―菲蘭德將美國國家海洋與大氣管理局、國家地理空間情報局等機構的人類出行數據與地球夜景照片進行疊加,形成了地球上錯綜復雜的交通網絡。從中可以看出,空中交通與海路交通已相對完善,但是陸路交通還較匱乏,尤其是洲際公路中跨越海峽的橋梁建設較薄弱。
由于全球化與世界經濟的發展,跨海工程也不再是可望而不可及的宏偉藍圖,21世紀或將迎來世界范圍內更大規模的橋梁建設[6-8]。著名海峽通道方案有白令海峽工程、直布羅陀海峽工程、墨西拿海峽工程、厄勒海峽工程、馬六甲海峽工程、大帶海峽工程、博斯普魯斯海峽工程等。中國交通運輸部已制定了“五縱七橫”國道主干線規劃,其中“二縱二橫”已基本連通。全部工程要求2020年前完成五個跨海工程,自北向南依次跨越渤海海峽、長江口、杭州灣、伶仃洋、瓊州海峽。其中,渤海海峽與瓊州海峽跨海工程尚在規劃中,長江口與杭州灣跨海工程已經建成通車,伶仃洋(粵港澳)跨海工程正在建設中。
通過這部分知識點的講授,幫助學生認識到作為土木工程的橋梁工程建設是一項大有可為的事業,有很大的發展空間,學生們畢業后能夠施展自己的才能。由此使學生感到學習橋梁工程不再是一門枯燥的事情,而是跟自己的事業發展和自身的生活密切相關,學習橋梁工程課程還能與世界相聯系,從而激發學生課程學習的熱情與積極性。
三、結語
良好的緒論教學是橋梁工程課程教學良好的開始。在橋梁工程課程教學中,應結合土木工程專業培養方案要求和橋梁工程課程的自身特點,優化整合緒論部分的內容,改善教學方法,活躍課堂教學氣氛,激發學生學習知識的興趣,提高教學效果,培養素質高、實踐能力強的橋梁工程專業人才。
參考文獻:
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On the teaching of introduction content of bridge engineering course
ZENG Yong1, TAN Hongmei1,WU Guoxiong1,2,DONG Lili1,3
(1. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P. R. China;
2.Chongqing Jianzhu College, Chongqing 400072, P.R. China;
3. College of Architecture and Urban Planning, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P.R. China)
一、“原材料的準備”——溝通的前提
要建造一座真正的橋梁,需要鋼材、水泥、沙子以及石子等,我們要搭建心靈之橋,同樣也需要有豐富的“原材料”。心靈之橋的“原材料”來自班主任的自身素養,這是溝通的前提。
1.身正為范——用人格魅力感染學生。
班主任的人格魅力往往體現在點滴的小事上和細節中,也正是點滴小事和細節感染影響著學生。
當教師以飽滿的熱情微笑著走進課堂時,給學生傳遞的信息是教師熱愛他的這份工作,教師喜歡他們。
當教師和學生一起在操場上跑步,一起跳繩,大聲地為學生吶喊加油時,給學生傳遞的信息是教師開朗活潑、平易近人,和他們一樣有一顆未泯的童心。
…………
點點滴滴猶如絲絲春雨,滋養凈化著學生的心靈,同時,教師的人格魅力也在這點點滴滴之中體現出來并深深吸引著學生。
學生喜歡教師,佩服教師,敬仰教師,正所謂“親其師,信其言,效其行”,班主任的人格魅力是溝通中最為重要的“原材料”。
2.愛生于心——用真情實感打動學生。
只要愛生于心,就把這份愛用真情實感表達出來,讓學生明白教師的愛,感受教師的愛。
當然,并不是每個學生都有可愛的表現,面對淘氣的、頑劣的、木訥的、懶散的、違紀的學生,作為普通的人是不可能由心生愛的,但教師特別是班主任與普通的人所不同的是:即使心中沒有生愛也絕不讓學生感覺到教師不愛他,而是用教師的真誠善良與學生進行心靈溝通,去除他們品行中不良的成分,使之成為教師喜愛的學生——愛與尊重、寬容相伴。
3.心平則智——用耐心智慧悅納學生。
我們常說“沖動是魔鬼”,表現為急躁、動怒,惡語傷人等。可班主任每天面對的都是易讓人沖動的事兒:某個學生又沒交作業、某個學生又打架罵人了、某某課堂上又違紀了并且教師批評還不服、衛生沒做好、自習紀律亂、任課教師反映班級課堂學習氣氛不好、作業不認真、考試成績太差……
這時可以深呼吸,提醒自己“調整情緒,保持理智,他(們)還只是孩子”,針對出現的狀況,教師可以表現出生氣和發火的樣子,但不能傷害學生自尊,同時調整情緒,使自己的心境趨于平和——“心平則智生”,最終以耐心與智慧悅納學生。
二、“施工工藝”——溝通的方法
要建造一座真正的橋梁,要掌握施工工藝,搭建心靈之橋,同樣也要掌握“施工工藝”,那就是溝通的方法。
1.體態傳情:用教師身體的某一部分或幾部分傳達教師對學生的情感。
2.傾聽釋懷:認真地聽取學生抒發自己內心的苦悶與煩惱。
如果學生能把教師當作知心朋友,愿把心中的苦悶與煩惱傾訴,教師是幸福的、自豪的。此時作為教師需要做的就是:傾聽。
3.同感潤心:設身處地、像體驗自己精神世界那樣體驗學生精神世界,滋潤溫暖學生的心靈。
4.言語入理:教師運用恰當、簡潔、親切、幽默的語言使學生領悟做人與做事的道理,感受教師的愛,以達心靈相通。
5.筆談示意:通過書信、作業評語等方式表達教師對學生的評價、期許、心愿、鼓勵等。
6.抓點促面:抓住教育的最佳時機(關鍵點),促成師生良好溝通,塑造學生美好心靈。
7.活動動人:寓教育于活動中,寓溝通于活動中,用活動打動、感動學生。
在體育比賽、文藝匯演、科技活動、主題班會、特別是春游(郊游)等各類集體活動中,學生的心情是愉悅的,精神是放松的,熱情是高漲的,表現欲是強烈的。此時就是教師與全班學生溝通的最佳時機。如果教師放下架子,融入其中,與他們一起玩兒,一起笑,師生的情誼就在這歡聲笑語中達成了,心兒貼近了。
三、“施工方案的設計與選擇”——溝通需因人而異,因事而定
關鍵詞:橋梁;垮塌;原因;養護;反思與對策
1 概述
橋梁一般處于運營公路的節點和咽喉部位,橋梁的安全對整個公路運營影響巨大[1]。近年來國內發生了多起橋梁坍塌事故,尤其是2011年以來,橋梁事故極為頻繁[2]。這些橋梁的坍塌事故不僅造成嚴重的橋梁結構損壞與經濟損失,而且由于事故多發生在橋梁的運營期間,導致人員傷亡并造成了惡劣的社會影響,加強橋梁的橋梁運營期間的管養工作,防止橋梁坍塌等惡性事故的發生,或者當事故不可避免時可以做出適當的預警將是十分有意義的工作。
2 典型案例
2.1 武夷山公館大橋垮塌
大橋1999年11月20日竣工通車,主橋為中承式系桿拱橋,2011年7月14日上午突然垮塌,造成1人死亡,22人受傷。事故后對外直接原因為嚴重超載(80余噸),長期超載運行最終導致吊桿破壞,而另一方面,直至橋梁垮塌,該橋一直沒有落實管養單位,常年缺乏養護投入,管理責任主體的缺位也是橋梁垮塌的間接原因。
2.2 太陽河大橋發生坍塌
2011年8月8日,正在加固中的太陽河大橋垮塌,造成2人死亡,2人受傷。該橋在2010年10月洪災中被洪水沖擊成為危橋,經過專家鑒定后,在原大橋加固的基礎上對大橋南段進行延長新建。事故原因是施工方違規施工,但事故中該橋的橋墩先發生坍塌,導致該橋失去支撐點,然后引發了大橋坍塌,橋墩及基礎已經在洪災中損毀嚴重,加固基礎上新建上構的方案存在瑕疵,管理及決策單位對事故有不可推卸的責任。
2.3 株洲紅旗路高架橋坍塌
2009年5月18日,原定爆破拆除的該高架橋發生坍塌事故,事故造成9人死亡,16人受傷。事故原因為違規施工,但是施工方案技術評審和論證環節形同虛設,橋梁進行試爆破之后,受力結構有明顯改變,但業主管理方和行政主管部門未能盡到監管的責任,監理和業主方的監督缺失也是事故的重要原因。
2.4 贛粵高速城南匝道橋坍塌
匝道橋2005年12月建成通車,2015年6月19日四輛大貨車魚貫通行該匝道時,匝道橋梁整體側移垮塌,事故造成1死4傷。事故原因為超載(4×100噸)引起,但是四輛超載嚴重的大貨車一路走來,公路治超沒有起到應有的作用。
2.5 倮果大橋橋面下沉
倮果大橋建成于1993年,建成后出現過多次病害,且常年超載運營,管養單位進行多次維修。2012年12月10日,大橋一根吊桿突然脫落,導致橋面出現“V”字形塌陷,所幸管養單位在運營期間對橋面進行整體化處理,有效防止了事故的擴大,事故沒有人員傷亡。事故主要原因為吊桿防腐技術問題,另外超載運營也是原因之一,管養單位常年的維修保養和加固卓有成效,事故未造成大的損失。
3 原因分析
針對多起橋梁意外垮塌事故,專家學者進行了多方面的分析研究,事故分析表明,橋梁跨塌往往是多方面因素共同作用產生的結果,但針對主要成因的分類,可分為洪水地震等;設計及技術原因;超載及碰撞等社會因素;違章施工、Q策失誤、維修保養缺失等管理原因[3]。有學者統計了部分國內外座橋梁安全典型事故,并對數據進行分類研究[4]。情況如表1。
(1)自然災害因預警技術限制,幾乎無法避免[5],目前對橋梁結構造成影響的主要自然災害有地震、洪災、泥石流、冰棱。但是隨著社會經濟進步,防災減災水平逐步提高,自然災害的破壞性將會得到逐步的改善,而防災減災是社會整體性的工程,對此不展開分析。
(2)設計及技術原因主要包括結構的認識不足,設計不合理;或者某些新結構、新材料、新工藝技術不成熟。
目前重要的規范中橋梁設計使用年限都為100年,但實際情況卻不容樂觀,根據李亞東教授收集的座橋梁安全事故的統計分析,從橋梁通車到事故發生的平均時間僅為29年,其中中國25年,美國24年、歐洲39年。當然出現這樣的情況是多方面綜合的因素導致的。單從設計層面考慮,一方面是相關領域的認知水平和理論研究不成熟因而設計不科學,比如2004年前[6],國內沒有進行橋梁耐久性設計的規定,導致眾多公路舊橋鋼筋銹蝕嚴重,承載能力衰減很快,使用壽命遠遠達不到設計基準期;另一方面,嚴重壓縮的設計周期造成設計不合理,甚至出現設計錯誤,比如寧波招寶山大橋施工中出現描板預應力連接器位置混凝土破壞性崩裂。
新結構橋梁推廣時期均出現過不成熟的現象,比如上世紀末,鋼管混凝土拱橋因造型美觀,跨越能力大等因素得到推廣運用,但是當時中國拉吊索制造水平偏低,造成部分關鍵構件(拉桿、吊索)耐久性很差,出現多起因吊索破斷引起的橋梁垮塌事件。
(3)超載及碰撞等社會因素,目前,貨車超載運輸和船舶偏航已經超出單一管理部門的管理能力,所以將其歸類到社會因素。研究發現,當汽車軸載超過標準載一倍時,行駛公路一次,相當于標準車輛行駛水泥混凝土路面65536次,而且核定載重量越大的車輛,超載對公路的破壞越嚴重,而對于橋梁結構,1次超過結構極限承載能力的超載都將是致命的。根據推算,1條設計使用15年的公路,如果行駛車輛超載1倍,其水泥路面使用年限將縮短90%,即只能使用1年半;橋涵結構物使用年限將縮短87.5%,設計壽命100年的橋梁只能使用12.5年。
(4)管理原因是除了自然因素外,橋梁垮塌事故的主要原因,而且,綜合來看,即使是其他原因占主導地位,管理責任依然存在,管理原因仍然是橋梁垮塌事故的原因之一。而且管理原因貫穿于橋梁規劃直至橋梁拆除廢棄,主要體現在違章施工和后期管養缺失。
從上面的分析可以知道,因管養缺失原因造成的橋梁垮塌的事件占比約為6.3%(含拆除施工),雖然事件發生的原因有所差別,但是橋梁垮塌事件絕大部分出現在運營期,而且除極端情況之外,一般橋梁垮塌是多種原因共同作用的結果,是量變累積為質變的過程,那么加強橋梁管養,及時發現問題,掌握橋梁狀況,控制橋梁的發展趨勢將是非常有必要的工作。
4 橋梁養護面臨的問題
由于目前國家各種資源都集中到基礎建設領域,造成目前整個行業“重建輕養”的氛圍。處于當前時代的大背景下,建設任務繁重,建設投資巨大,養護管理在大盤面上自然顯得弱小。但是養護具有長期和復雜的特點,橋梁養護處治更不單單是技術問題,在有限的資源和許多的限制條件下找到合適的方法,保持橋梁的正常運營,盡量使橋梁處于良好的工作狀態,延長其使用壽命,是橋梁養護工程師需要具備的能力,橋梁養護工程任重而道遠。
4.1 超載
交通量問題,交通量增長迅速,許多舊橋的承載能力以不能滿足現有和遠景荷載等級的要求。橋梁超載情況越來越多,一是老橋的超負荷運營,主要是橋梁設計規范的變化、交通量的增長和重載車輛的發展所致,二是違規超載車輛的存在。而且目前默認超載,以罰代管的管理方式很難改變。
4.2 耐久性
隨著大規模建設期的結束,許多公路橋梁已通車10年以上,橋梁病害的發展十分迅速,橋梁耐久性問題突出,橋梁結構的承載能力隨時間推移而下降迅速,根本不能達到橋梁設計的使用壽命,而一旦荷載超過橋梁的實際承載能力將出現災難性后果。在橋梁新建設計時注重耐久性設計的考慮,避免以損失結構耐久性而進行的優化設計,雖節省一點建設成本,但造成橋梁全壽命成本的增高,給運營帶來了安全隱患。
4.3 缺乏技術支持
目前社會注重短期效益,無論是資金還是人員都更加愿意進入公路建設市場,開展針對建設的各種技術研究,而耗時長,效益不明顯,同時也由于養護資金的限制,在橋梁養護方面的專項課題研究不多,有效成果也很有限,許多很早就存在的管養技術難題一直沒有徹底解決。
4.4 事故
意外事故頻發,船只和車輛撞擊,火災等事故常有發生,嚴重的導致車毀、船沉、橋塌的事故,極大的威脅橋梁的正常使用,社會影響也很大,管養單位也時刻緊繃神經。目前完全依賴于路政部門依據《公路法》的行政處罰。
4.5 檢查設施
檢查附屬設施的缺失,公路橋涵設計通用規范第八節雖然規定,但其語焉不詳,各設計院均沒有遵照執行,設計審查也未征求養護人員意見,設計人員和專家有的根本沒有考慮到日后的養護工作。對數量眾多的中小跨徑橋梁的檢查設施的設計,規范更是沒有規定。建議集團公司強調檢查設施的重要性,要求公路新建時,設計單位必須列入,作為驗收和接管的不可缺少的條件。
4.6 養護人員缺少
由于科技水平的限制,橋梁運營中的許多情況是我們所未知的,如橋梁地震特性、風振特性及控制、橋梁結構損傷及承載能力的評估、橋梁結構的參數識別等研究只是初步的,至少也是不全面的,這些要求養護人員具有較高的專業素質,實際考慮個人發展和收入等因素,極少有橋梁專業人員進入養護隊伍。目前,一線的橋梁管養人員不足而責任較重,橋梁管養比較吃力。
5 反思與對策
(1)配備高素質養護人員,為了了解橋梁的真實狀況,需要對其進行檢查,發現問題需要找到合適的解決方案,這需要配備相應的橋梁養護工程師,這些人應當有橋梁專業知識,熟練使用檢測工具和儀器,較強的責任心,良好的身體素質(經常高空檢查、爬越邊坡),并對所轄路段橋梁比較熟悉。
(2)完善設備設施,各養護站需申請必要的檢測設備,安裝必要的檢查設施。撥少量專款,由各運營公司分批分期予以添置和更換。同時制定部分規定,強調檢查設備的重要性,要求設計單位將設備的費用計列到開辦費,作為驗收和接管的不可缺少的條件。聯合設計單位,制定若干檢查設施的參考圖、通用圖或標準設計圖,以促進此項工作的開展。
(3)加強責任管理,一方面要落實每一座橋梁的責任主體,不能出現責任漏洞,更加不能出現沒有責任主體的情況。另一方面要加強督促橋梁管理人員要按規定開展橋梁經常性、定期檢查和安全隱患排查、病害跟蹤檢查,動態掌握橋梁技術狀況;對所有五類危橋一律設置鋼筋砼隔離墩,禁止機動車輛通行,并設立相關標志,引導好車輛繞行;對存在通行隱患的三、四類橋,應根據其通行能力,完善相應的限速、限載及警示標志等措施,并拍照存檔、跟蹤監控,防止發生各類事故。
(4)強化技術管理,一是適當提高荷載標準,我公司管養的2005年前通車的橋梁均為汽-超20,但是目前規范的荷載標準為公路-Ⅰ級,中小跨徑橋梁對此比較敏感,在后續的大修和中修時,應該將荷載標準提高的現行標準。二是針對存在病害而不能及時維修的橋梁,應跟蹤檢查橋梁病害發展狀況,制定橋梁應急預案,加強現場安全措施。三是加固施工前需認真審核橋梁改造方案和對策措施,按照程序組織專家評審和論證。
(5)保證養護資金投入,根據交通運輸部的測算,如果將現有公路路況維持在中等偏低的水平,全國普通公路養護資金需求缺口達到50%,整體養護資金偏少,既要采取措施保證橋梁養護資金的投入,也要按照輕重緩急的原則合理安排資金的使用。
(6)加大電子化和信息化建設,將橋梁設計、施工中存在的問題和運營后產生的病害、損壞等,以及為解決這些問題所采取的加固、改善措施,均要在管理系統中詳細記載。方便日后查詢,無論人員的調動,均能很好的掌握橋梁的技術狀況。
(7)創新管理模式,比如超載,除了《公路法》和《公路安全保護條例》外,作為業主單位能否采用《物權法》,采取必要的措施保護自己的資產?能否在收費站入口配置一個稱重車道,將那些明顯超載的車輛攔截住,不允許進入高速公路?
6 結束語
橋梁事故往往是綜合原因造成的,加強橋梁的管養,一方面希望預防和避免事故的發生,及時發現問題,采取加固和維修的措施,及時遏制事態往不利的方向發展;二是當事故的發生無法難免時,也可以做出適當預警,及時采取有效的措施,避免人員傷亡、控制經濟損失。能夠達到上面兩個目的中的任意一個,那么加強橋梁的管養工作都將是有意義的事情。
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【關鍵詞】橋梁;施工;運營;智能健康;監測控制技術
1 智能健康監測與控制技術系統概念
橋梁智能健康監測與控制技術是一項系統性技術,涉及到檢測、計算機、通訊、網絡及人工智能領域等,在橋梁智能監測和控制中包括測試技術、數據自動采集與傳輸技術、結構仿真分析技術及橋梁診斷評估技術。其過程為橋梁的施工及運營過程中采集關鍵部位的實時數據,遠程傳輸到分析計算機系統中進行分析,再輸出相應的監測結果,并給出合理的下一步施工技術方案或橋梁結構安全狀態和預警,以指導施工及運營。
2 智能健康監測與控制技術系統在橋梁施工與運營中的作用
2.1 技術系統在橋梁施工階段的主要作用
橋梁在施工階段控制不當可能會引起橋梁線形變形、內力狀態不符合設計要求、施工精度不足等問題,應用橋梁智能健康監測技術系統,監測實際每一步施工工序,獲取現場關鍵點的參數值,對橋梁結構進行實時的理論分析和驗算,根據分析的結果輸出相應的施工控制指令,并能夠分析施工過程中各類誤差積累情況,提高施工的精度,最終實現控制施工質量的目的。
2.2 技術系統在橋梁運營階段的主要作用
橋梁在完工之后,其運營的質量效果如何,是政府部門及人們極為關注的問題。橋梁在經歷溫度變化、風雨侵蝕、車輛碾壓等作用后能否保持在原有的設計要求范圍內,是否存在隱蔽性損傷等都是技術系統要辨別的。技術系統通過實時檢測,及時發現問題所在,并輸出相應的控制指令,施工人員根據輸出結果針對問題部位進行補救調整。
3 智能健康監測與控制的主要技術內容
3.1 傳感器及其優化布置技術
傳感器是技術系統開始的源頭,所以要求其具有良好的性能,如良好的可靠性、高度的敏感性及短時反應,以達到快速、準確、如實的反映出橋梁測試部位的信息。同時,要求傳感器不易受周圍環境影響,耐久性好及低噪音等。根據監測目的不同,傳感器可以分為五種。1)環境監測,主要監測的是橋梁環境包括溫度、濕度、有害氣體等,此類數據的監測收集是為了評估橋梁的耐久性能;2)幾何監測,橋梁不論在施工還是運營階段都需要及時的記錄下幾何變化,包括平面數據和豎向數據,尤其在施工階段有效的監測數據和結果輸出,能夠從根本上避免橋梁發生大的建筑問題;3)載荷監測,其監測對象包括風載、地震載荷及交通載荷等,主要是應用在橋梁運營階段;4)結構靜、動力反應監測,結構靜力監測主要針對溫度、不均勻沉降引起的橋梁反應,為運營的可靠性評估提供數據。結構動力監測主要針對的是風載、交通載荷等動態性載荷作用下的位移、速度及加速反應譜等 ;5)結構材質監測,結構材質監測是采用現代無損監測技術對橋梁構成材料監測,包括混凝土和鋼筋強度變化和損傷情況等。采用的技術手段有超聲波發、電位差法、射線法等。目前由于監測技術難以嵌入到橋梁結構中,所以該監測技術主要通過人工方式進行。
3.2 數據自動采集與傳輸技術
數據采集是指將傳感器采集的數據進行信號放大,轉換成模擬量或以數字記錄。而傳輸技術則是指將采集轉換的數據通過遠程傳送的方式傳送到監控中心,以達到實時監控和遠程監測的目標。數據的采集需要兩種技術作為支撐,即數據采集的硬件技術和軟件技術,數據采集的硬件技術包括信號調理、模數轉化、貯存器等。其中貯存器主要起到數據緩沖作用,有時還可長期貯存數據。數據采集軟件技術能夠實現采集系統與計算機之間的數據通信,為用戶提供系統操作界面等作用。
數據的傳輸技術要對實時監測數據進行壓縮,并通過一定的方式傳輸到處理中心。同時傳輸技術還要能夠實現“機-機”和“人-機”相互傳輸數據的功能。目前無線通訊技術及無線網絡技術的發展為數據的傳輸提供了更為方便、高效的實時監控方式,但是真正實現廣泛應用還需要進一步的研究。
3.3 結構仿真技術
現代計算機技術的發展,為我們模擬實際的橋梁結構提供了很好的平臺。通過結構仿真技術,可以根據不同條件和要求,建立各種合理的結構力學分析模型或者構建不同形式構件組成的橋梁,來模擬分析預測橋梁結構力學中的關鍵點,以確定所需的材料強度特性。在橋梁施工階段,通過仿真模擬可以突出施工中的重點和難點,以便采取有效措施避免問題發生。而在橋梁運營階段,以采集到的數據為基礎建立相關的全橋或關鍵結構部件的內部應力變化模型,而實現結構內力的重點監測的目的。結構仿真技術也可以實現全橋梁空間結構的模擬、加載時橋梁真實表現模擬等。
4 橋梁診斷評估技術
橋梁的診斷評估主要內容有承載能力、運營狀態和耐久能力三方面的內容。在承載能力方面,其目的在于尋找確定出橋梁結構的實際安全儲備,以免在使用中發生災難性事故,是評估的主要內容。在運營狀態方面,它與橋梁結構變形、裂縫及振動等相關,是指結構在正常的工作和定期護養的情況下的運營狀態的評估。在耐久能力方面,主要的內容是評估橋梁的損傷情況和成因,及相應的材料的物理特性的變化。橋梁損傷可粗略分成結構性和非結構性損傷,就混凝土結構來說,結構性損傷主要是值混凝土的開裂、剝落及鋼筋的腐蝕等,而非結構性損傷常會對橋梁的運營狀態和耐久能力產生影響。橋梁的診斷評估工作是一個分析辨別數據,利用有效數據對橋梁進行評判的過程。目前,結構仿真技術的數據檢測,多采用動力檢測方法,如系統識別法、動力指紋法及神經網絡法等。
5 存在的問題
在橋梁的施工過程并不是所有的方法都能實現,主要原因在于一些監測技術的實現需要有全面的布置,如傳感器的布置,很難實現在施工過程中全面布置。同時一些關鍵技術仍有待深入的研究,包括1)系統硬件的穩定性、可靠性及抗干擾能力,橋梁搭建的地方常出在較為惡劣的環境條件下,如何有效的保證系統硬件的長期有效是值得廣大相關工作者研究的,目前雖然光纖傳感技術有不錯的表現,但是真正實現普及應用還需一段時間。2)傳感器的優化配置及數據處理,只有傳感器有效配置才能實現真實反映橋梁結構變化,而數據的及時有效處理才可實現準確高效的實施施工控制或預測補救。3)規范與標準,目前針對與橋梁智能監測技術的規范和相關標準缺乏。4)有待發展成熟有效的健康診斷和安全評估方法。
6 結語
橋梁在施工和運營階段的智能監測和控制技術綜合了各方的技術優勢,而實現施工和運營實時智能健康監測的目的。該技術系統的實現能很好的解決橋梁在施工和運營階段的所遇到的問題,但是仍舊面臨著很多的問題,需要研究者們進一步深入研究。
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