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桥梁主要是在道路遇到河流、深沟等障碍时发挥跨越障碍、连接道路的作用,是确保道路通畅的重要基础设施。简支桥梁作为应用时间较早、应用范围较广的一种桥梁类型,具有桥梁结构受力明确以及施工简便等诸多优点,而加强对简支桥梁主要结构、基本要求以及设计要点的分析和研究,对提高简支桥梁设计和建设质量有着重要意义。
1简支桥梁的主要结构
1.1桥梁上部结构
简支桥梁的上部结构(图1所示)主要是指桥跨结构,其作用一方面是跨越河流、山谷等各种障碍,另一方面则是直接承受行车等桥梁荷载的结构,并通过桥梁支座等结构将承受的荷载传递到桥梁下部结构,从而确保简支桥梁在相关标准和规定范围内能够安全、正常运行。
1.2桥梁下部结构
桥梁下部结构的组成部分主要包括桥墩、桥台和桥梁基础等结构。桥墩和桥台的作用一方面是支撑桥跨结构,另一方面还负责将桥跨结构承受荷载向下传导,其中,桥台结构主要是设置在桥梁的两端,除了需要支撑桥跨结构以外,还起到连接道路与桥梁的作用,而桥墩结构主要是布置在桥台结构的中间以及桥跨结构下方,桥墩结构的数量可以根据现场实际情况进行合理规划,在条件允许的情况下甚至可以不设置桥墩结构。桥梁基础结构主要是桥梁墩台下端连接的结构,是简支桥梁最为关键的结构之一,也是工艺最为复杂、施工难度最大的桥梁结构之一,基础结构的建设质量直接关系到桥梁墩台的稳定性以及桥梁运行的安全性。
1.3桥梁支座结构
桥梁支座结构是设置在桥梁墩台与桥跨之间的区域,一方面起到连接桥跨与桥梁墩台的作用,另一方面则是满足桥跨的正常位移和转动需要。除了以上这些桥梁结构以外,简支桥梁还包含伸缩缝、桥头搭板以及导流结构等组成部分,而这些桥梁附属设施的作用主要是进一步提升简支桥梁的运行安全性和稳定性。
2简支桥梁设计的基本要求
2.1桥梁使用方面的要求
桥梁的承载能力是桥梁使用方面的基本及核心要求之一,不仅需要根据行车以及行人流量的预估数值合理规划桥面宽度,并考虑到桥梁通行安全性以及桥面排水能力,还需要对一段时间内桥梁车流量的增长情况进行分析和考量,如果简支桥梁设置在河流上,还需要综合考量到河道通行的需要。
2.2桥梁设计方面的要求
桥梁设计方面的要求,一方面是在设计过程中尽量使用先进的设计理念和设计方法,从而最大程度的确保简支桥梁的施工安全性以及运行稳定性,另一方面,在施工材料、施工设备以及施工工艺的选择方面,也应尽量使用新材料和先进、成熟的技术工艺,确保桥梁各个结构的生产能够达到相应的标准和要求,并保证简支桥梁建设进度和建设质量能够达到预期标准,实现简支桥梁经济效益和社会效益的提升。
2.3经济方面的要求
简支桥梁设计过程中所要考量的经济方面的要求,其一,是指要重视并加强桥梁工程建设的经济性,比如,通过合理利用施工现场地形特点、优化桥梁设计方案以及尽量在施工现场附近获取原材料等措施,最大限度的降低桥梁工程的总造价。其二,还需要考虑到桥梁工程施工过程中可能对周围环境以及交通带来的影响,一方面应降低桥梁工程施工造成的生态环境污染以及噪音污染,从而减少施工完成后的环境恢复支出费用,这不仅需要考量到施工工艺选择以及施工方案设计等多个方面,还需要建立科学、完善的自然生态环境监测体系以及保护方案;另一方面则需要通过规划针对性的应对和处理方案,尽量减小桥梁工程施工对周围交通带来的影响和阻碍。
2.4美观方面的要求
随着人们经济水平以及生活质量的提升,对美的事物有了更高的追求,所以,简支桥梁设计过程中也应考量到美观因素,这并不意味着设计人员需要对桥梁外观进行奢华的装饰或夸张的设计,很多时候越是简单、淳朴的事物,越容易让人们体验到美的感受。对于桥梁而言,美观性一方面体现在桥梁与周围环境的融合,从而让人们感受到特殊的韵律感、秩序感以及和谐感;另一方面主要是通过对材料的合理选择以及对色彩的合理搭配,给予人们简洁、清爽以及稳固等视觉感受,但是,无论如何追求桥梁的美观性,都应在满足桥梁功能需要、通行安全性需要以及运行稳定性需要的基础上开展。
3简支桥梁设计的要点分析
3.1桥梁设计计算环节
计算环节是简支桥梁设计的关键环节,对桥梁设计的科学性以及可行性有着重要影响。首先,需要根据桥梁使用需求以及现场实际情况,了解简支梁的受力情况(图4所示)对桥梁各结构的尺寸等数据进行假设。其次,相关技术人员需要根据假设的桥梁各结构尺寸,对桥梁行车道板、主梁、桥梁支座以及桥梁基础等结构的刚度以及稳定性进行分析和计算,从而通过计算结果反向分析假设的桥梁结构尺寸是否科学、合理,如果未通过验证,则需要对桥梁结构假设数据进行调整或重新拟定,然后再次进行计算和分析,直至桥梁各结构假设数据通过验证。
3.2简支桥梁设计错误容易出现的缺陷
简支桥梁表层缺陷包括蜂窝、空洞、表层脱落等几种,其一,桥梁表层蜂窝缺陷,可能是由于桥梁设计存在钢筋布置过密或者混凝土原材料中的粗骨料粒径过大而导致的;其二,桥梁空洞缺陷,其产生原因可能是由于桥梁设计中选用的钢筋不合理,或者在桥梁施工过程中存在混凝土振捣工作不充分以及存在漏浆等情况时,也会导致桥梁表层存在空洞缺陷。其次,裂缝也是简支桥梁较为常见的结构缺陷,包括桥梁部位经常出现的网状裂缝、下缘受拉区裂缝、腹板竖向裂缝以及斜向裂缝等,大致可分为温度引发的裂缝以及荷载引发的裂缝。其产生原因:其一,可能是由于混凝土配合比设计存在不足,其二,可能是在桥梁设计过程中对桥梁结构受力分析结果与实际受力存在较大差异,从而导致桥梁结构的安全系数较低。第三,伸缩缝也是因简支桥梁设计错误而出现的常见缺陷之一,主要包括钢板伸缩缝、橡胶伸缩缝以及弹性体伸缩缝等几种,而引发伸缩缝缺陷的设计错误因素,一方面可能是由于桥梁设计方案中桥面板端的刚度不足,以及伸缩缝装置刚度或锚固构件的强度不足而导致的,另一方面可能是由于桥梁设计过程中相关技术人员对伸缩量的计算存在较大误差,或者对于后浇筑填料的选择方面存在不合理之处,这些桥梁设计错误都有可能导致简支桥梁出现伸缩缝缺陷,并对桥梁的整体安全性和稳定性带来极大影响。图2为简支梁伸缩缝施工。
3.3重视并加强简支桥梁抗震设计工作的开展
抗震设计水平对简支桥梁通行安全性以及运行稳定性有着重要影响,而地震设计烈度的变化以及地质类型的不同不仅会使工程造价出现较大的波动,也会对桥梁抗震设计难度带来一定的影响,所以,简支桥梁建设地点应尽量避免选在易液化土层区域,而且,连续梁桥就抗震性能而言是要优于简支梁桥的,但具体选用那种类型的梁桥,还需要从工程整体层面和实际需要进行考量,本文主要对简支桥梁的抗震设计进行简单阐述。简支桥梁震害表现可以大致分为三个部分,其一,桥梁上部结构震害表现,主要包括梁结构的错位和滑落,但梁结构本身出现损害的几率较小,也有可能出现桥梁支座上的锚固结构出现剪断等现象,以及桥梁上部结构出现混凝土开裂或剥落等情况。其二,桥梁下部结构震害表现,主要体现在桥墩柱体出现弯曲、残缺等破损现象,或者桥梁的下部各连结结构出现断裂等损坏。其三,桥梁墩台基础结构震害表现,主要包括墩台基础结构出现位移、下沉等情况,而这些情况都会对桥梁墩台以及桥梁上部结构带来极大的影响或破坏,比如,梁结构错位、滑落以及桥墩柱体弯曲等问题都可能因墩台基础的震害表现而发生。在开始桥梁抗震设计之前,不仅需要地质勘探团队对施工现场地质情况进行全面、细致的勘察,还需要对当地历年来的地震发生频率以及震级等资料进行收集和分析,从而为简支桥梁抗震设计工作提供详细、可靠、全面的参考数据。在桥梁抗震设计过程中,相关设计人员不仅需要合理选用计算模式对纵桥向、横向以及竖向地震作用进行计算,设计人员还应通过结构设计优化等途径,提高简支桥梁的抗震性能,比如,对桥梁各处的连接结构进行适当增强,并加强桥梁结构的整体性,同时,对桥梁支座结构设计进行调整和改进,最大限度的避免梁结构滑落情况的发生,而墩台基础结构的优化,是桥梁抗震设计的关键环节之一,因为桥梁结构的破坏程度往往会因墩台基础的震害问题而扩大,这就需要综合考量施工现场地质情况、桥梁总荷载需要以及抗震需要等方面,对墩台基础结构(如图3所示)进行科学设计以及适当加强,从而提高简支桥梁的整体抗震性能。
3.4简支桥梁设计应重视桥梁结构体系的完善
随着城市建设步伐的深入,部分桥梁设计人员为了迎合城市整体设计以及市场的需要,往往过于追求桥梁设计的美观性和景观效果,不仅在一定程度上提升了桥梁工程的建设成本以及建设难度,还会对桥梁结构的安全性产生一定的影响。所以,桥梁设计人员应重视桥梁结构体系的科学与完善,应在确保桥梁结构设计安全性以及耐久性的基础上,对桥梁结构的布局及其细节之处进行合理调整和改动,除此之外,桥梁设计人员还应考量到桥梁正式运行后的检修维护需求,从整体角度对桥梁结构进行规划和设计,尽量避免对桥梁投入运行后的检修和维护工作产生严重影响及阻碍,从而最大限度的减少简支桥梁设计的质量和安全隐患。
3.5简支梁设计需重视设计管理工作
从上述内容可以看出,简支梁目前已经成为了一项较为常见的结构,简支梁设计至关重要。所以在简支梁设计过程中,还需要重视设计管理,具体应做好以下几个方面:首先做好设计准备工作。设计人员应做好设计前的准备工作,建议设计人员应到现场进行实地勘察,了解所在区域环境灯。其次在具体的简支梁设计过程中,设计人员还应综合考虑其它因素,具体包括公路功能、抗洪防灾要求、通行能力等,对简支梁进行综合设计,保证简支梁选线合理,合理跨径,既要满足通航规划要求,还要满足桥梁的美观性要求。对于大桥桥位,原则上应与河道保持垂直,或者使得大桥能够直接跨越河道,对于简支梁桥,为了避免影响影响简支梁桥的美观性,桥墩数量设置应适宜,避免过密。对于中桥乔位,原则应根据桥梁路线总方向进行设计,遵循经济性原则,尽量不与河流进行斜交,如果出现桥梁斜交,那么应严格控制角度,一般不大于30度。对于小桥涵的桥位,原则上同样要按照总路线走向进行设计,如果在具体的设计过程中,发现会不利于施工的地质水文条件,也不允许随便改变路线,需要采取适宜的措施,加以解决。小桥涵跨径应科学、合理的设置,应满足河道泄洪的要求,因此需要根据实际情况而定。
结语
总而言之,随着国民经济的飞速发展,对交通系统的需求以及要求在不断提升,桥梁作为交通系统的重要组成部分,其设计水平和建设质量逐渐受到了社会各界越来越多的关注和重视,而加强对简支桥梁设计要点的研究,并促进简支桥梁设计水平的提升,不仅有助于实现桥梁工程建设工作的顺利开展,对我国交通行业的健康发展也有着积极的推动作用。
参考文献
[1]刘伟,赵伟,唐章翔.简支大跨钢-混组合梁桥设计[J].城市道桥与防洪,2019(10):46-49+10.
关键词:互通区;小半径曲线桥梁;设计方法
我国各城市人口及车辆呈逐年上升趋势,这对城市出行交通造成了极大的压力。在交通量集中的交叉路口设置互通式立体交叉,是减缓交通拥堵的有效方法。受到互通区规模的限制以及定向匝道设计要求等,小半径曲线桥成为一种普遍存在的结构形式。
1、什么是互通区小半径曲线桥梁
所谓的互通区小半径曲线桥梁主要指的是桥梁互通区域内桥平面线呈某一种曲线形状的桥梁。一般从桥梁的平面线形来看,互通区小半径曲线桥梁大多数位于桥梁曲线的圆点之上,而少部分桥梁也会位于缓和曲线上。另外,互通区小半径曲线桥梁一般分为扇形曲线桥梁与斜交曲线桥梁两种。但由于斜交曲线桥梁设计施工工艺较复杂,因此目前国内城市建设中多数采用扇形曲线桥梁设计方案。
2、互通区小半径曲线桥梁的设计原则
一般来说,无论是城市中哪种桥梁的设计,都必须首先考虑桥梁所能承载的车流量负荷,而对于互通区小半径曲线桥梁设计,更应该将对车流量的承载能力作为首要的考虑条件以及桥梁设计的基本原则。
首先,在设计中要求互通区小半径曲线桥梁的设计与车流量、车速及区域环境因素相匹配。例如:对地理环境及地下水质等条件相对较好的区域,在设计时就可以适当地提高要求,从而使车辆通行时能够提高车速。而对于地质环境及其它因素较差的区域,则要适当地降低要求。另外,与车辆行驶速度快慢的直接关系因素在于匝道的形式和立交桥的形式,因此在设计中要根据区域车辆行驶的环境因素进行考虑。例如:如果在设计中采用定向连接设计或半定向连接设计时,则车速可以高一些。而在设计中采用环形匝道设计时,则外环道的车速可以高一些,而内环道的车速则要低一些。
其次,在互通区小半径曲线桥梁的匝道交通量的设计中,要充分考虑到城市未来建设的发展能力以及交通量的增长来进行分析。同时,匝道交通量的设计还应该根据交通工程学的设计原理,对互通区桥梁地理位置进行调查、取证、分析,并建立初步的桥梁设计模型,以便更加准确地计算出未来桥梁使用年限内对平均交通量的承载能力。
最后,对于互通区小半径曲线桥梁的设计中要充分考虑到通行能力与公路技术、交通环境、交通管制因素等。并且桥梁匝道外的车辆承载能力直接受车道数量、交织路段长度、匝道口与主线或被交线连接处的能行能力等因素影响。因此在互通区小半径曲线桥梁设计时必须要对各类因素进行综合性的分析及计算,保证互通区小半径曲线桥梁设计的合理性。
3、互通区小半径曲线桥梁设计方法
互通区小半径曲线桥梁设计是满足市政建设及车流量顺利通行的基础,因此在设计时必须遵照一定的设计方法。
3.1、混凝箱梁的控制设计
互通区小半径桥梁一般采用20m以下的配跨设计,上部结构通常为混凝土现浇箱梁。在整个小半径曲线桥梁设计中,依照桥梁设计主体的规划需求,对桥梁的混凝土箱梁实行控制设计是十分必要的。为了保证桥梁设计时混凝土箱梁控制设计得到有效的应用,就必须首先对其桥梁的支座模式进行优化和设计,从而保证整个设计的合理性。例如:支座形式及设计如果达不到要求或是不合理的情况下,在外界温度上升时,支座的摩擦约束力及重力作用会直接导致整个桥梁体的移位,甚至会因移位幅度较大而发生桥梁倒塌事故。另外,如果在设计中桥梁墩座的形式和支座设计不合理,则会导致桥梁因长时间受力造成过早破坏的现象,从而引起桥梁整个墩座的裂痕,造成不必要的损失。因此可以说,小半径曲线桥梁混凝土箱梁的控制设计是负载作用下桥梁承重能力的重要保障。
3.2、主梁扭转控制的设计方法
对于互通区小半径曲线桥梁中的主梁扭转控制设计中,首先要认清曲线桥梁设计与直线桥梁设计之间所存在的巨大差异。通常在直线桥梁设计中,由于其受到的主梁自重影响较大,且时受到预应力钢束的制约,从而使主梁扭转变形的扭矩在一定程度上能够得到很好的控制。而对于曲线桥梁的主梁设计而言,由于受到与其相关的各种因素影响,在主梁扭转变形的环节中对扭矩无法实现很好的控制,进而影响桥梁工程的施工。随着桥梁建设事业的发展以及对曲线桥梁设计的不断分析与研究,在主梁扭转控制中应采用梁端部支柱横向受力的设计方法,并且根据曲线桥梁设计中的特殊性采用相应的对策,进而全方位提升互通区小半径曲线桥梁的承载能力。
3.3、受力系统的设计方法
在互通区小半径曲线桥梁设计中,受力系统的设计是十分重要的。曲线桥梁各种受力作用的设计是保障整个桥梁设计优化,提高桥梁整体结构深化应用的基础条件。首先,在设计中通过对曲线桥梁扭转刚度的控制来保证桥梁变形状态稳定性及受力状态的优化,并且通过对桥梁扭转刚度的控制不保证其对抗弯曲刚度的控制,进而保证受力系统优化设计的有效进行。另外,在受力系统设计中,配筋设计环节的优化是尤为重要的。它主要是通过对受力钢筋以及抗扭曲钢筋的有效利用来实现对曲线桥梁截面的主拉预应力的控制,进而保证桥梁受力系统的均匀性。
3.4、桥梁系统优化设计方法
在互通区小半径曲线桥梁的设计中,要实现对车流量负载的有效控制,从而一方面可以满足车辆通行需求,另一方面可以满足城市经济建设发展的需求。另外,在桥梁系统优化设计中,要根据交通工程学的设计原理,对车流量的平均负载进行计算,并制定出有效控制的方案。同时,在桥梁系统设计中,要充分利用通信系统,进而实现对交通运行条件、技术条件及管理条件的优化。最后,在桥梁系统优化设计算计中,要对桥梁系统进行综合的测试及评定,从而实现桥梁系统中各环节的统一协调。
结语:综上所述,互通区小半径曲线桥梁的设计对提高的城市车辆通行能力以及桥梁承载能力都是十分重要的保证。因此,在对互通区小半径曲线桥梁进行设计时,要根据其具体的设计要求以及其它相关联的因素进行设计方法的分析及制定,以最大限度保证曲线桥梁设计的实效性。
参考文献
[1]冯兴奎.试论互通区小半径曲线桥梁设计[J].《科技致富向导》, 2011(03).
【关键词】桥梁设计;安全性;改进措施;结构
经济建设的不断发展与完善,推动了交通建设行业的发展,人们在不断提高经济效益的同时,更加关注桥梁建设的质量,尤其是近年来,随着道路桥梁建设“安全事故”的不断发生,使我国对于桥梁建设规范性的标准又有了新的认识,并不同程度上调整了桥梁建设结构的标准,针对桥梁建设涉及到的各要素也规定了新的要求及标准。真正意义上从客观实际出发,力求在保障施工进度的同时,完善施工质量,保证桥梁的耐久性以及结构性都完全符合国家的标准要求,针对其特殊工艺可以采用特别的施工标准,从整体布局出发,充分考虑桥梁结构建设的周边环境,影响因素,将一切可控因素都做详细的调查分析,作为桥梁设计者要不断的提高专业知识的学习,实战经验,在设计中从客观实际出发,绝对不能天马行空,肆意想象,这样设计出来的桥梁结构不单不能运行于实际的施工中,更加会影响桥梁建设的工期,最终耗费大量的人力、物力、财力。
1 我国道路桥梁设计的状况
现如今经济的发展带动着生活水平的不断提高,对于道路桥梁建设质量也有了新的认识与了解,对于建筑桥梁建设者而言,更是一种全新的挑战。如何在道路桥梁设计中不断提高其设计的实际能力就成为了当今道路桥梁设计重点解决的问题之一。与此同时,对于道路桥梁使用的材料、施工工艺及桥梁的抗耐压力也提出了更加严格的标准与要求,此外,在进行桥梁设计的同时还要考虑到实际建设过程中的外在环境,充分将设计原理运用到实际的道路桥梁施工中,要从客观实际出发,只有这样桥梁道路设计才有了它的实际意义。各个学科的不断渗透,道路桥梁设计也有了新的规范和标准要求,所以对于道路桥梁施工人员要不断的加以培训,提高他们对专业知识的学习与掌握,不断引进新的思想和技术手段,加强其桥梁设计创新以全面适应时代社会发展的需要。因此,科学合理的桥梁结构设计不仅仅要满足桥梁设计的规范要求,还要将桥梁设计与实践相结合,丰富设计人员的实践经验与在施工中的设计手段,更好的促进桥梁建设的发展。
2 影响桥梁设计安全性的因素
2.1 结构体系设计不合理
结构体系设计作为桥梁设计的重要组成部分,在整个桥梁建设中起着决定性的作用。结构设计的好与坏,相关规范设计参数,可靠性性能指标都必须在规定的范围内进行结构体系设计,但在结构设计的同时还要注重结构材料的质量以及使用性能,外部结构构成等要素,这也是决定结构耐久性的主要因素,可在实际设计中,设计人员却往往忽略这方面的构成要素,有的甚至是由于人为的设计因素,最终导致结构设计的不合理,所以在进行结构设计的同时,必须将图纸进行严格的审查,保证设计过程中的每一个细节都能在图纸上有所体现,当发现问题时要给予一定的解决,绝对不能因局部压力过大而产生结构体系质量问题的出现。
2.2 结构构造的体系和设计理论还不够完善
在桥梁的设计领域,尤其是有关桥梁设计与使用期的安全性问题依然存在很多需要改善的地方。一般来说,桥梁的结构设计最主要的任务就是选择一个经济化、合理化的方案,然后就是结构构件与分析和连接设计,并必须采用规范规定的可靠性指标和安全系数来保证桥梁结构安全性。
然而,许多桥梁设计人员仅仅只保证规范对桥梁结构的强度在计算上满足安全度的需要,却不重视从结构构造、结构体系、结构维护、结构耐久性、结构材料以及从设计与施工到使用的整个过程里出现的例如人为错误这些方面来保证和加强桥梁结构的安全。在桥梁设计过程中,某些计算图式与受力路线不太明确,从而造成了桥梁的局部受力大;某些混凝土的强度等级太低、钢筋直径太细、构件截面太薄、保护层的厚度过小;某些结构的整体性与延性不足、冗余性太小;这些问题都大大的削弱了桥梁结构的耐久性,从而严重地影响了结构安全性。目前存在大量的桥梁在设计规范上满足了强度的要求,但是却只用了不到十年就由于耐久性存在问题而影响了桥梁的结构安全。桥梁结构的耐久性是在桥梁设计中最实在,最需要解决的安全问题,因而要在设计时从构造、材料各个角度来采取一系列措施达到加强结构耐久性的目的。
不一样的环境与使用条件、不一样的设计对象在结构体系上都会有不一样的布局与构造的要求。因而规范无论多么具体也不能罗列全部的本来应该由桥梁设计人员去解决的各式各样的问题,而且规范也无论如何都无法适应新认识、新材料、新技术高速发展的条件下对桥梁的结构上提出的新的其它要求。所以,既合理又可靠的桥梁结构设计不但应该符合规范的要求,还应该要求桥梁的设计者对桥梁结构本性有丰富的经验、正确的认识和十分准确的判断。
3 桥梁设计应重视的问题
3.1 必须更加重视桥梁结构耐久性
一直以来,设计者都偏重结构的计算方法有关的研究,却缺乏对总体的构造与细节的处理方面该有的关注。然而桥梁的结构耐久性设计和常规的桥梁结构设计区别很大,所以目前还要努力把对结构耐久性从定性分析向定量分析发展。
3.2 要重视桥梁超载的问题
一方面,桥梁的超载可能会引发一些疲劳问题;另一方面,因为超载而造成的对桥梁内部的损伤是不能恢复的,这会让桥梁工作状态在正常的荷载下也会发生变化,从而危害桥梁的耐久性和安全性。所以不仅交管部门需要加强管理外,我们也需对由于超载而引起的后果进行相关研究、分析。
3.3 设计时要考虑到公路桥梁超载问题
公路桥梁超载现象可以说是普遍存在的,一方面可能因为桥梁使用时间长,本身强度下降,致使承载能力下降;另一方面则是设计者在设计时低估了当地的交通环境,致使公路桥梁在使用时严重超载,与原设计相差甚远。公路桥梁一旦超载使用,将会产生严重的难以修复的内部损伤,即使严格控制了公路桥梁承载量,桥梁内部发生的变化也是难以恢复的。如用混凝土制造的公路桥梁在一段时间内的超载后会发生开裂现象,在限定车流量、对裂缝进行修复后,桥梁内部的损坏也已经减小了弯矩,致使桥梁强度发生降低,事实上公路桥梁的承载量已经降低了。
3.4 做好调查研究内容
为了增加公路桥梁的安全性和耐久性,设计单位在拿到指标后,应立即组织队伍对当地的地质环境、人文环境等进行考察,得到所建公路桥梁的资料,设计出符合桥梁要求的参数和方案,对路线比较长的公路桥梁,一定要高度重视桥梁的耐久性,用更科学、更具有实用性的方法做出设计方案。
4 结束语
公路桥梁的设计存在问题会严重影响人身安全与财产安全,因此对公路桥梁的设计一定要予以重视,尤其是设计者一定要把在施工过程及投入使用后可能出现的状况考虑完全,设计出更具有使用性能的公路桥梁,严格要求施工人员使用符合标准的建筑材料,为促进公路桥梁建筑工程的可持续发展提供保障。
参考文献:
[1]郭艳玲,于英梅.我国桥梁设计中存在的具体问题分析[J].中国科技博览,2010(17).
关键词:公路桥梁设计;设计要点;主要问题;思考
我国公路工程建设规模的发展不断壮大,各种公路工程施工任务渐渐增多,人们对公路桥涵结构的标准化技术研究和设计的热情也日益高涨,继而公路桥梁工程的建设也显得越来越重要。公路桥梁的设计好坏直接关系到桥梁的安全性和耐久性在公路桥梁设计研究地过程中出现地各自为政、以我为标的局面不仅造成了大量的人力资源浪费,也给公路桥梁的系统性养护管理造成了困难,所以亟待解决。
1 公路桥梁设计要点
1.1 桥梁设计与环境配合
尤其要注意在山区桥梁的建设中与环境的配合,随着桥梁桩基础的桩基的成孔技术和手段越来越为丰富,工程成本越来越小,工程质量越来越高,在公路桥梁的广泛应用,特别是在强度高且并不透水的地质条件下,挖孔桩已被广泛应用,因此梁式桥梁选择基础方案时慎用扩大基础。
1.2 对高速公路桥梁设计的一般要求
对于大跨径桥梁,采用预应力混凝土连续梁,在桥位基本确定本着因地制宜,设计师应在综合比较的基础上结合桥梁周边地质等因素选桥型方案。应严格遵循的主要原则是在满足桥梁使用功能要求下力求,桥梁造型新颖合理,特别要注重墩高与桥跨的周围整体景观相互协调;桥梁设计在满足造价预算的前提下应尽量满足结构整体性好的桥型;尽量做到应选用技术成熟结构,标准化施工,快速简便的桥型方案,保证桥梁早日顺利投入使用。
1.3 高速公路桥梁上部设计的基本原则
从上部和下部设计两方面进行上部设计,应注重合理构造和设计。主线桥梁单孔跨径的桥梁,一般可采用预应力混凝土结构;其余跨径的桥梁宜采普通钢筋混凝土结构。单孔跨径以下宜采用其他连续结构,对于跨河桥梁尽量采用先简支后连续结构,对于山区内中支架现浇难度较大的问题等跨径的大桥,因受现浇难度非常大,也宜采用预制结构。
1.4 桥梁下部结构设计
下部结构应能满足上部结构对支撑力的要求,同时在外形上要做到与上部结构相互协调、布置均匀。
1.5 设计应考虑的一些细节问题
高速公路桥梁设计除了应遵循的一般性要求和基本原则外,还具有与一般桥梁设计的差异之处,设计中为避免在施工和运营阶段,应强调支座安放必须水平,防止主梁沿支座产生不可恢复位移,施工应保证支座要水平放置。
2 现行公路桥梁设计存在的主要问题
2.1 方案设计的不合理性
在桥梁设计领域关于桥梁施工和使用期安全性的问题存在不少需要改进的地方,许多结构设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足,冗余性小;有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大;这些都削弱了结构耐久性,会严重影响结构的安全性。
2.2 公路桥梁工程设计水平较低
国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌,已使工程界对桥梁安全极为重视,大家一般会认为事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。
2.3 设计理论不够完善
结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。目前国内的设计可视为静态的设计,它只定义了设计建成时刻结构具有的工作能力和性能,只考虑了建造成本,却忽视了营运期的维护成本和与使用寿命相对应的成本效益。
2.4 设计人员对结构设计缺乏充足的经验
不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求,不少桥梁虽然满足了设计规范的强度要求,仅用了五年到十年的时间就因为耐久性出了问题影响结构安全,结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。因此这就还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
3 对公路桥梁设计的思考
3.1 桥梁安全性、耐久性差的主要原因
桥梁的安全性和耐久性是桥梁设计者永远追求不变的宗旨。所谓安全性是指结构防止破坏倒塌的能力,主要体现在结构构件承载能力和结构的整体牢固性上。耐久性是指结构抵抗外界环境、有害化学物质侵蚀的能力。近些年来,国内发生不少桥梁倒塌的严重事故,很多事故是因为设计不规范或施工不注意质量控制造成的。
3.2 提高安全性,耐久性的措施
从思想上强化责任,要求,建立、完善公路桥梁设计责任体系,落实安全生产责任机制,强化责任意识,层层落实责任,确保桥梁设计责任到岗、责任到人,按属地管理原则加强安全监管,敦促公路桥梁的建设、改造、养护等相关单位履行好企业主体职责,确保桥梁安全。重视汽车超载问题,在设计过程中,科学使用材料:钢筋混凝土的质量和合理使用对桥梁的安全性具有极其重要的作用。提高对桥梁结构耐久性设计的重视程度,只有切实提高对桥梁耐久性设计的重视,才能有效避免此类现象的发生,并且有效提高桥梁的使用寿命。重视桥梁疲劳损伤问题的研究,应积极借鉴欧美等先进国家的做法:我们的工程设计人员应该博采众长,取长补短,积极借鉴国外的经验和成果,避免走弯路,从而提高我国公路桥梁建设的成效,使之可以跨入一个新的台阶。
4 结语
展望我国公路建没的前景将是一片繁荣,因而桥梁新建、改建、加固的任务依然很重。而桥梁设计需要设计人员具有丰富的理论知识,并且尽量避免主观经验因素对设计的影响,桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题,应积极借鉴国外成功的经验和做法。设计人员应当坚持技术创新和可持续发展,总结经验,正视不足之处,并能认真解决公路桥梁建设中所存在的问题,除了注重设计建成时具有的工作能力和性能外,还应该更为重视营运期的维护成本与使用寿命相对应的成本效益,并且加强从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。在设计过程中,还要善于结合工程实际分析问题、解决问题,根据场区的地质状况以及桩基本身的各项指标,运用合理的计算分析手段,准确地确定桩基承载力,以达到经济、安全的设计效果。
关键词:公路桥梁;设计;安全性;耐久性
中图分类号:X734文献标识码: A
公路桥梁设计中的结构安全性和耐久性已经成为公路桥梁设计中急需解决的问题,因此要加强对公路桥梁设计中的结构安全性和耐久性的研究,以求能够提高公路桥梁设计中的结构安全性和耐久性。
一、关于公路桥梁设计中安全性和耐久性存在的问题分析
1.公路桥梁设计不合理
(1)需要承认的是,在公里桥梁的设计中,我国桥梁设计人员仍有很多需要改进的地方。部分设计人员缺乏实践经历,他们虽然有一些理论知识,但考虑问题时不够全面,设计的公路桥梁不够科学或者缺乏实用性。很多公路桥梁的设计人员虽然普遍都比较重视公路桥梁结构强度的安全性,但往往忽略了公路桥梁设计的合理性。这些设计上的问题使得公路桥梁的安全性与耐久性在源头上的安全就得不到保障,自然会对后期的施工建设及使用带来较为严重的影响。
(2)多数公路桥梁设计人员在设计桥梁时,基本是根据理论(如有关规定的强度指标等)来计算确定结构强度,很少考虑或根本就不考虑公路桥梁在实施过程中所用材料、施工方法等因素对公路桥梁安全性和耐久性造成的影响。有些设计人员在设计时不考虑公路桥梁的安全性和耐久性,盲目地增加公路桥梁的强度,缺乏公路桥梁整体设计的意识。还有一些设计人员很少考虑到桥梁在使用过程中的受力路线,致使桥梁从一开始就有很大的安全隐患;选用的混凝土强度与公路桥梁设计的强度不符合,或者是保护层厚度薄等因素使得桥梁在使用时安全
性和耐久性都得不到保证。
2.施工管理水平较低。当前公路桥梁突然损坏和坍塌问题已经备受社会的关注,从实际的事故来看,主要的原因是由于施工过程以及管理过程中的腐败、野蛮施工等造成的,而那些突发性的公路桥梁损坏和坍塌事故主要是由于施工的质量与设计的标准之间存在较大差异造成的,施工过程中各种偷工减料、以次充好的现象以及施工材料和工艺没有达到相关要求等问题,是对公路桥梁安全性和耐久性造成影响的主要因素。很多公路桥梁无法达到设计的使用寿命,有的甚至在建成后的短时间内就出现严重的质量问题,这与施工质量有着非常紧密的联系,比方说钢筋的保护层不足,施工中使用的水泥、混凝土配合比、振捣、养护等存在不当的问题,虽然对公路桥梁的短期使用不会造成太大的影响,但是对公路桥梁的耐久性会造成深远的影响。
二、关于提高公路桥梁设计中安全性和耐久性的措施分析
1.加强完善公路桥梁设计理念,提高公路桥梁使用寿命。为了满足公路桥梁的发展需要,我国公路桥梁设计理念,已经开始从单纯的满足承载能力要求逐渐向满足使用寿命和承载能力两方面的需要方向努力,与国际工程设计理论接轨。要加大公路桥梁使用寿命就要从结构设计研究出发,提高公路桥梁设计新理念,提高设计人员职业道德素质和设计水平。虽然我国公路桥梁设计使用年限已经要求是五十年,有些高速公路是一百年,具有较高质量要求的桥梁设计是一百五十年,但这些都只是一个简单的数字,缺乏使用可靠的检测模拟证明,综合考虑设计、施工、运行中的各项影响性因素,做到公路桥梁质量事前控制,确保公路桥梁的耐久性符合使用要求。
2.重视公路桥梁耐久性设计方案。在公路桥梁建造和使用过程中,由于受到外界环境的侵害,承受车辆频繁作用,风荷载、地震作用、超载严重、疲劳破坏以及各种人为因素等外在因素的破坏作用,同时再加上公路桥梁本身材料腐蚀、疲劳以及设计、施工过程中没有按照严格的标准进行,虽然说迄今为止我国出现公路桥梁严重损害的事故较少,但已经出现一些由于耐久性问题,严重影响了正常使用,造成了重大经济损失,这些工程问题和公路桥梁合理的耐久性设计息息相关,也给人们耐久性问题敲响了警钟。大量工程事故事例证明:耐久性设计也和施工、材料一样对公路桥梁的能否满足使用要求起着决定性作用,综合考虑结构布局和构造细节,应用灰色分析法使公路桥梁设计从定性分析向定量分析发展,加强公路设计、施工、运行中的检查与维护,以确保公路桥梁的安全使用性和耐久性满足要求,使公路桥梁获得更大的经济效益。
3.加强重视公路桥梁结构的疲劳损伤的研究。公路桥梁结构经常承受反复车辆荷载、风荷载、地震作用以及人为因素的反复作用,致使公路桥梁内部结构产生累积性应力变化,抗疲劳性能下降,引起结构累积疲劳损伤破坏,再加上公路桥梁材料的不均匀性和非连续性,在循环荷载作用下逐渐形成宏观裂纹,而导致结构脆性破坏。因此结构疲劳破坏逐渐受到了人们的关注,开始对使用混凝土结构的耐腐蚀性、动态控制和疲劳控制,把疲劳设计和耐久性设计作为公路桥梁设计的核心内容,对疲劳损伤的研究要兼顾整体结构设计和局部关键部位的疲劳设计要求,例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。因此从设计中尽量避免疲劳问题的发生。
4.提高延长公路桥梁寿命的技术能力。在我国公路桥梁工程的设计、实际施工、后期使用中,总会遇到各种不同的问题。针对这些问题,相关的工作人员一定要控制好整个结构体系、公路桥梁的构造、施工中应用的工艺技术等,这样才能不断地提高公路和桥梁的质量。所以要充分地利用相关的工艺技术,按时做好相关的检查和调研工作,保证公路桥梁有很好的耐久性。主要的工作内容有以下几个方面:第一,加强桥梁结构的细节设计,包括增加构造钢筋、对钢结构采用合理的防腐涂装、严格控制应力和裂缝;第二,要仔细地研究桥梁结构材料,保证公路桥梁施工中所用材料符合规定。优先采用高耐久性混凝土,增强抗磨损能力;第三,全面考虑桥梁主体结构的耐用性和附属设施的易替换性,尽量降低维护桥梁生命周期成本;第四,当桥梁建设资金充裕时,可对周期性维护检查中难以靠近的构件及下部结构基础考虑增设必要的牺牲性保护,如钢护筒壁加环氧涂层防护的耐久性措施;第五,进一步研究对公路桥梁进行检测养护方法和设施的合理设置,同时也要研究对其进行评价的标准,进一步做好跟踪检测的工作,提高对相关技术的重视程度。只有将这些工作落实到实际中,这样才能保证设计方案的合理。
5.做好调查研究内容。为了增加公路桥梁的安全性和耐久性,设计单位在
拿到指标后,应立即组织队伍对当地的地质环境、人文环境等进行考察,得到所建公路桥梁的资料,设计出符合桥梁要求的参数和方案,对路线比较长的公路桥梁,一定要高度重视桥梁的耐久性,用更科学、更具有实用性方法做出设计方案。
三、结束语
根据我国多数公路桥梁的实际设计状况,我们可以看到,既往的设计太过于强调公路桥梁的功能用途。设计施工的目标仅仅是保证交工以后公路桥梁能够投入使用,而在设计施工的过程中,却未能对公路桥梁的安全性以及耐久性给予足够多的重视。另外,在后期的使用过程中,对公路桥梁的维护工作做得不够到位,这样也会严重威胁到公路桥梁的安全性。我们要及时转变思想意识,及时处理设计施工过程中发现的问题,有侧重地选择解决问题的方式,确保施工结果的安全性与耐久性,保证它能发挥出应有的社会和经济效益。
参考文献:
[1]汪卫东.预应力混凝土弯梁桥设计方法分析[J].淮北职业技术学院学报,2010,1.
[2]章日凯.公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析[J].交通世界,2012(1).