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关键词: 道路桥梁;工程设计;隐患;安全性
中图分类号:U44 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)06-0074-01
0 引言
道路桥梁在建设与使用的过程中,除了受环境、有害化学物质的破坏以外,还要承受过往车辆、风、疲劳驾驶、超载等因素的影响,同时桥梁本身采用的材料也在不断发生退化现象,其内部结构也产生不同程度的损坏和劣化。因此桥梁的设计是决定桥梁的安全性和耐久性的重要因素。
1 道路桥梁工程项目设计现状
近些年,随着经济的快速发展,我国加大了道路桥梁工程建设的密度与广度,虽然部分道路桥梁项目的设计满足了实际的功能需求与设计规范中的强度要求,但在实际投入使用后的几年内,均不同程度的出现了荷载裂缝、路基沉降、跳车等质量安全问题。因此,在道路桥梁工程项目的设计阶段,就应综合考虑、分析道路桥梁实际的结构、材料、环境条件、交通流量等因素,结合国外先进案例,通过各种技术手段优化设计方案,提高项目质量的耐久性、安全性。对于道路桥梁工程的设计,虽然国家颁布了相关标准与规范,但随着新技术、新理念、新工艺、新材料的不断涌现,而道路桥梁的功能需求又趋向多样化发展,有关设计规范与标准的更新很难适应现代化建设的需要。因此,现代道路桥梁的设计,在充分满足相关规范与标准的基础上,还需依靠设计人员的专业素质、业务水平来保障工程项目的质量安全。
2 道路桥梁设计隐患问题分析
2.1 道路桥梁工程设计阶段存在的问题 长期以来,我国部分桥梁工程项目在设计的过程中,设计人员对于道路桥梁投入使用后的环境因素、温度因素、交通流量因素等方面缺乏考虑。许多设计人员在进行道路桥梁的设计时,往往只考虑了桥梁结构的强度是否能够满足相关设计规范与标准,而对于道路桥梁的结构体系、材料、耐久性、抗腐蚀性,以及项目设计阶段、施工期间、使用过程中可能出现人为因素、场地条件因素等影响缺乏综合考虑,以至于设计时的项目实际路线、计算图示不够明确,而造成道路桥梁实体结构的受力不均,以及保护层厚度过小、混凝土强度不足、钢筋规格不符等问题,严重威胁到道路桥梁主体结构的耐久性、安全性。
2.2 设计方案滞后于道路桥梁的发展 在实际的道路桥梁工程项目的设计中,部分城市仍在沿用以往老旧、传统的项目设计方案,其不仅无法满足现代道路桥梁工程建设的需求,同时也将埋下一定的安全隐患。作为道路桥梁工程项目的施工的主要依据,设计方案水平的高低,将直接关系到工程项目的施工难度与工期、工程量、项目造价、实体质量等。目前,我国一些道路桥梁工程的建设,并未有效运用新兴的施工工艺与技术、材料与设备等,其主要是由于设计周期过紧而造成的,道路桥梁工程项目的建设方,为追求经济效益、缩减成本,而只给了设计部门极少的工作时间。由于道路桥梁工程一项复杂系统的工程,设计周期不足、任务量过大,以至于项目的设计部门难以综合考虑所有外在安全影响因素,更无法进行设计方案的优化,甚至有个别的项目设计方案会出现抄袭、模仿的现象。
3 保证道路桥梁质量安全的相关措施
3.1 合理选择设计方案 对于道路桥梁工程项目的主体结构,应合理选择设计方案,以此保证工程项目的耐久性、安全性。由于道路桥梁工程建设的铺设范围较广,环境条件差异较大,从而在设计时,首先需要分析、考虑桥梁主体的结构形式,根据控制因素的不同,而选择能够充分满足项目需求,经济、合理的结构设计方案。目前,我国桥梁结构的设计形式,其主要分为标准跨径、大跨度两种。在实际的道路桥梁工程设计中,相较于大跨度桥梁设计方案,标准跨径桥梁的造价合理、施工难度小、能够预制装配,从而广为应用。
3.2 项目设计阶段的质量控制 道路桥梁工程设计水平的高低,将直接影响到道路桥梁的使用功能与使用安全,建设单位应给予设计部门充足的设计周期。在设计的过程中,设计人员在保证项目设计强度充分满足相关标准与规范的同时,应进一步创新、研究,以此保证设计方案的先进性。值得注意的是,设计人员在进行创新设计时,应本着成熟技术的原则进行分析、研究、设计,处理、协调好创新技术与传统技术间的关系,严禁采用未经检验的技术与设计,以此避免安全隐患的产生。此外,道路桥梁工程项目的设计人员,还应熟悉、掌握项目的施工技术与工艺,在设计中降低施工风险、提高质量检查的便捷性,从而设计出易于采取质量控制与施工的结构设计方案。对于工程项目中的重要部位,设计人员应进行全面、仔细的计算,保证数据、指标的准确性,以此避免发生事故。
3.3 道路桥梁工程的耐久性设计 道路桥梁工程项目,在施工的过程中与投入试用期间,均会受到环境因素、人为因素等影响。在地质灾害、风的侵蚀、雨水的腐蚀、交通流量的作用下,将造成桥梁部分结构材料出现老化、裂缝、断面等质量问题,以至于引发安全事故。究其原因,主要是由于道路桥梁工程在设计时缺乏综合考虑,并没有进行合理的耐久性设计而造成的。为此,在进行道路桥梁工程项目的设计时,设计人员应根据项目的自身特点与要求,针对施工场地条件、项目周边环境、最大交通流量等因素进行分析、预测,从而在保证设计强度符合标准的前提下,提高道路桥梁的安全性、耐久性。
4 结语
综上所述,为保证道路桥梁工程的设计质量,在通过分析、计算、预测等各种方法与手段进行设计方案优化的同时,设计人员还需进一步提高其综合素质与业务能力,从根本上提高设计水平,促进我国道路桥梁建设的发展。
参考文献:
[1]钟丽清,杨占雄.桥梁设计中存在的安全耐久性问题及对策研究[J].湖南交通科技,2010,(01).
关键词:桥梁;抗震;设计我国管理部门已经认织到上述问题。建设部已委托同济大学士木工程防灾国家重点实验室范立础主编新编的《城市桥梁抗展设计规范》,由北京、天津、上海等四家市政工程设计研究院参编;上海市建委抗震办公室也委托同济大学土木工程防展国家重点实验室主编《上海城市桥梁抗震设计规范》。同时,交通部也着手修订《公路工程抗震设计规范》。本文的任务是对目前各国的桥梁抗震设计规范的使用和研究现状进行介绍和比较,探讨我国桥梁抗震设计规范的修订中的一些主要问题。1.桥梁抗震设计的基本思想结构抗震设计的基本思想和设计准则是制定规范的最重要之处,它决定了抗震设计要达到的目标、采用的设计地震动水平和地震反应的计算方法。因此这里首先介绍世界几本主要的桥梁抗震设计规范的基本设计思想. 当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思想和设计准则是:设计地震作用基本分为两个等级,都可归纳为功能设计地震和安全设计地震。虽然各规范使用的名词不同,但其思想是基本一致的:功能设计地震具有较大的发生概率、安全设计地震具有很小的发生概率。在功能设计地震作用下,桥梁结构只允许发生十分轻微的破坏,不影响正常的交通,不经修复也可以继续使用;在安全设计地震的作用下,允许桥梁结构发生较大的破坏,但不允许发生整体破坏。比较起来,我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念,关于抗震设计的指导思想对于桥梁来说过于笼统。
2.桥梁震后的损伤
桥梁下部结构的严重损伤是引起桥梁倒塌,且在震后难以修复使用的主要原因.
2.1桥梁墩柱的损伤 桥梁结构中普遍采用的是钢筋混凝土墩柱,损伤的形式分为:弯曲损伤和剪切损伤.弯曲损伤是延性的,产生很大的塑性变形.剪切损伤是脆性破坏.然而桥梁墩柱的基脚损伤也是一种破坏的形式.2.1.1墩柱的弯曲损伤:桥梁墩柱的弯曲损伤非常常见,在历次的大型地震中都不少,究其原因主要是约束箍筋配置不足,纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性能力的不足.2.1.2墩柱的剪切损伤:桥梁墩柱的剪切损伤较常见,由于剪切损伤是脆性的,会造成墩柱以及上部结构的倒塌,其损伤较为严重.2.1.3墩柱基脚的损伤:桥梁墩柱基脚的损伤较为少见,但是一旦出现,则可能导致墩梁倒塌的严重后果.213国道白花镇百花大桥墩柱基脚的损伤,显然,墩底主筋的构造处理不当,箍筋的数量不足,导致基脚损害.可见,保证墩柱和下部基础的整体作用是相当的关键。2.2框架墩的损伤。框架墩的损伤主要出现在城市高架桥中,其损伤主要表现为:盖梁的损伤,墩柱的损伤和节点的损梁的损伤形式主要有:剪切损伤、弯曲损伤以及盖梁钢筋的锚固长度不够而引起的损伤.节点的损伤主要是剪切损伤。2.3桥台的损伤。桥台处发生失效的类型,不同桥梁各有不同.基本类型变化很大(扩大基础、桩基、竖井),而且土的性质也很重要的.尤其在地震期间如果沙土被液化,则更为重要.由于后墙、翼墙、基础和桩与周围土的相互作用,使所在位置更加复杂.大多数支座式桥台中,纵向位移不受限制,因为上部结构和桥台背墙的接触面处,有接缝.这种构造是有吸引力的.
3. 急需改进的桥梁设计规范管理
这里,通过两个工程中遇到的实际问题来解释一下这个命题的重要性和紧迫性。
广州九江桥梁倒塌之时,针对这个事故,看到了一些内容,美国桥梁界说:“美国规范是完全不一样的,只要船能撞到的地方,桥梁设计时都要考虑,都要有相应的防撞保护措施。晚上过桥的行船是很容易撞上桥墩的。”这显然是引起九江桥被撞倒塌的主要外因。当然,仅从九江桥倒塌的实际相片,也不难分析出我们的设计和规范其它方面可能的不足。
我国桥梁界发展最快的桥梁结构形式是斜拉桥,在我国,斜拉桥上拉索的应用上有这样一个不成文的行规和事实:斜拉索过几年就需考虑换索,少则3~4年,多则十几年;减少拉索振动的阻尼器,在采购时也仅考虑3~4年的寿命,许多人形成了思维定势――“换索时和索一起换置”“没必要做这么好”。美国生产和安装斜拉索的DSI公司,美国的拉索设计和制造安装要求和桥梁同寿命,至少要考虑75年的安全使用。在DSI公司为美国桥梁工程提供斜拉索的28年中,仅最初使用斜拉索的极个别桥梁,因当时的拉索保护技术还不成熟,考虑了更换问题,而其它均无换索必要。最近也了解了一下国内的情况,相关一些部门有意对国内的拉索的使用寿命提出30年的要求。
关键字:城市道路桥梁;设计;问题;
中图分类号: S611 文献标识码: A
1城市道路设计要求
1.1顺畅、安全
安全问题是国内任一行业中最重要的问题之一,在城市道路设计中应不断提高安全意识,城市道路设计应具有客观合理性,交通安全得到有效控制,社会才能和谐。此外,道路及交通管理水平可通过行驶在道路中上的车辆速度得到客观反映,为保证道路上的行驶车辆安全顺畅,还要对交叉道通科学管理,明确道路性质并采取立体交叉方式进行合理布置。
1.2环保性
随着国内经济的不断发展,人民生活水平得到显著提升,机动车数量不断增加,这也是各大城市不断出现环境质量日益降低、交通日益产生拥堵的一个非常重要的原因。因此在城市道路设计过程中,要采取诸如道路采用降噪路面、将隔音屏加装至桥梁等重要位置及在道路两侧增加绿化面积等较为适宜有效的环保措施,才能明显降低道路对环境产生的各种污染。
1.3经济性
社会经济的快速发展在一定程度上改变了人们的价值观,城市道路建设不只是保证施工质量,还要在相同条件下使工程施工造价尽量降低,进而实现经济效益的最大化。在道路设计过程中,要认真参考交通流量及性质等不同特点,对城市道路现状及公共设施布局进行综合考虑,结合地形实际情况对线路与断面型式进行合理选取,在保证较高车速的同时还要确保具有较大交通量的主干路通行顺畅。而部分道路由于对交通具有集散作用,可降低一定标准,使工程投资成本得到明显节约。
2道路桥梁设计存在的问题
2.1道路桥梁工程设计阶段缺少综合思考
长期以来,道路桥梁工程设计阶段存在的问题一向困惑着设计人员,中国有些桥梁工程项目在设计的过程中,设计人员关于道路桥梁投入使用后的环境要素、温度要素、交通流量要素等方面缺少思考。很多设计人员在进行道路桥梁的设计时,通常只思考了桥梁构造的强度是不是可以满足相关的设计规范与规范,而关于道路桥梁的构造体系、资料、耐久性、抗腐蚀性,以及项目设计阶段、施工时期、使用过程中也许呈现的人为要素、场地条件要素等影响缺少综合思考,以至于设计时的项目实际道路、核算图示不够清晰而形成道路桥梁实体构造的受力不均以及保护层厚度过小、混凝土强度缺乏、钢筋标准不符等问题不断呈现,这些状况的呈现都严重的要挟到了道路桥梁主体构造的耐久性、安全性。
2.2设计方案滞后于道路桥梁的实际发展
在中国,有些城市至今仍在沿袭无法满足现代道路桥梁工程建造的需要的传统的项目设计方案,这种滞后性也为道路桥梁设计埋下安全隐患,设计方案是道路桥梁工程项目的施工根据,这就导致设计方案水平的凹凸是影响工程项目的施工难度与工期、工程量、项目造价、实体质量水平的凹凸的决定性要素。中国现阶段一些道路桥梁工程的建造中并未有效的运用新式的施工工艺与技能、资料与设备等,主要原因即是因为设计周期过紧而形成的。市场经济是寻求经济效益的经济,道路桥梁工程项目的建造方为减缩本钱进步经济效益,在设计部分上的投入相对缺乏。道路桥梁工程是一项复杂的工程体系,如果因使命量过大而缩短设计周期将会给项目的设计部分提出很大的应战,使设计部分在使命重时间短的状况下很难综合思考项目的一切影响要素,更谈不上设计方案的优化。所以,鉴于道路桥梁设计的重要性,建造方一定要留出足够的设计时间或许采纳项目设计招标等方案,采纳最优的道路设计方案来确保道路桥梁的安全性和耐用性。
3、保证道路桥梁质量安全的相关举措
3.1重视结构的耐久性问题
桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域,国内从上世纪80年代以来,修建了大量的斜拉桥;虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少,但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索,既影响了使用又增大了经济损失。需要指出的是,很多这类问题与没有进行合理的耐久性设计有关,这也促使人们重新认识桥梁的耐久性问题。大量的病害实例也证明,除了施工和材料方面的原因,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷。
3.2重视对疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言,事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效,如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
3.3积极借鉴国外的经验和成果
国内桥梁设计存在的首要问题是构造正常运用功能差(指与设计希望比较,可归结为适用功能差,包含桥梁的过大振荡、线形不平顺、接头跳车、构造开裂和过大的变形等)、耐久性和安全性差(包含运用寿命短、维护费用高、安全事故较频频等)。这些问题的发生当然与目前国内施工质量和管理水平较低有关,但公私分明,已然这种现状不能在短期内得到解决,那么作为工程设计人员就应该在重视这一问题的条件,充沛考虑到现阶段的施工和管理水平和资料工艺水平,采用恰当的安全度、恰当的设计方法来确保桥梁运用功能的达到,才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与构造系统或运用资料挑选不合理及构造细节处理不当有关,要灵活学习国外成功的经历和做法,除了加强施工质量管理外,要从桥梁设计理念和构造系统和构造的视点做好耐久性的设计。
3.4设计人员经验总结与知识更新
道路桥梁的设计关系到人民群众的生命财产安全。相关专业人员,要不断通过自学或加强培训,不断增强自已专业知识。实际操作中,对于整个项目要统筹考虑,善于结合实际大胆创新,采用的方法要尽量做到风险低、施工质量容易检查和控制。无论是工程项目大小,一定以科学为准则,以严谨求实的态度做好各项设计和计算,做好相关方案的优化对比,杜绝隐患,确保安全。
结束语
城市道路桥梁最主要的疑问即是工程质量方面的承载才能设计和满意大家出产日子基本功能保证城市开展需要两大因索。难度很大,不同于公路设计,只要满足国家有关的质量等级即是优秀的设计。城市道路桥梁设计以人性化的理念,处理日益膨胀的交通疑问,才能成优秀的设计方案。
参考文献
关键词:道路桥梁;设计隐患;解决对策
中图分类号: U448.14 文献标识码: A 文章编号:
1引言
随着城市道路建设的发展,道路桥梁的建设成为交通发展的重中之重,其不仅关系着道路桥梁工程的建设质量,而且直接关系着人们的出行安全。因此,道路桥梁的设计工作必须要得到高度的重视,在提高道路桥梁的设计标准的同时,要确保工程的施工质量,在不降低质量标准,不增加工期和不增加造价的前提下,施工可行性强的工程质量更佳,节约成本更多。在道路建设的过程中,一定要加强道路桥梁设计与施工的研究,采取有效的隐患处理措施,提高桥梁建设的效益。
2道路桥梁设计现状及存在的隐患
2.1道路桥梁设计现状
道路桥梁在设计时不规范或者在施工过程中不注意施工质量的控制,均会成为道路桥梁的安全隐患。道路桥梁的机构安全性主要体现在桥梁结构整体的牢固性以及构件的承载能力两个方面。桥梁结构的整体性是指在桥梁结构出现局部破坏时,要避免发生大规模倒塌,
结构安全性好的桥梁,能够在应对地震、爆炸等灾害时发挥较大的作用,能够有效减轻灾害的损失度。桥梁构件的承载能力是指桥梁要具有承载一定车辆、地震、超载以及一些人为因素等外来作用力的能力,对桥梁承载能力造成最大威胁的就是负荷超载,负荷超载会造成桥梁承受应力变大,导致结构破坏,还有可能造成桥梁内部结构的损伤而不能恢复,使桥梁在正常负载情况下发生变化,桥梁的安全性遭到破坏。桥梁结构设计的首要目的是选择经济合理的结构方案,其次是结构分析与构建和连接的设计,但是在实际设计工作中,关于桥梁安全性设计上存在许多问题,如在设计上,设计师态度不严谨,计算失误等均会缩短道路桥梁的使用寿命,并出现安全隐患;设计人员常常只满足于规范对强度计算上的安全度需要,对于桥梁的结构构造、结构材料、结构之间的连接以及结构的维护往往被忽视;设计时对计算图式以及桥梁受力路线不明确,造成局部受力过大的现象;设计师对桥梁结构的整体性以及延性考虑不足,冗余性小。
2.2道路桥梁设计隐患问题
道路桥梁的重要性不言而喻,尤其是设计处于第一道关口,关系着后面施工和竣工投入使用,其重要性更是重中之重。因此必须要分设计中存在的各种隐患问题,促进道路桥梁的发展。总而言之,道路桥梁设计有如下几个方面的隐患问题。
2.2.1设计人员的专业素质参差不齐
参与道路桥梁的设计者,大部分人员的专业素质欠缺,导致设计出来的道路桥梁存在必要的隐患。事实上许多设计人员在设计之时,大都将结构强度作为重点,认为只要设计结构计算结果符合要求就行了。事实上这种考虑不全,设计者忽略的结构材料、结构构造及结构维护等往往才是至关重要的隐患。比如,设计道路桥梁过程中,结构和构造细节不合理,设计的标准较低等多种因素。加上线路、计算图示不明确等必然为道路桥梁造成病害。
2.2.2道路桥梁工程设计阶段存在的问题
长期以来,我国部分桥梁工程项目在设计的过程中,设计人员对于道路桥梁投入使用后的环境因素、温度因素、交通流量因素等方面缺乏考虑。许多设计人员在进行道路桥梁的设计时,往往只考虑了桥梁结构的强度是否能够满足相关设计规范与标准,而对于道路桥梁的结构体系、材料、耐久性、抗腐蚀性,以及项目设计阶段、施工期间、使用过程中可能出现人为因素、场地条件因素等影响缺乏综合考虑,以至于设计时的项目实际路线、计算图示不够明确,而造成道路桥梁实体结构的受力不均,以及保护层厚度过小、混凝土强度不足、钢筋规格不符等问题,严重威胁到道路桥梁主体结构的耐久性、安全性。
所有事物均有自己的寿命,道路桥梁也是一样,如果不进行必要的维护工作,就会大大缩短道路桥梁的使用寿命。设计师往往将各种载荷作用下道路桥梁的结构强度作为重点,道路桥梁的耐久性要求考虑较少,并没有具体设计计算出道路桥梁的使用寿命。
2.2.3在施工方面存在缺陷
施工者在施工过程中,往往追求高利润,不惜降低成本,偷工减料,以次充好的现象经常发生,同时,施工的质量达不到规范和设计的标准,这对道桥的安全性造成了严重的威胁,据报道,有的道桥在刚建不久就发生了坍塌的现象,其原因除了上述的之外,还与在施过程中对材料的要求,施工的工艺不合理等方面有关,威胁甚大。
3道路桥梁设计隐患问题解决对策
3.1提高设计人员专业能力
设计道路桥梁关系着人们生命安全及财产安全,因此必须要加强设计人员的安全意识及责任意识培训,无论是学习或者参加培训班,都应该不断的充实其专业知识。在设计之时,要全面统筹考虑,结合实际大胆去创新,通过有效方法来降低风险,提升施工质量。不管该项目多大多小,都要依据科学作为准则,用严谨求实之态度确保各项设计与计算方案,尽量杜绝各种隐患,加强安全。
3.2提高道桥在安全性和耐久性等方面的措施
首先,关注道桥的使用寿命。从以后的建设工程方面来看,将逐步从过去的单纯设计标准上加强为既可以满通压力即载荷强度的要求,又可以道桥对寿命需求的新想法。为此,设计者更应该在道桥的结构方面下功夫。在我国,一般设计的道桥寿命只要设计 50 年,
如果是高速公路或者是有其它方面价值的道桥,则需设计是 100 到 150 年。但这些寿命的设定并不一定准确,因为道桥在建设的过程中,设计,施工,运行也需要考虑进去,只有更好的监测与维护,才能相对延长道桥的寿命。其次,在施工情况下减少环境对施工材料方面的影响。在施工过程中,往往发现环境可以对混凝土和钢筋造成影响,例如在潮湿的环境下,氯离子对钢筋的腐蚀程度比较严重,不可忽视,在设计上应注意,在桥面要有一定的坡度,在混凝土桥面板与路面层之间设置可靠的防水层,以免水向下漏,降低环境对桥梁的影响。再次,对道桥进行定时的监测与维修。道桥每天都要承受车辆的荷载,时间的磨练之后,难免会有问题出现。长时间的承受重力,道桥的内在结构会产生循环变化的应力,这样不仅可以引起结构的振动,还会引起结构的累积损伤。由于道桥所采用的材料会存在许多小缺陷,在上时间的经受荷载后,这些微笑的缺陷会逐渐的发展,对道桥造成损伤。若得不到有效的控制,就有可能引起道桥材料及结构上的断裂,这个后果往往是灾难性的,应该引起我们的重视。
3.3合理选择设计方案
为了保证工程项目的耐久性和安全性,合理的选择设计方案对于
保证道路桥梁工程项目主体结构的安全性非常重要。道路桥梁工程建设涉及范围广,施工受环境条件影响大,所以在设计施工中需要优先考虑桥梁主体的结构形式,从而选择能够充分满足项目需求的结构设计方案。现阶段,我国桥梁结构的设计形式主要有两种,即标准跨径和大跨度两种。在实际的道路桥梁工程设计中,采用标准跨径设计的桥梁具有造价合理、施工难度小、能够预制装配等优点,相较于大跨度桥梁设计方案而言其应用的范围更为广泛。
参考文献
[1] 王春剑 . 公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J]. 科技信息,
2007(28):376.
关键词:梁式桥;箱形;横截面设计;箱梁腹板
中图分类号U448 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)51-0039-02
在桥梁工程设计中,梁式桥横截面的设计主要是确定主梁截面型式和各部尺寸以及主梁间距,它与梁式桥体系的立面布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等因素都有关系。一般说来,目前钢筋混凝土与预应力混凝土梁式桥的横截面型式有板式、肋梁式和箱形三大类型。而尤以箱形截面设计在桥梁设计中应用更为广泛。箱形截面的最大优点是抗扭刚度大,其抗扭惯矩约为相应T梁截面的十几倍至几十倍。因此,在横向偏心荷载作用下,箱梁桥的受力要比T梁桥均匀得多。箱形截面的另一优点是横向抗弯刚度大,其单片梁稳定性也比T梁好得多。以下就是对箱形横截面设计的详细论述。
1 箱形截面设计的基本型式
在当前已建成的大跨径预应力混凝土梁桥中,当桥梁跨径超过60m后,其横截面大多为箱形截面,当然极少数除外。由于这种箱形截面抗扭刚度很大,对于采用顶推法、悬臂法施工的曲线桥和采用节段法桥梁尤为有利。原因是箱形截面的顶板和底板都具有比较大的面积,所以能够有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求。
往往桥面宽度、墩台构造型式及施工方法决定了箱形截面型式的选取。一般来说,箱形截面的基本型式有:单箱单室、单箱双室、双箱单室等。单箱单室截面受力明确,施工方便,节省材料用量,一般常用于桥宽小于16m的范围。采用不同的截面形式,虽然对截面底板和腹板的尺寸影响不大,但对顶板厚度的影响是非常显著的。
通过对单箱单室、单箱双室的对比分析计算表明,双室式顶板的正负弯矩一般比单室式顶板分别减少70%和50%。况且双室式施工非常困难,腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大,严重影响了双室式截面的广泛应用。在桥梁建设施工中,多室箱梁的施工也比单室箱梁要复杂。因此在我国的宽桥设计中,桥梁工程师一般更愿意采用分离的两个单箱单室。
而目前发展的一个大的趋势就是采用大悬臂斜腹板的箱形截面。在高桥墩中,采用箱形截面效果更显著,原因是箱形闭合截面具有很大的扭转刚度,而为了减少桥墩材料用量,箱梁底部宽度还可以缩小。至于梯形截面,由于截面形心偏上,力臂减小,对承受负弯矩不利,再加上过窄的底板,所以应注意适当加厚底板来满足受压面积的需要。然而在实践中,工程师在设计箱形截面时还要考虑到其他各种相关因素,譬如:在城市中建设高架桥时,既要求桥梁外形美观,符合城市的形象要求,又要求桥梁高度符合一定的标准,则大悬臂斜腹板的箱形截面是城市高架桥常采用的一种偏平型的箱形截面布置形式。
2 箱形截面设计的细部尺寸
箱形梁的薄壁截面梁由腹板、顶板、底板等各部分组成,它们的横截面细部尺寸拟定如下。
2.1 腹板
腹板承受的主要是截面的剪应力和主拉应力。由于截面高度的变化,变高度梁的腹板承受的主应力值一般还可减少。而在预应力梁中,由于弯束对荷载剪力起抵消作用,所以剪应力和主拉应力的数值比较小。
确定腹板最小厚度应从以下3个方面考虑:
1)减小预应力束筋锚固的局部应力
为了满足预应力束筋管道通过及锚固的需要,一般的设计经验为:(1)腹板内无预应力束筋管道布置时可采用200mm;(2)腹板内有预应力束筋管道布置时可采用250mm~300mm;(3)腹板内有预应力束筋锚固头时则采用350mm。
2)混凝土浇注施工质量要保证
在施工中,一定要保证混凝土浇注施工质量。箱梁腹板的箍筋直径一般采用12mm~16mm,其最小保护层厚度不小于20mm,若考虑在腹板内放置沿梁纵向预应力束管道及普通钢筋,以及浇注混凝土骨料粒径和插人式振捣棒直径60mm。
3)满足截面抵抗剪应力的要求
2.2 顶板、底板
箱形截面的顶板和底板主要承受的是箱梁的正负弯矩。在悬臂施工方法中,靠近桥墩的箱梁截面的下缘将承受很大的压应力,因此箱形截面的底板必须有足够大的承压面积,才能满足结构强度的要求。箱形截面的顶板和底板除承受自身荷载外,还承受一定的施工荷载和使用阶段的汽车局部荷载的作用。因此,设计规范规定箱形截面梁顶板与腹板相连处应设置承托;底板与腹板相连处应设倒角,必要时也可设置承托。箱形截面的顶板和底板的中部厚度不应小于板净跨径的l/30,且不应小于200mm。
为了适应受压要求,连续箱梁的底板厚度要随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶处。况且为了符合运营阶段的受压要求,箱梁根部底板还应让截面中性轴降低,提高截面承受负弯矩的承载能力。所以箱梁根部底板厚度一般设计为墩顶梁高的l/10~1/12。一般,底板内设置预应力筋的需要决定了预应力混凝土箱梁跨中或悬臂端底板的厚度。对于预应力混凝土连续梁跨中底板,板内需配制一定数量的预应力束筋与普通钢筋,此时底板厚度一般在200mm~250mm。顶板厚度主要取决于板净跨径。
2.3 承托
在桥梁工程实践中往往会在顶板与腹板交接处设置承托。设置承托有五个方面的原因:其一是设置承托会使应力线过渡比较平缓,减小了应力集中;其二是在构造上利用承托所提供的空间来布置纵向预应力筋和横向预应力筋,可减薄底板和顶板的厚度;其三是提高了截面的抗扭刚度和抗弯刚度,减少了扭转剪应力和畸变应力;其四是在交接处设置承托便于脱模施工;其五是当顶板与腹板节点的刚度加大后,可以吸收负弯矩,从而减少了桥面顶板的跨中正弯矩。
设置承托有竖向和水平之分,即竖向加腋和水平加腋。竖向加腋的设置可加大腹板的刚度,对腹板受力有利,使腹板剪应力控制截面下移,错开了横向弯曲应力高峰,并有利于竖弯束的布置,但使预应力束的合力位置降低。而水平加腋的设置对腹板受力和弯束布置不利,但对纵向布置有利,且加大了预应力合力的偏心。
3 结论
现代桥梁的设计水平越来越高,桥梁设计者要本着经济、安全、适用、美观的原则进行,既要保障经济上的可行性又要保证行人和车辆的安全通行,以及满足将来交通量的预计增长。
参考文献