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关键词:桥梁;抗震;延性;基于性能;减隔震
Abstract: earthquake disasters not only caused a large number of casualties, a large amount of ground buildings and facilities damage and collapse, also seriously disrupting traffic, as the lifeline engineering, railway viaduct bridge, highway bridge, city is very big damage, to the subsequent rescue work has caused great difficulties, therefore completes the bridge seismic design is of great significance. At first, this paper sums up the main form of bridge structure earthquake damage, and then introduces the bridge design train of thought, and then discusses the main points of the bridge seismic design in detail, finally, the vibration isolation design made a brief description.
Key words: Bridges; Earthquake; Ductility; Based on performance; Reduce isolation
中图分类号:U452.2+8文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1桥梁结构地震破坏的主要形式
1.1 弯曲破坏
结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂,结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述:①当弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,受拉侧的纵筋达到屈服强度;③随着变形量的增大,混凝土保护层脱落、塑性变形范围扩大;④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。
1.2 剪切破坏
剪切破坏是桥梁在水平地震荷载作用下,当结构受到的剪切力超过截面剪切强度时发生剪切破坏,整个破坏过程也可以用四个阶段来描述:①截面弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,柱内出现斜方向的剪切裂缝;③局部剪切裂缝增大,箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长;④发生脆性的剪切破坏。
1.3 落梁破坏
当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大,支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。
1.4 支座破坏
上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构,当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言,支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩,避免桥梁发生破坏。
桥梁抗震设计的思路
2.1 延性设计思路
结合桥梁结构弹塑性破坏的特点,一些学者提出了基于反应谱的延性抗震设计思路。该方法采用地震力修正系数调整反应谱加速度或弹性分析的地震内力,来反映不同结构的延性需求。如美国AASHTO桥梁设计规范就针对桥墩、基础、支座等构件,采用不同的地震反应修正系数R对弹性地震力进行折减,得到设计地震力。
2.2 基于性能的抗震设计思路
基于性能的抗震设计实际上是一总体设计思想,主要指结构在受到不同水平地震(不同概率地震)作用下的性能达到一组预期的性能目标。基于性能的抗震设计是使设计出的结构在指定强度地震下的破损状态及其造成的经济损失、人员伤亡等控制在预期的目标范围内,使结构震后的功能得以延续和维持。
基于性能的抗震设计的特点是使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,将抗震设计由以保障人们生命安全为基本目标转化为不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标,从而通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命财产安全, 满足业主所需的结构性能目标。
基于性能的抗震设计内容主要包括: 1)科学的定义和确定地震危险性;2) 确定结构在不同水平地震作用下损伤状态、性能水平和性能指标;3) 设计方法,主要包括承载力设计方法、位移设计方法和能量设计方法等。
2.3基于强度的设计方法
早期的抗震设计基本采用基于强度的抗震设计方法,将地震力当作静荷载进行结构分析,以结构构件的强度或刚度是否达到特定的极限状态作为结构失效的准则。且该方法是目前许多抗震设计规范仍采用的设计方法。
桥梁抗震设计的措施
3.1上部结构抗震设计措施
1、尽量采用连续桥跨
尽量采用连续的桥跨代替简支梁跨,进而减少伸缩缝的数量,降低在此落梁的可能性,同时也提高了桥上行车的舒适性。
桥跨不宜太长
地震区桥跨不宜太长,大跨度意味着墩柱承受的轴向力过大,从而降低墩柱的延性能力。
简支桥梁加固措施
对常规的简支桥梁结构,首先,应加强桥面的连续构造,在梁与梁之间、梁与桥台之间应采用钢筋拉杆连接,以及需提供足够的加固宽度以防止主梁发生位移落梁,另外还应适当加宽盖梁及支座的宽度,并增设防止位移的隔挡装置等。其次,应采用防震锚栓,在平常荷载作用下梁体可以在预留的空间内伸缩变形,自由滑动;在地震荷载作用下,防震锚栓可起到限位耗能的作用,减耗部分地震能量。
3.2下部结构抗震设计
1、基础处理
对于不良地质,可以根据不同的具体地质情况采用不同的方法进行处理。
(1)对于岩层较浅的地方,采用较大扩基或固定在基岩上,或者在扩基处砌筑厚度为1.5~2m的围裙。
(2)对于地基软硬不均,或砂层较厚地下水位较高地区要特别注意沙土液化,喷沙冒水现象的发生,可适当增加桥长。
(3)合理布孔,使桥墩、桥台避开地震时可能发生滑动的岸坡或地形突变的不稳定地段。或采用深桩、排桩穿过液化层,并采用系梁、承台等加强联结,或减轻结构自重,在非冲测线下一米处,设置围裙或条形基础。
(4)加大基础摹底面积、减少基底偏心,并适当增加理置深度,亦可在台前或墩两侧设斜撑,并在考虑采用时,将水平地震力和竖向地震力加以组合验算,换土或采用砂桩也是一种常用的方法。
2、桥墩设计
(1)对于震区的桥墩,最好采用等截面,不宜做锥形截面墩,因为变截面的桥墩的纵波应力较大,而等截面桥墩的纵波应力相对较小,这样可以减少波应力。
(2)在桥墩较粗能够承受较大拉力时(一般用于大桥),为了防止桥面在地震时上抛,落下砸坏桥墩(桥台),一般用高强螺栓或预理钢筋将桥梁及桥墩(台)联结起来。
(3)对于中小桥,一般采用简支板(或预应力板),它允许桥面与桥墩能够自由分开。地震时,为了防止桥面自由上抛时挢墩承受过大的拉力,同时,为了防防止桥面落下时冲坏桥墩,在支座处安放弹簧或橡胶支座等缓冲的东西。
3.3 桥梁支座的抗震设计
1、对采用橡胶支座而无固定支座的桥跨,应加设防移角钢或设挡轨,作为支座的抗震设计。
2、对高烈度区的桥梁设计应在纵向设置一定的消能装置,如采用聚四氟乙烯支座、迭层橡胶支座、铅芯橡胶支座等减、隔震支座以及在梁体与墩台的连接处增加结构的柔性和阻尼,以便共同受力和减小水平桥梁荷载的作用。
3、由于拱桥对支座水平位移十分敏感,同时两边桥台的非同步激振会引起较大的伪静力反应,有时甚至会大于惯性力所引起的动力反应,因此要求震区的拱桥墩台基础务必设置于整体岩盘或同一类型的场址上,以保证地震时各支座的同步激振。
4 桥梁的减隔震设计
4.1减隔震装置
1、滑动摩擦型减隔震支座
滑动摩擦型支座利用不锈钢与聚四氟乙烯材料之间相当低的滑动摩擦系数制成,也称为聚四氟乙烯滑板支座。这种支座具有摩擦系数小,水平伸缩位移大的优点,作为桥梁活动支座十分适宜。在地震作用下,滑动摩擦型支座允许上部结构在摩擦面上发生滑动,从而将上部结构能够传递到下部结构的最大地震力限制为支座的最大摩擦,同时通过摩擦消耗大量的地震能量。这类支座的缺点是没有自复位能力,用作隔震支座时,支座响应的可预测性和可靠性都不尽如人意,所以常与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用。
滑动摩擦型减隔震支座示意图
2、分层橡胶支座
分层橡胶支座,国内常称为板式橡胶支座。由薄橡胶片与薄钢板相互交替结合而成,支座平面形状多采用圆形或矩形。在抗震设计中主要考虑分层橡胶支座的水平刚度和阻尼作用等因素。橡胶支座的水平剪切刚度, 指上、下板面产生单位位移时所需施加的水平剪力。橡胶支座通过在变形过程中消耗能量提供阻尼,这种阻尼主要取决于橡胶层变形的速度。以天然橡胶为主要材料制作的支座,典型的阻尼比为5%~10%。分层橡胶支座的力位移滞回曲线呈狭长形,所提供的阻尼较小,因而在减隔震桥梁设计中,常与阻尼器一起使用。
分层橡胶支座示意图
4.2 减隔震装置的选择
桥梁的减隔震系统应满足如下三个基本功能:
1、具备一定的柔度,用来延长结构周期,降低地震力。
2、通过阻尼、耗能装置等对地震力进行耗散,并将支承面处的相对变形控制在设计允许的范围内。
3、具备一定的刚度和屈服力,在正常使用荷载下结构不发生屈服和有害振动。
5 结语
综上,桥梁抗震设计是一项系统工程,体现在设计的各个阶段,需要认真对待。有效提高桥梁抗震性能,需要了解震害的类型以及桥梁所在地的地震发生情况,在这个基础之上,注意一些设计要点。遵循桥梁抗震设计基本原则,把桥梁结构的每一个部分有机结合在一起,形成一个强大的抗震整体,这样才能保证桥梁的抗震性能。
参考文献
[1]徐日雄.浅谈桥梁抗震设计[J].科技情报开发与经济,2010.1.
ShangJianRong
(yuyao traffic design institute, zhejiang yuyao 315400)
Abstract: with the national economic and social development, especially for the requirements of the present linear bridge is more strict, due to the limitations, use more curve Bridges and ramp Bridges. These Bridges linear change multiterminal, the structure stress is more complex, especially small radius of the curved girder Bridges, except under bending moment, shear outside, still have a large torque and warp double torque role. In construction operation will be a lot of problems, causes of problems is various, some in the continuous beam curve inside the cavity support; Some curve beam to the whole body curve radial lateral; Some pier beam consolidation in pillar top (and bridge bottom cohesion place) produce ring crack and endanger the level of normal use bridge phenomenon. But on the whole belong to explore and design process in inadequate understanding and has not yet know mistakes. So small radius of the curved girder Bridges design more and cause the attention of people, it is imperative to China's current relevant technical standards and design calculation theory needs further research and perfect. This paper based on a railway across the bridge across the design, showing small radius curve of the box girder design essentials.
Key word: small radius curve bridge; Key points of the design; Box girder; Overpass;
1 project summary
In order to adapt to the railway departments "fully enclosed, QuanLiJiao" requirement, removed the original PingJiaoDaoKou and in the original crossing position with a new across the west on the overpass, by the horizontal alignment restrictions, across the bridge, on the 25 m + 36 m + 36 m + 25 m prestressed concrete continuous curved box.
2 design standards
The project USES of which issued by the highway engineering technical standards (JTG B01-2003) stipulated in the standard for the design of highway 4 (road width 8 meters), design speed using 40 km/h, automobile loading for highway-which Ⅱ level, structure system ± 22 degrees temperature, temperature gradient of asphalt pavement with reference to 10 cm parameters.
3 the design parameters
3.1 box girder structure
Upper structure of the bridge for SiKua a prestressed concrete continuous box girder curve, located in the circular curve and gentle curve, the minimum for 80 meters curve radius. Points across arrangement for: 25 m + 36 m + 36 m + 25 m = 122 m. For single box girder single room box girder, high beam in the first cross from 1.4 m to 2.0 m gradient, and in the third cross by 2.0 m gradient for 1.4 m; For 1/17 of the composite beam high. Roof wide and 8.0 m, 4.0 m wide floor, wing box cantilever 2.0 m, minus 50 cm thick, top. The top 20 cm thick. In the fulcrum set every beam, the every beam breadth 2.0 m, and the horizontal every beam breadth 1.0 m. (box girder in figure a cross-section of the cross)
3.2 prestressed tendon layout
The prestressed girder one-way system. The longitudinal prestressed low relaxation USES high strength steel strand (12-7 ф 5 and 7-7 ф 5), steel beam are end tension. (box girder of prestressed steel beam across arrangement (see figure 1)
3.3 bearing arrangement
Because this bridge curve radius, structure under load bending-torsional coupling obviously, structure torque is bigger. To minimize torque, in all the pier are set up double bearing. (bearing arrangement and opinion graph 2)
3.4 the reinforced set collapse
Small radius of the curved girder Bridges along the longitudinal prestressing tendons box linear change and redesign of plane curve decorate level curve, prestressing tendons on concrete produce larger radial force, it except for the two between adjacent prestressed concrete produce effect of local pressure outside, still gets to force within the beam of box girder of concrete arc between the produce collapse effect, so the radial force to the stress of the redesign of box girder is very harmful. In order to solve this problem, in the steel beam is decorated, between two prestressing tendons with 14 cm between the thickness of concrete box girder with 18 cm of the redesign of concrete protective layer thickness to resist the elastic lateral collapse, and in the collapse in the redesign of steel. (the collapse of reinforced figure 3 opinion)
The midspan cross-section of the box
(figure 1)
Bearing arrangement schemes
(figure 2)
The steel collapse diagram
(figure 3)
4 design key points of the
4.1 small radius of the curved girder Bridges structure form and linear beam bridge have some similarities, but because it is curve beam bridge, the structure stress different characteristics, structure and corresponding processing in the more features.
4.2 because of the curved girder Bridges than the straight line of complex loading bridge, the structure of the bending, fight and performance requirements above the line of the girder bridge with span length, so the good entirety, fight and rigidity of continuous casting in situ box girder bridge is better.
4.3 small radius of the curved girder Bridges in 1/18 of the composite beam tall, is more economy. In special circumstances also should not be less than 1/22 of the models.
4.4 because concrete's shrinkage and creep of many factors involved, each project of concrete materials, gradation is endless and same, be very accurate calculate shrinkage of concrete creep, to small radius of the curved girder Bridges function more difficult. Therefore, in design small radius curve beam bridge, had better use common reinforced concrete structure. For prestressed concrete curve beam bridge, longitudinal prestressed low relaxation USES high strength steel strand, but steel beam are rarely more than 12-7 ф 5, compressive stress should be less than 12 MPa, tensile stress less than 1 MPa, as A kind of prestressed component can.
4.5 with general linear compared to the bridge, the curve of roof and floor, box girder bridge and the longitudinal force reinforced, redesign of horizontal reinforcing steel bar, steel reinforcement, horizontal distribution are to consider the full bridge calculation and the needs of the structure, and appropriate to strengthen.
4.6 in prestressed concrete curve of setting the steel bridge collapse. (the collapse of reinforced figure 3 opinion).
4.7 in supporting form, small radius of the curved girder Bridges usually three decorate a form: (1) all the support and resistance. (2) set ends wrest resistant bearing, a fulcrum hinge support among single. (3) set ends wrest resistant bearing, among both single fulcrum hinge support, and supporting wrest resistant hybrid supporting, the lower pier column when matching.
For many cross small radius of continuous girder bridge for curve, all for supporting and wrest resistant to point hinge support among, both in load bending moment and shear value difference is very small, and the change of the curvature of the values of the bending moment on only 1% ~ 2%; , but to the influence of the torque, with the increase of the curvature and increase. When the YuanXinJiao across more than 30 degrees, a single fulcrum hinge support among the torque control values than all of the torque and for supporting the spawn-control score about 15% bigger. In the middle of a single column alone fulcrum curve in the continuous beam, the upper structure of torque can't through the middle with single protection handing to base, and only by the curve on both ends of the bridge set wrest resistant bearing to deliver. In this case the whole length of the continuous beam is turned become span, which we often say torque transfer function. Necessarily causes curve on both ends of the bridge wrest resistant excessive torque in supporting produced, causing the curve of the girder ends the void bearings, so, when necessary, to cross the bridge should be more than two fulcrum in the middle pier set wrest resistant bearing.
If in the middle pier point supported the lateral direction to curve the eccentric certain value, can adjust the curve of the girder bridge LiangTiHeng load torque distribution, effectively reduce both ends of the load bearing wrest resistant constant torque values. But the measure to reduce the influence of live load torque small, this is due to live load torque caused the car in partial load was occupied very big one part.
4.8 when necessary the pillar top stops in setting of the LiangGu answered the pier or to limit the beam of the curved girder Bridges body radial displacement.
5 summary
5.1 small radius of the curved girder Bridges design calculation is more complex, its temperature effect, prestressed effect, live load are different extent of loading in a straight line of the calculation of the bridge. But through the high accuracy of the finite element analytical calculation, we can accurately grasp its mechanical behaviour of the structure. According to the different characteristics of the stress of the beam in a straight line, design with corresponding measures, is to be able to design a more reliable and economy is applicable the curve of the bridge.
5.2 small radius actual use of the curved girder Bridges design double column pier wrest resistant to provide support, but with the pier column by default bearing eccentric adjust torque is main distribution. The economic and reasonable measures in the city flyovers extensively, especially the design of the ramp curve is widely used. But the pier column in partial load often easy to produce the bearings under void and beam body tilt to the safety hidden trouble, so the designer should such a structure bridge for partial load conditions space finite element analysis, to ensure the safety of the structure, and on this basis to take necessary measures of the structure.
References:
[1] bridge engineering (man) development and people's press, FanLi traffic.
[2] bridge at structure performance (JNJ E.C. han the).
[3] concrete bending beam bridge shao up, XiaGan editor people's traffic press.
关键词:桥梁;设计;要点;措施
中图分类号: S611 文献标识码: A 文章编号:
1公路桥梁设计的要点
1.1上部结构设计
桥梁上部结构主要采用钢筋混凝土板、预制先张预应力混凝土空心板(宽幅空心板,标准底板宽 1.5m)、后张预应力混凝土 T 型梁、后张预应力混凝土装配式箱梁,现浇钢筋混凝土连续箱梁(板)、预应力混凝土连续箱梁(板)等结构。主线和立交匝道上 3 孔以上且桥长大于40m 的大中桥,当采用 T 梁或小箱梁结构时,应考虑采用先简支后结构连续的上部结构。
当采用预制先张预应力混凝土空心板的上部结构时,桥面连续是很好的方法。通常空心板的板翼宽度最大值必须低于 75cm,如果桥梁的宽度变大,而板翼需要与之配合,即可考虑超过75cm,不过配筋数要增多,尤其在板翼连接处以及外侧箍筋处,相应的,桥梁宽度值变大也会导致板增多,选择从外到里的方式布置板块,以外侧为对齐标准,必须使用加宽空心板,要约束板子的宽度差在20cm以内,桥梁宽度的变化最好不以变动铰缝宽的形式变动。采用连续梁时,梁高:等截面连续箱梁L/15~L/25;变截面连续箱梁为中墩支点 L/15~L/25,跨中或边支点 L/25~L/40;同时考虑箱梁内模板的构造要求,连续箱梁的最小梁高不低于1.3m。边中跨跨径比:等截面连续箱梁取用 0.7~1.0;变截面连续箱梁取用0.6~0.8。连续箱梁翼缘悬臂长度一般不宜大于3m,其中超过 2.5m 时应设置横向预应力钢筋;悬臂翼缘板尺寸通常不小于3m的,要根据有限元的方法来分析板的力的分布状况,特别考虑板子下缘处的各种配筋比例,箱梁翼缘悬臂端的厚度不应小于 140mm,一般情况下采用180mm。箱梁翼缘悬臂根部厚度可取 1/5~1/7 的悬臂长度。连续箱梁顶、底板厚度:这两项的厚度和板跨径的比例应超过 1:30,总厚度值需要大于 200mm,另外,在尺寸的设计上,要考虑到符合众多一般钢筋以及预应力钢筋及其保护层得到规定,在通过计算,没有钢束作为材料的情况下,需要低于 25cm。箱梁边支点横梁厚度一般取0.8~1.2m,中支点横梁的厚度需根据是否独柱墩单支座、支座的具置计算确定,应不小于1.2m,并应满足相应构造要求。预应力连续梁箱梁端横隔梁的端部 20cm 范围内的横梁钢筋主筋直径不得超过16mm,以避免与锚槽开口冲突。当横梁的跨高比不大于5.0 时,应按照深受弯构件进行计算,有条件时应优先参照美国AASHTO 规范,采用撑杆系杆模型计算,不得设置斜筋。
小桥通道上部结构采用现浇实心板。横桥向板端设翼缘,翼缘长度按设置挡块后台帽不伸出路基宽度控制。6m 跨径板高 0.45m,8m 跨径板高 0.55m。小桥通道如果桥台高度超过 6米,可设计成暗桥,暗桥上部采用C30 混凝土现浇板。
2下部结构
2.1 桥墩
柱式墩身上置盖梁的框架式体系是普通桥梁结构通常采用的结构形式。桥墩的类型有多种,当桥梁斜交角度≥30°时,采用3 柱式桥墩;桥梁斜交角度≤30度时,采用双柱式桥墩。通常考虑桥梁外观设计的要求,使与周围环节相协调,不使用盖梁。
2.2 桥台
最常使用的桥台为重力式U 台,适用于填土范围4-10m;山区桥梁使用重力式U 台时,应根据地形,减小开挖,合理分台阶以节约圬工量。其他桥台形式还有肋板台、桩柱式台等。
2.3 基础
墩台位置如果在平原地区,或者坡度不大的地方,要根据实际地质来确定是否使用桩基,一般桩基是最好的手段,在起伏较大的山区,地面不够平坦,坡度较大的桥墩的地方,要选择桩基,适当选择桩柱式以及挖孔桩和肋板相配合的方式,使挖掘面积减少,不过对水平方向坡度不够,而纵坡明显的桥梁来说,重力式的桥墩有更好的效果,想在斜坡上进行基础的增大需要注意上层覆盖程度与应力扩散角的关联影响,桩基础大都选择柱状以及嵌岩桩,若地质水平不够优越,可选择摩擦桩,桩基础无论怎样受力,通常都是以钻孔桩以及挖孔桩的形式成型。挖孔桩成本不是很高,不过实际是否可以利用挖孔桩,还要根据具体地质条件来看,如果桩长过关,而遭遇软地,流沙地面的几率较大,则很容易局部塌陷,如果地下水的高度较大,内部有可燃气体或有害气体,也最好不用挖孔桩。
3加强公路桥梁设计的建议
3.1加强对结构耐久性问题的重视程度
桥梁在建筑以及使用的过程中,一定会受到有害物质以及环境等方面的侵蚀和损坏,同时,桥梁还要承受车辆、超载、地震、风雨以及其他一些外来因素的作用,而且桥梁材料随着其他一些外来因素的作用,而且桥梁材料随着其使用年限的增多,自身的性能等也在不断的退化,也会使桥梁结构受到不同程度的损伤。修建了很多的余啦桥,虽然到目前为止还没有出现较多的桥梁损坏以及倒塌的例子,但是却有很多桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前对其进行更换,这不仅仅影响了其使用年限,更是对国家造成了一定的经济损失。而这些问题的出现,大多数都与桥梁的设计中没有进行合理的耐久性考虑和设计有直接关系,这也使得人们提高了对桥梁耐久性问题的考虑和重视。大量的桥梁损害案例也说明了除了与桥梁施工质量以及材料质量有直接关系以外,还包括设计中存在的缺陷对桥梁结构的耐久性造成的影响。
3.2加强新建桥梁的检查验收工作
新建桥梁在竣工后要对现场施工质量进行重点监控,尤其是一些关键项目的检测极为重要。例如,墩台的设计、桥梁结构的固有频率、混凝土的强度等,要将这些作为技术资料存人到竣工档案,来为今后的桥梁检测提供一些可靠的数据。对于那些设计等级偏低的桥梁及一些由不具备设计资质的单位、个人设计的桥梁应进行全面的资料搜集,并对这些桥梁进行检测,以确保交通运输安全。
3.3加强对疲劳损伤的研究
疲劳损伤是钢铁设计中的核心问题,自从桥梁设计人员将对疲劳损伤的研究进人混凝土结构之后,钢材开裂的情况明显减少了。结构荷载引起的,如果宏观裂缝不能得到有效的控制,就极有可能引起材料、结构的断裂。加强对疲劳损伤的研究,可以对桥梁结构中的某些关键部位的疲劳失效及桥梁整体结构起到重要的作用。
3.4加强公路桥梁养护管理工作
公路桥梁的养护要贯彻“预防为主,防治结合,’的原则,尤其是对于旧桥的检测评定工作要高度重视,桥梁检测人员应进行专门的桥梁检测技术培训,对桥梁结构进行恰当的检测评定,发现问题应及时解决。在对旧桥梁进行加固和改造时,要选择那些技术装备齐全的施工队伍进行,确保工程顺利进行。近几年的桥梁养护管理工作基本停留在疏通泄水管、建立技术档案、修复损坏的栏杆
3.5学习国外的先进技术和经验
我国的桥梁设计中存在了一些问题。主要是结构开裂、使用性能差、耐久性差等,这些问题必然与国内的管理水平及施工质量的高低有关。但是目前的这种状况不是短期内就能解决的。因此,工程设计人员应该正视这一问题前提,在充分考虑现阶段的施工水平和管理水平的同时,还耍借鉴国外的宝贵经验和成果。采用适当的安全度,研究结构在使用过程中所表现出来的服务性能桥梁存在的耐久性和安全性的问题不断地寻找到新的设计理念和方法.这对于我国来桥梁工程事业来说是具有.很好的启示作用的。
4结束语
我国建设速度突飞猛进,尤其在扩大内部需求,提升经济效益方面,我国建设了更多的高速公路,而桥梁构造是建设工作中花销很大的一个部分,一些处于山地的部分,桥梁占比例的1/2 左右。因此,要完成一条公路的设计,对桥梁部分的处理是绝不能忽视的。
参考文献:
[1] 湖南省交通规划勘察设计院.吉茶高速公路桥梁总体设计思路,2010
[2] 广西壮族自治区交通基建管理局 .隆林-百色高速公路桥梁设计探讨,2008.
关键词:道路桥梁;设计;方案
Abstract: In recent years, with the rapid development of economy in China, the rapid increase of level of science and technology, the construction of domestic transportation system becomes more frequently. Under the condition of road and bridge construction continues to expand the scale, structure is more complex at the same time. The engineering safety problem has become a topic of common concern. To conform to the development trend of city traffic and meets the needs of people of bridge construction, it is necessary to strengthen the design of bridge construction, bridge design is the bridge safety, construction of the whole bridge plays a vital role in the. In this paper, it discuss the feasibility on road and bridge design are analyzed, and the design of road and bridge.
Keywords: Road and bridge; design; scheme;
中图分类号:[TU997]文献标识码:A 文章编号:
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,进而提高整个道路交通建设项目的安全。
1 道路桥梁设计方案的选择
道路桥梁设计方案的选择是其设计的前提和基础,因此若想在设计中达到预期的使用目的,方案的选择首要也是重要的。道路桥梁设计方案涉及的因素较多,其相互促进又相互制约,所以如何在这纷杂的系统中寻找一个平衡,进而选择一个最优化的方案是承建单位工作的重点。
1.1 设计方案选择要素
一般在道路桥梁设计方案的选择上,决策往往会从设计方案的经济性、技术性以及适用性考虑。(1)经济性,即设计方案体现出的工程成本,工程工期要求等,比如若某项道路建设需要 2 年,决策者就会考虑这 2 年内各种施工材料的市场行情变动等;(2)技术性,即方案中的设计能否在具体施工中得以实现,尤其是方案中设计新技术情况时,更是决策者主要审核的地方;(3)适用性,首先其是否符合国家相关法律法规的要求,同时建成之后能否对区域经济进行有益的促进。比如,若考虑不当,没有正确估计当地经济发展的后劲,进而导致道路或桥梁应用不久便超负荷运转,因此埋下不安全因素。
1.2 设计方案选择方法
设计方案涉及的因素过多,选择上难度很大,那么如何在形式各样的方案中选择最适合的。笔者建议决策者使用层次分析法与模糊综合评判理论相结合方法进行方案选择。
(1)在充分分析工程特点以及实际需求的基础上,将复杂的决策问题按照重要程度逐层分解,并将其影响工程的程度以及彼此间相互影响的关系抽象出来,并在不同层次予以组合,进而形成层次分明、各影响因素直观的方案选择模型;(2)基于成型的多层次模型,结合相应的工程案例以及实际工程的需要,进行筛选。这种层次型方案选择方法不但可以全面地比较设计方案的优劣,而且较为客观和科学,消除了主观意识选择的盲目性和片面性,进而极大提高了方案选择的水平。
2 道路桥梁设计的关键
在选择道路桥梁设计方案之后,就要对设计方案的关键问题进行具体分析,其主要内容包括两方面,一是道路桥梁的质量,即道路桥梁的坚固性和耐久性;另一方面是道路桥梁的美观性。
2.1 道路桥梁设计中的质量问题
确保道路桥梁设计中出现质量问题,首先应对各施工阶段实施有效的监管,尤其是各种材料质量是否符合标准应严格把关,在此基础上开展工作。
2.1.1 道路桥梁设计的加固性
①地基的加固,即应在项目施工之前,对施工地点进行详细的地质勘查,然后根据地质状况以及施工需求,结合实际做出较科学和合理的设计图,尤其应注重地基易发生不均匀沉降的区域,并在设计中明确针对性地处理措施。
②裂缝的加固,即对路桥面的设计应严格把关,在具体的施工中,设计应要求施工所用车辆的载重,以免因为过度碾压而出现裂缝。另外,针对已经出现的裂缝,要联合公司管理层,查出导致裂缝产生的真正原因,进而实施相应的修补。
③伸缩缝的加固,比如梁端头局部破损的情况,应在设计时给予特殊的重视,在保证施工用料的质量以及施工方法的正确性的基础上,结合当地的气象天气针对性地设计符合实际的伸缩缝结构。
2.1.2 道路桥梁设计的耐久性
目前,我国道路和桥梁设计中,对于路桥耐久性设计并没有实际的效果,只存在概念性范畴,这不但是一些道路桥梁工程出现事故的主要原因之一,而且从综合经济的角度看,其也是十分不合理的。
从对当前反映的道路桥梁耐久性差来看,其主要表现在水泥选用不合理,混凝土配合比不对,维护保养不当以及预应力施加不合理等现象。
由此可见,施工质量以及施工质量管理是导致道路桥梁耐久度无法达到预期目标的重要原因,因此,为了能使道路桥梁达到预期的使用寿命,必须严格监控施工质量。虽然,这些缺陷在短期不会对道路和桥梁造成明显影响,但是从长期来看,其后果是非常严重的。因此,各施工队有必要设置专业的质量监督部门。
影响道路桥梁耐久度的因素很多,比如,结构整体性和延性不足,冗余性小;计算图式和受力路线不明确,以至于局部受力过大;混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄⋯⋯这些都是降低道路桥梁结构耐久性降低的因素,严重影响了其安全性。因此,在设计上应在满足经济合理、结构可行的基础上,保证材料质量合格、保证施工操作规范、保证结构整体协调统一,进而使道路桥梁实现长久安全。
2.1.3 道路桥梁设计的美观性
目前,中国道路桥梁建设已经日趋成熟,各种高难度作业工艺技术已经获得突破,与此同时,随着投资方对工程审美要求的不断提高,施工公司在保证质量的前提下,亦开始追求道路桥梁的美观性。对于道路桥梁的美观性一般工程公司都会参照周围建筑的建筑风格,力图融入整个建筑的大环境的前提下,成为新的标志性建筑。当然,在追求道路桥梁美观的同时,切不可以影响质量为代价,因小失大。
3 道路桥梁设计应考虑维护的可行性
从道路桥梁的关键指标加固性和耐久性来看,道路桥梁设计离不开施工的质量管理,尤其应重视桥梁和道路的维修养护工作,因为路桥面的铺装层是车辆的直接碾压和受力部位,长期的碾压下极易引起路桥面出现损坏。
美国道路业曾做过关于高速公路的相关性实验,结果证明一条新修的、质量合格的高速公路,其使用功能会在其寿命达到 75% 时下降 4 成,若此时不能及时对高速公路路面进行相应的养护,那么公路剩下的寿命时间即会再次下降 4成,直至彻底失去使用功能。比如一条高速公路的使用寿命是40年,那么第 30 年,其寿命便达到了 75 %,路况功能性便下降了 40%,如此就大大增加了公路维修成本,甚至造成不得不重建的尴尬局面。而若此时或在道路建设之初即采取合理的预防性维护,那么就会大大增加道路的使用寿命,经济上更能为后期维护省下几倍的金钱。
对于道路桥梁的维护工作,可采取相应的措施,比如严格控制过往车辆的载重,坚决制止超载现象。另外,应以桥梁结构予以重点维护,进行定期的维护和保养,并进行有效的监督,对于已经出现的裂缝应及时采取措施。比如,对已建好的伸缩缝,应进行严格管理和保养,并加强日常的养护工作,实施定期的检查,若在伸缩缝中发现有杂物应及时予以清理。
良好的道路桥梁维护保养工作,不但可以延长道路桥梁的使用寿命,而且保证了道路桥梁质量一直良好,同时大大降低了道路桥梁建设和养护成本。
4 总结
道路桥梁设计是道路桥梁延长其使用寿命的重要保证,针对当前我国经济的高速发展,对于承建方而言,应努力钻研道路桥梁的施工质量,做好质量监督工作,并进行科学的、定期的道路桥梁防护保养工作,如此才能让道路桥梁更好地体现其使用价值,为我国经济建设的快速发展提供助力。
参考文献:
[1]刘子魁.我国道路桥梁设计中关键问题探讨[J]新课程改革与实践,2011(14)
[2]黄军.我国道路桥梁设计中关键问题探讨[J]大观周刊,2011(6)
[3]齐心.杨海涛.关于道路桥梁设计隐患问题的几点研究[J]价值工程,2012,31(6)
关键词:桥梁;简支;连续;设计;施工要点
中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
当前,先简支后连续结构被广泛应用于中小型桥梁中。该桥梁主要采用简支与连续的技术原理。简支与连续双重结构设计在很大程度上形成互补,避免了单一技术的弊端。
先简支后连续桥梁概述与力学原理分析
近年来,我国的高速公路建设需求量很大,桥梁建造数量也在不断增加,尤其是多孔中等跨径25米到40米的桥梁。这就对桥梁的施工工艺与设计结构提出了新的要求。
1.1先简支后连续桥梁概述
高速公路桥梁一般比较注重连续技术与伸缩缝最少原则。传统高速公路上的桥梁多采用简支桥梁,这种桥梁利用力学原理具有简易且受力均匀的特点,所以在早期的桥梁建设中广泛应用。但是它也具有一个不容忽视的缺点,即桥面容易开裂、连续性不足。
当前,为了有效改革桥梁建造技术,避免桥梁连续性不足的问题,桥梁设计师将简支与连续结构相结合进而设计出了先简支后连续桥梁结构。该桥梁结构在引入简支与连续技术的基础上有效的避免了桥梁容易断裂的情况。简支与连续结构的结合贯穿于墩顶湿接缝浇筑混凝土、张拉压浆、体系转换顺序等工序中,将各工序环环相扣,在几年来的公路建造中广泛应用。
先简支后连续桥梁结构具有美观、经济、安全等特点。其优点具体说来有:施工技术简易,工程施工周期较短,成本较低;结构刚度大、稳定性强、不易变形且伸缩缝少;施工中主要应用吊车施工,张拉预应力钢束施工环节简单便捷。
1.2结构力学原理
先简支后连续桥梁中主要应用力学原理。先简支后连续桥梁的建造首先进行简支桥梁规模施工,后利用湿接缝连接相邻跨径的桥梁,使各梁块连续起来。这时的桥梁是简支体系,这种状态下的梁体受自重力作用。然后再连接梁端预留钢筋,后用混凝土进行湿接缝浇筑,浇筑完成后有吊车张拉负弯矩预应力钢束。吊车操作完成后安装永久支座并进行桥面铺设。此时作业下的桥梁是连续型桥梁,具有二期恒载作用,投入使用后会以连续状态承受桥体自重及活载。相对于简支梁,先简支后连续桥梁结构有效的减少了自重、活载及二期恒载所引起的跨中正弯矩力。
工程完工后的三个月以内属于工程徐变、静定结构体系阶段。这个阶段主要完成简支拼装、预置张拉直到最后形成连续状态。这个时间段内桥体内部不存在徐变此内力。形成连续体系后的后期恒载会产生一定的徐变次内力,而且这种徐变此内力要小的多。
在当前软件普及应用的时代,桥梁施工中也包含软件的参与。设计人员可以引用软件建立先简支后连续梁桥各阶段的结构模型,模型的作用是通过模型验证桥梁墩位的受力承载能力。并利用模型通过施加相应负载,计算出每一施工环节施工作业对桥体产生的作用力及其内部的内力。借助力的模拟计算可以在施工作业中不断改进施工工艺,以求建造高质量的桥梁。
二、简支连续桥梁的设计与施工要点
2.1施工工序
先简支后连续桥梁的施工工序主要包括:临时制作与永久性支座的安装、T梁架设、支座钢板的焊接、安装连接缝钢筋与墩梁固结钢筋、墩顶桥面板混凝土浇筑、墩顶负弯矩预应力钢束张拉与压浆作业、支座拆除以完成体系转换。
2.2主要环节的施工要点分析
经过以上介绍,我们了解了先简支后连续桥梁结构并不复杂。其施工要点主要包含在墩顶混凝土湿接缝浇筑、张拉负弯矩钢束安装、体系转换设计等环节。该桥梁的技术控制要在支座设计、钢筋焊接、主梁预置等各方面严格把关。
首先材料的选择与支座设计方面,先简支后连续桥梁施工中需要进行二次张拉。而临时支座的作用就是保证二次张拉作业的施工。而永久性支座的作用更大。所以在选择支座材质的时候要严格检验。支座的材质一般选择钢材或者木材,并且要预先进行材质的抗压能力。同时先简支后连续梁桥在连续墩处和伸缩缝处对支座的处理是不同的。连续墩处支座下需要设一定高度的支座垫石,支座需要GYZ规格的支座,且安装时不能出现倾斜;伸缩缝处则主要采用GJZF4或GYZF4规格的支座。永久性安装支座时一般要基于厚度大于5cm的混凝土垫层上。而临时支座则是在接缝浇筑的混凝土强度达到35MPa时拆除。为不影响永久性支座的承压效能,需要在施工过程中应该予以表面保护。
其次是钢筋的放置及焊接方面,钢筋放置要严格波纹管定位并且需要一定的措施来保证波纹管不在施工中发生移位。钢铁焊接可以采用搭接焊接与绑条焊接。一般的钢铁焊接还有长度限制。此外主梁的钢束张拉作业完成后也要进行钢筋电焊连接。一般主梁接头处要浇筑一定强度的混凝土,浇筑完成后要进行顶板张拉钢束。
预制主梁方面,先简支后连续桥梁比普通主梁复杂。预制主梁时,顶板负弯矩钢束博文观的预埋要位置准确,并且主梁的抗压能力要强,防止浇筑混凝土时波纹管发生变形,影响穿束工作。桥梁梁板架设环节也有相应的工艺要点。梁板架设要在现浇阶段与预制梁板阶段之间进行。板梁安装时要严格波纹管的安装,波纹管的中心要与板梁板孔对准,且将对准的误差保持在2-3mm之间。
混凝土湿接缝浇筑环节必须按设计文件严格洗个把关。横向的湿接缝浇筑作业时长最好不超过三个月。该作业可以采用吊车与模板施工。模板的材质一般是钢铁,具有足够的钢度与强度,以免在施工过程中发生脱模。此外模板使用过程中,要对混凝土进行质量控制,保证在模板中的混凝土不会湿度下降。混凝土浇筑要分层进行,第一层与第二层浇筑工作之间在施工缝处要预置一层水泥净浆,以提高接缝的抗拉与抗弯水平。混凝土浇筑和振捣与预制主梁顶板浇筑同样要求,宜采用平板振捣器与插入棒配合的方式,并保证设计厚度。
二次张拉预留槽设计是先简支后连续梁桥工程施工的重要环节。它是先简支后连续桥梁的梁板预制中区别于其他桥梁工程的地方。预留槽设计,一般情况下需要预留六个预留槽,其中中跨榀梁需要预留四个预留槽。
结语:
先简支后连续桥梁设计是为了保证桥面的连续质量。同时在施工环节中注意简支与连续结构的施工要点,严格控制施工工艺并适时进行设计调整才能设计建造出合格的桥梁。
参考文献:
[1]傅东阳,房贞政.高等级公路桥梁先简支后连续结构体系研究[J].福州大学学报(自然科学版),2010(2)