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關(guān)鍵詞:橋梁設(shè)計(jì);橋梁加固;橋梁加固技術(shù)
1 橋梁設(shè)計(jì)原則
橋梁是鐵路、公路和城市道路的重要組成部分,尤其是對(duì)于大、中型橋梁的建設(shè)。橋梁建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)氐恼巍⒔?jīng)濟(jì)、國(guó)防等領(lǐng)域都會(huì)具有非常重要的意義。因此,橋梁建設(shè)應(yīng)該根據(jù)所修建橋梁對(duì)當(dāng)?shù)氐淖饔谩⑿再|(zhì)和將來(lái)發(fā)展的需求,除了要保證符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)久耐久、經(jīng)濟(jì)合理等等要求之外,還需要按照美觀、有利于環(huán)境保護(hù)的原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)要考慮到因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)等方面的因素。
1.1 安全可靠
我們?cè)谠O(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)候,要充分考慮到橋梁要在強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性這三方面應(yīng)該具有完全的安全性質(zhì)。橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候,防撞欄桿設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到人與車(chē)流之間的安全性。防撞欄桿要具有足夠的高度和強(qiáng)度,為了防止車(chē)輛撞壞人行道或者欄桿而導(dǎo)致事故的發(fā)生。橋梁的照明設(shè)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(fā)生。尤其是在交通繁忙的橋梁上,不光需要設(shè)計(jì)良好的照明設(shè)施,還應(yīng)該設(shè)置有明確的交通指示標(biāo)志,完整的交通指示牌可以避免很多事故的發(fā)生。在易變遷河床的河道上建設(shè)橋梁,應(yīng)該考慮好導(dǎo)流設(shè)施的建設(shè),以防止橋梁的基礎(chǔ)部分被水流沖刷過(guò)度而造成事故。對(duì)于需要通行大型的、大噸位的船舶的河道,在按照規(guī)定擴(kuò)大橋梁的孔跨徑之外,還得加裝防撞構(gòu)筑物,以免船舶對(duì)橋梁造成損傷。針對(duì)修建在地震區(qū)的橋梁,我們必須按照抗震要求對(duì)橋梁進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),采取必要的防震措施。針對(duì)特殊類(lèi)型的橋梁,例如大跨柔性的橋梁,我們還應(yīng)該考慮到風(fēng)振效應(yīng)的影響。
1.2 適用耐久性
橋梁設(shè)計(jì)時(shí)候要考慮到橋面寬度必須滿足當(dāng)前和以后的規(guī)劃期限內(nèi)的交通流量(包括行人通道中的交通流量)。保證所設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)行常規(guī)荷載試驗(yàn)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)較大的變形和較寬的裂縫,在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的橋梁荷載承受能力才能放心的投入使用。設(shè)計(jì)的橋跨結(jié)構(gòu)的下方要有利于泄洪、通航(跨河橋)或車(chē)輛(立交橋)和行人的通行(早橋)。所設(shè)計(jì)的橋梁的兩端要便于緊急情況下車(chē)輛的進(jìn)入和疏散,并且不會(huì)導(dǎo)致交通堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生。在設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候,還應(yīng)該考慮到綜合利用方面,橋梁設(shè)計(jì)要求方便各種管線(水、電氣、通信等)的搭載和鋪設(shè)。
1.3 橋梁設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性
橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候需要遵循因地制宜、就地取材和方便施工的基本原則以爭(zhēng)取效益最大化。經(jīng)濟(jì)型的橋梁應(yīng)該是從造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等多方面綜合考慮,費(fèi)用最省的橋型。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮維修的方便和維修費(fèi)用的多少,維修時(shí)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(shí)間最短。所選擇的橋位應(yīng)該是地質(zhì)、水文等條件好的地區(qū),并盡量使橋梁修建長(zhǎng)度較短。橋梁建設(shè)應(yīng)考慮建在能縮短河道兩岸運(yùn)距的位置,以促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)過(guò)橋收費(fèi)的橋梁就能吸引更多的車(chē)輛通過(guò),達(dá)到盡快回收投資的目的。
1.4 橋梁設(shè)計(jì)的技術(shù)選擇原則
我們?cè)谶M(jìn)行橋梁建設(shè)的時(shí)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(fā)揮它自身的作用,我們?cè)诮ㄔO(shè)的時(shí)候,就要選擇好的方案。盡力做到選擇成熟而又先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和建設(shè)材料,避免短時(shí)間內(nèi)發(fā)生橋梁被淘汰的情況。
2 橋梁加固原則
針對(duì)橋梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意以原橋?yàn)榧庸袒A(chǔ),確保在不改變?cè)瓉?lái)橋梁結(jié)構(gòu)和型式的前提下,采取對(duì)原橋的主要承受力構(gòu)件進(jìn)行加固的方法來(lái)加固橋梁,對(duì)橋梁的加固設(shè)計(jì)我們需要考慮到以下幾個(gè)重點(diǎn):確保橋梁的下部承力結(jié)構(gòu)具有足夠的受力能力。橋梁的加固要求是加固后必須能通過(guò)重噸的單個(gè)卡車(chē)的硬性要求。在河道上方的橋梁,由于橋梁下部是航道,因此施工時(shí),在對(duì)跨中腹板和對(duì)斜腿加固的過(guò)程當(dāng)中,我們應(yīng)該盡量保留原有的空當(dāng),不能對(duì)下部的空間削減太多。對(duì)于表面開(kāi)裂的構(gòu)件,我們采取對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行修復(fù)的方法進(jìn)行加固處理,確保構(gòu)件的表面光滑平整。在對(duì)橋梁進(jìn)行加固的同時(shí),還應(yīng)該注意到加固物的本身重量對(duì)原有橋梁的承受力的影響。對(duì)舊橋進(jìn)行加固的最后要求就是保證加固的橋梁具有整體美觀的特性,不能忽略表面美觀的修復(fù)工作。
3 橋梁加固的技術(shù)途徑
3.1 增大橋梁各個(gè)構(gòu)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(zhǎng)箍筋進(jìn)行加固施工,但是由于這種方法施工工藝較復(fù)雜,因此對(duì)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?jī)艨蛰^高的情況,這種方法可以增加主梁的高度進(jìn)行加固。這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)減小橋梁下方的凈空面積,這種改變對(duì)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(huì)使用這種方法來(lái)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(diǎn)是加厚的部分重量可能會(huì)對(duì)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估才能進(jìn)行施工。
3.2 提高橋梁承力能力的方法
加裝鋼板。這種外加鋼板的方法,可以大大增加橋梁的抗力,也不會(huì)過(guò)多的增加橋梁的橫截面。但是由于加固鋼板的加工成形工作比較有難度,而且鋼板加裝需要支護(hù)設(shè)備,另外在后期的使用中,對(duì)鋼板的維修和保養(yǎng)工作量很大,所以這種方法不會(huì)大面積的使用。在橋梁表面粘貼玻璃鋼,這種方法有利有弊。因?yàn)椴Aт摰膹椥阅A肯鄬?duì)于混凝土來(lái)說(shuō)較低,很容易在受力之后發(fā)生變形。因此這種方法只簡(jiǎn)單地適用于需要臨時(shí)加固以便不經(jīng)常通過(guò)橋梁的大噸位卡車(chē)的通行。所以這種方法的局限就在于只能在臨時(shí)加固中使用。加裝鋼筋。這種方法主要是對(duì)橋梁的表面進(jìn)行鋼筋二次加裝,將鋼筋固定在橋梁的表面,可以大大增加橋梁的抗彎性,而且不會(huì)過(guò)多的增加橋梁自身重量。這種方法的缺點(diǎn)不大,主要是會(huì)對(duì)橋梁的外觀造成一定程度的損傷。所以這種方法就不經(jīng)常使用在城市橋梁中。
3.3 增加輔助構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shí)需要中斷橋梁的交通,而且施工工藝非常復(fù)雜并且施工工程量很大,還會(huì)對(duì)橋梁原來(lái)的結(jié)構(gòu)造成較大的損傷,因此這種方法不會(huì)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(lái)說(shuō)就是要對(duì)主梁上貫通全橋?qū)挼匿摻钸M(jìn)行加固。
3.4 改變橋梁原有結(jié)構(gòu)的加固方法
架設(shè)八字撐架。八字撐架適用于那些底部不需要通航的橋梁。這種方法非常占用橋梁下的凈空空間,因此不會(huì)用于城市橋梁和通航河道橋梁的加固。體系的連續(xù)加固方法。此方法適用于抗彎能力不足的橋梁。施工的時(shí)候會(huì)對(duì)橋梁的交通產(chǎn)生影響。增大邊梁和截面轉(zhuǎn)換。這兩種方法都是在橋梁的兩側(cè)或下部進(jìn)行施工,施工難度大但是一般不影響交通。
3.5 預(yù)應(yīng)力技術(shù)
由于日益增加的苛刻的橋梁需求,現(xiàn)代化的橋梁在逐步向輕型的、大跨度等方面前進(jìn),因此在以后的橋梁加固施工中,以前的和現(xiàn)有的橋梁加固施工技術(shù)就會(huì)受到一定的局限,因此預(yù)應(yīng)力技術(shù)就會(huì)合理的普及開(kāi)來(lái)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑主要是體外預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力鋼束一般會(huì)設(shè)立在橋梁混凝土構(gòu)件的兩側(cè),鋼束穿過(guò)橋梁的轉(zhuǎn)向構(gòu)件,對(duì)橋梁進(jìn)行拉伸,從而使得構(gòu)件獲得預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力技術(shù)一般分為兩種:下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿法、預(yù)應(yīng)力鋼絲束法。
4 結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)橋梁的使用頻率很高,因此橋梁的病害品種也會(huì)很多,為了保證正常的運(yùn)營(yíng)使用,橋梁?jiǎn)栴}的處理措施也要多種多樣。我們平時(shí)對(duì)在舊橋的加固和改造工作中,就應(yīng)該投入全部的精力和心血,不斷追求創(chuàng)新、努力地進(jìn)行探索,力爭(zhēng)采用最先進(jìn)的技術(shù)工藝和施工材料,在對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)和加固工作中,確保一步到位,保證橋梁的正常使用,使加固后的橋梁能夠繼續(xù)發(fā)揮它本身的使用功能,以保證我國(guó)的橋梁交通暢通無(wú)阻。我們也是對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和建設(shè)付出了微薄之力。
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英國(guó)整體式橋梁結(jié)構(gòu)形式
英國(guó)通過(guò)多年的工程實(shí)踐證明了整體式橋梁不但可成功消除支座和伸縮縫帶來(lái)的問(wèn)題,而且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。這種新型橋梁結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵是需要處理好結(jié)構(gòu)與巖土之間復(fù)雜的作用,并根據(jù)其受力機(jī)理對(duì)整體式橋梁的橋臺(tái)、橋墩、支座等結(jié)構(gòu)形式作出調(diào)整。
1整體式橋臺(tái)
整體式橋梁無(wú)伸縮縫,邊跨上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)在結(jié)構(gòu)上為一個(gè)整體,因溫度升降和制動(dòng)力引起的梁體縱向位移由橋臺(tái)、臺(tái)后填土或橋墩來(lái)承受,因而橋臺(tái)受力復(fù)雜。根據(jù)不同的工程地質(zhì)和地形條件,英國(guó)發(fā)展了多種類(lèi)型整體式橋臺(tái)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。(1)框架式橋臺(tái)。框架式橋臺(tái)承受橋梁的垂直荷載,同時(shí)作為路堤擋墻。它與橋梁上部結(jié)構(gòu)連接成一個(gè)整體,傳遞彎矩、剪力和軸力。為了計(jì)算溫度變形和土壓力,假定橋臺(tái)可整體繞其基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)嵌入式橋臺(tái)。嵌入式橋臺(tái)由隔墻構(gòu)成,包括連續(xù)墻、咬合樁或板樁擋土墻,以作為橋梁支撐。隔墻底部嵌入到持力土層一定深度,以限制它的擺動(dòng)。(3)路堤墊式橋臺(tái)。路堤墊式橋臺(tái)適用于路堤填土低、邊跨端部支撐可采用淺基礎(chǔ)的情況,同時(shí)兼作擋土墻。該橋臺(tái)在橋面板熱脹冷縮過(guò)程中會(huì)發(fā)生水平移動(dòng),故其必須具有足夠的重量,同時(shí)邊跨應(yīng)具有足夠的柔性,以避免因活載或不均勻沉降導(dǎo)致橋臺(tái)翹起。(4)端頭板式橋臺(tái)。端頭板式橋臺(tái)是與橋面板端部整體澆筑的幕墻式結(jié)構(gòu),只相當(dāng)于擋土墻,用來(lái)抵抗路堤土壓力并傳遞縱向荷載,但不能承擔(dān)垂直荷載。橋面板上的垂直荷載由獨(dú)立的支撐來(lái)承擔(dān),該支撐需位于距端頭板2m范圍內(nèi),以限制端頭板因邊跨發(fā)生撓曲產(chǎn)生的豎向位移。端支撐可以在結(jié)構(gòu)上保證端頭板水平向自由位移,也可以在結(jié)構(gòu)上和橋面板連接,但必須保證其能夠抵抗基礎(chǔ)與路堤間相對(duì)位移所產(chǎn)生的土壓力。
2橋墩
整體式橋梁的橋墩可設(shè)計(jì)成與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)(一起水平移動(dòng))或通過(guò)設(shè)置支座允許橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩發(fā)生相對(duì)位移。對(duì)于墩梁固結(jié),橋墩要有足夠的柔性以適應(yīng)因溫度變化產(chǎn)生的位移。
3上部結(jié)構(gòu)
中、小跨徑橋梁通常采用預(yù)制結(jié)構(gòu),包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),歐美等國(guó)家通常是工廠化預(yù)制先張預(yù)應(yīng)力混凝土板梁、箱梁或T梁;國(guó)內(nèi)多采用預(yù)制后張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁或小箱梁。多跨整體式橋梁的各跨之間不設(shè)伸縮縫,可做成橋面連續(xù)或結(jié)構(gòu)連續(xù)。相鄰跨之間形成橋面連續(xù)或結(jié)構(gòu)連續(xù)有多種方法。在國(guó)外,通常采用普通鋼筋連接相鄰兩跨預(yù)制梁做成部分的結(jié)構(gòu)連續(xù);在國(guó)內(nèi),通常采用在相鄰兩跨預(yù)制梁之間張拉預(yù)應(yīng)力束做成完全的結(jié)構(gòu)連續(xù)。
4支座
當(dāng)整體式橋梁采用支座時(shí),設(shè)計(jì)中應(yīng)采取相應(yīng)的措施,以便于進(jìn)行檢查、必要的試驗(yàn)或監(jiān)控以及支座將來(lái)的更換。支座的更換應(yīng)在不需要對(duì)橋上交通作任何限制或?qū)蛄鹤魅魏谓Y(jié)構(gòu)上調(diào)整的前提下進(jìn)行,并保證操作安全。為了便于檢查和更換,支座細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在支座周?chē)A(yù)留頂起位置和提供足夠的操作空間。
5基礎(chǔ)
整體式橋臺(tái)可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)應(yīng)能承受梁體軸向荷載產(chǎn)生的橋臺(tái)側(cè)向位移,以及因樁或地基土的位移產(chǎn)生的作用力。對(duì)可能發(fā)生水平位移的基礎(chǔ)禁止使用斜樁。在垂直荷載作用下可能發(fā)生滑動(dòng)的基礎(chǔ),如路堤墊式橋臺(tái)等的基礎(chǔ),其基底壓應(yīng)力不應(yīng)大于非滑動(dòng)基礎(chǔ)受到同樣荷載時(shí)預(yù)期承載力的50%,以防止其在滑動(dòng)時(shí)發(fā)生沉降。
6翼墻
與橋臺(tái)連接的翼墻尺寸應(yīng)盡可能小,以減少橋面熱膨脹時(shí)與橋臺(tái)一起位移的結(jié)構(gòu)重量和土方數(shù)量。當(dāng)大的翼墻與較長(zhǎng)的整體式橋臺(tái)一起使用時(shí),橋臺(tái)應(yīng)可以獨(dú)立擺動(dòng)或滑動(dòng)。
荷 載
1荷載和材料系數(shù)
整體式橋梁設(shè)計(jì)要考慮由升溫和其它縱向荷載(如結(jié)構(gòu)約束)引起的土壓力和摩擦力產(chǎn)生的效應(yīng),還應(yīng)考慮由降溫、結(jié)構(gòu)約束和滑移產(chǎn)生的軸向拉力效應(yīng)。英國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,橋臺(tái)上的土壓力作為永久荷載,在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下基本組合荷載分項(xiàng)系數(shù)γfL分別為1.5和1.0。作用在橋臺(tái)上的土壓力系數(shù)應(yīng)乘以材料分項(xiàng)安全系數(shù)γm:臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)作用不利時(shí)γm=1.0;抵抗制動(dòng)力等次要荷載,臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)作用有利時(shí)γm=0.5。
2溫度作用
在英國(guó),整體式橋梁邊跨與橋臺(tái)合龍溫度為平均溫度±10℃范圍內(nèi),平均溫度為根據(jù)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極端最低和最高遮陰氣溫算得的平均值。對(duì)于混凝土和組合橋面板,混凝土的熱膨脹系數(shù)可取為0.000 012/℃。輕骨料混凝土和其它材料的熱膨脹系數(shù)有可能明顯低于0.000 012/℃,在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的情況下,可以采用較低的熱膨脹系數(shù)。曲線橋梁或不對(duì)稱(chēng)橋梁的溫度位移大小與溫度位移零點(diǎn)位置有關(guān),零點(diǎn)位置可以通過(guò)對(duì)橋墩和橋臺(tái)的水平剛度分析確定。
土壓力計(jì)算
在英國(guó)設(shè)計(jì)整體式橋梁時(shí)采用的土壓力計(jì)算方法是根據(jù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出的。
1土的強(qiáng)度指標(biāo)、墻面與填土之間的摩擦角
因溫度變化導(dǎo)致橋面板伸縮引起橋臺(tái)后填土往復(fù)運(yùn)動(dòng),增加了填土密實(shí)度,提高了粒狀土的剛度。即使填土開(kāi)始較松散,在結(jié)構(gòu)的使用周期內(nèi)也會(huì)逐漸變得密實(shí)。在設(shè)計(jì)中填土的有效內(nèi)摩擦角峰值′peak和有效粘結(jié)力峰值c′peak的代表值采用壓實(shí)度為95%時(shí)的相應(yīng)值。對(duì)于傳統(tǒng)擋土墻,計(jì)算主動(dòng)和靜止土壓力系數(shù)時(shí),tan′的設(shè)計(jì)值采用tan′peak的代表值除以系數(shù)M,即tan′=tan′peak/M,其中M=1.2。然而整體式橋梁橋臺(tái)朝填土方向位移后,填土對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力將對(duì)橋臺(tái)受力產(chǎn)生不利的影響。因此,計(jì)算被動(dòng)土壓力時(shí),根據(jù)Eurocode 7中第2.4.2條規(guī)定,采用1個(gè)小于1.0的系數(shù),即令M=1/1.2。系數(shù)M不僅可考慮填土性能的變化,還可以確定被動(dòng)土壓力的上限值。當(dāng)明確填土類(lèi)型和′peak的上限值后,可以通過(guò)論證將M值提高,最大為1.0。完成上述工作后,必須進(jìn)行填土的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以驗(yàn)證材料的特性是否符合設(shè)計(jì)要求。墻面與填土之間摩擦角δ=′/2。
2不同結(jié)構(gòu)形式橋臺(tái)的土壓力
針對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式的橋臺(tái),整體式橋梁設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦了幾種隨深度變化的土壓力分布情況。
2.1臺(tái)背前傾的整體式橋臺(tái)
臺(tái)背前傾的整體式橋臺(tái)[見(jiàn)圖1(b)]在向路堤方向位移過(guò)程中所引起的被動(dòng)土壓力比臺(tái)背豎直情況要低得多,而臺(tái)背后傾引起的被動(dòng)土壓力則要高一些。當(dāng)有效內(nèi)摩擦角′增大時(shí),被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp隨之快速增加。如果對(duì)′估值過(guò)低,將嚴(yán)重低估熱膨脹引起的土壓力荷載;如果對(duì)′估值過(guò)高,則會(huì)高估橋臺(tái)對(duì)縱向制動(dòng)力的抵抗能力。如果對(duì)′估值正確,并使用較高質(zhì)量的回填材料,就可以避免由此產(chǎn)生的不利影響,也沒(méi)必要再使用繁瑣的材料分項(xiàng)安全系數(shù)γm。Kp值可根據(jù)′peak和δ從Eurocode 7或類(lèi)似的表格中選取。
2.2路堤墊式橋臺(tái)和端頭板式橋臺(tái)
路堤墊式橋臺(tái)或端頭板式橋臺(tái)的高度通常是3m,被動(dòng)土壓力較小,其對(duì)橋臺(tái)設(shè)計(jì)影響不大。但由于橋臺(tái)的位移方式(平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或二者組合),在回填土中會(huì)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)變。使用式(1)表示土壓力系數(shù)K*、擋土墻高度H和橋臺(tái)頂部的溫度位移d之間的關(guān)系。K*=K0+(d/0.025 H)0.4 Kp(1)式中,K0為靜止土壓力系數(shù);Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)。
2.3框架式橋臺(tái)
隨著橋臺(tái)高度的增加,作用在臺(tái)背上的被動(dòng)土壓力增大,所以橋臺(tái)既要確保能夠抵抗臺(tái)后土壓力,同時(shí)又要具有足夠的柔性以適應(yīng)位移變化。對(duì)于門(mén)式框架結(jié)構(gòu),臺(tái)后土壓力分布可按類(lèi)似計(jì)算回填壓實(shí)強(qiáng)度的方法來(lái)計(jì)算。但是,對(duì)于整體式橋臺(tái),墻面摩擦力將導(dǎo)致分布在墻體上部的土壓力較高,并且向下的影響深度會(huì)比壓實(shí)作用的要大。建議框架式橋臺(tái)土壓力分布情況見(jiàn)圖2。圖2 框架式橋臺(tái)土壓力分布示意圖2中,臺(tái)背上半段高度范圍內(nèi)采取統(tǒng)一值K*。由K*變化為K0的區(qū)段,側(cè)向土壓力保持不變;土壓力系數(shù)降至K0,此深度以下的土壓力根據(jù)場(chǎng)地K0值計(jì)算。K*應(yīng)按式(2)計(jì)算。K*=(d/0.05 H)0.4 Kp(2)
式(2)由靜力試驗(yàn)得出,該公式本身低估了土在往復(fù)作用下的強(qiáng)度,但已經(jīng)采取了合適的土體強(qiáng)度參數(shù)來(lái)補(bǔ)償這種偏差。同時(shí)要求K*值不應(yīng)小于靜止土壓力系數(shù)值K0=0.6。對(duì)于底部鉸接的門(mén)式框架結(jié)構(gòu),K*應(yīng)按式(3)計(jì)算。K*=K0+(d/0.03 H)0.6 Kp(3)
2.4嵌入式橋臺(tái)
嵌入式橋臺(tái)的隔墻通常設(shè)置在未受擾動(dòng)的黏土層中。如果黏土超固結(jié),隔墻產(chǎn)生很小的位移就可以引起很大的被動(dòng)土壓力,但混凝土橋面板的初始收縮可彌補(bǔ)這一缺陷,它可以幫助降低原位土中的應(yīng)力。對(duì)于嵌入式橋臺(tái),土壓力分布見(jiàn)圖3。圖3 嵌入式橋臺(tái)土壓力分布示意圖3中,墻頂部以下2/3高度范圍內(nèi)采取統(tǒng)一值K*。當(dāng)K*降至K0的區(qū)段,側(cè)向土壓力保持不變;土壓力系數(shù)降至K0,此深度以下的土壓力根據(jù)場(chǎng)地K0計(jì)算。K*應(yīng)按式(4)計(jì)算。K*=(d/0.05 H)0.4 Kp(4)
計(jì)算橋面板熱膨脹引起的被動(dòng)土壓力時(shí)可忽略活載的影響。短期活載作用下的土壓力應(yīng)按靜止土壓力系數(shù)K0=1-sin′來(lái)驗(yàn)算,其中′為有效內(nèi)摩擦角。橋面板降溫收縮時(shí)橋臺(tái)受到的主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力相比很小,可以忽略。
臺(tái)后填土及排水
1填料
整體式橋臺(tái)的回填材料應(yīng)采用易于排水、經(jīng)過(guò)挑選的粒料,其性能和級(jí)配應(yīng)符合英國(guó)公路工程規(guī)范表6/1中6N級(jí)或6P級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。回填材料應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí),以限制由于結(jié)構(gòu)溫度變化所產(chǎn)生的填土沉降。英國(guó)規(guī)范對(duì)臺(tái)后填料的整體剛度作出了折中的規(guī)定??偟膩?lái)說(shuō),由具有單一級(jí)配的圓角料壓實(shí)而成的粒料可達(dá)到的有效內(nèi)摩擦角峰值′僅為35°,可以滿足溫度膨脹并且不會(huì)引起過(guò)大的土壓力,但采用這種材料易產(chǎn)生沉降。若采用壓實(shí)的具有良好級(jí)配的硬質(zhì)有棱角粒料,其有效內(nèi)摩擦角峰值可高達(dá)55°,對(duì)熱膨脹有較大的阻力,但不易產(chǎn)生沉降。按照英國(guó)公路工程規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)40m的整體式橋梁的回填粒料,要求其有效內(nèi)摩擦角峰值不大于45°。粒料回填區(qū)應(yīng)從橋臺(tái)背墻底部往上開(kāi)始,并形成一個(gè)與橋臺(tái)背墻夾角不小于45°的坡面。
2排水
沿柔性路面與橋臺(tái)交界面的面層下應(yīng)設(shè)置排水系統(tǒng),且至少應(yīng)具有2%坡度并易于清潔??蓾B透回填土內(nèi)應(yīng)設(shè)置1個(gè)直徑不小于150mm的排水管來(lái)排水,坡度大于2%。
【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì);橋梁加固;橋梁加固技術(shù)
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(duì)于大、中型橋梁的建設(shè),我們平時(shí)無(wú)論對(duì)新建橋梁的設(shè)計(jì)還是對(duì)舊橋的加固和改造工作中,都應(yīng)該投入全部的精力和心血,不斷追求創(chuàng)新、努力地進(jìn)行探索,力爭(zhēng)采用最先進(jìn)的技術(shù)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(shè)計(jì)原則和加固等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。
一 橋梁設(shè)計(jì)原則
1 安全性原則
安全可靠是橋梁設(shè)計(jì)的首要原則,設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)候,要充分考慮到橋梁要在強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性這三方面應(yīng)該具有完全的安全性質(zhì)。橋梁防撞欄桿設(shè)計(jì)要考慮到人與車(chē)流之間的安全性。防撞欄桿要具有足夠的高度和強(qiáng)度,為了防止車(chē)輛撞壞人行道或者欄桿而導(dǎo)致事故的發(fā)生。橋梁的照明設(shè)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(fā)生。尤其是在交通繁忙的橋梁上,不光需要設(shè)計(jì)良好的照明設(shè)施,還應(yīng)該設(shè)置有明確的交通指示標(biāo)志,完整的交通指示牌可以避免很多事故的發(fā)生。在易變遷河床的河道上建設(shè)橋梁,應(yīng)該考慮好導(dǎo)流設(shè)施的建設(shè),以防止橋梁的基礎(chǔ)部分被水流沖刷過(guò)度而造成事故。對(duì)于需要通行大型的、大噸位的船舶的河道,在按照規(guī)定擴(kuò)大橋梁的孔跨徑之外,還得加裝防撞構(gòu)筑物,以免船舶對(duì)橋梁造成損傷。針對(duì)修建在地震區(qū)的橋梁,我們必須按照抗震要求對(duì)橋梁進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),采取必要的防震措施。針對(duì)特殊類(lèi)型的橋梁,例如大跨柔性的橋梁,我們還應(yīng)該考慮到風(fēng)振效應(yīng)的影響。
2 耐久性原則
橋梁設(shè)計(jì)時(shí)候要考慮到橋面寬度必須滿足當(dāng)前和以后的規(guī)劃期限內(nèi)的交通流量(包括行人通道中的交通流量)。保證所設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)行常規(guī)荷載試驗(yàn)的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)較大的變形和較寬的裂縫,在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的橋梁荷載承受能力才能放心的投入使用。設(shè)計(jì)的橋跨結(jié)構(gòu)的下方要有利于泄洪、通航(跨河橋)或車(chē)輛(立交橋)和行人的通行(早橋)。所設(shè)計(jì)的橋梁的兩端要便于緊急情況下車(chē)輛的進(jìn)入和疏散,并且不會(huì)導(dǎo)致交通堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生。在設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候,還應(yīng)該考慮到綜合利用方面,橋梁設(shè)計(jì)要求方便各種管線(水、電氣、通信等)的搭載和鋪設(shè)。
3 經(jīng)濟(jì)性原則
經(jīng)濟(jì)型的橋梁應(yīng)該是從造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等多方面綜合考慮,費(fèi)用最省的橋型。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮維修的方便和維修費(fèi)用的多少,維修時(shí)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(shí)間最短。所選擇的橋位應(yīng)該是地質(zhì)、水文等條件好的地區(qū),并盡量使橋梁修建長(zhǎng)度較短。橋梁建設(shè)應(yīng)考慮建在能縮短河道兩岸運(yùn)距的位置,以促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)過(guò)橋收費(fèi)的橋梁就能吸引更多的車(chē)輛通過(guò),達(dá)到盡快回收投資的目的。
4 技術(shù)性原則
我們?cè)谶M(jìn)行橋梁建設(shè)的時(shí)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(fā)揮它自身的作用,我們?cè)诮ㄔO(shè)的時(shí)候,就要選擇好的方案。盡力做到選擇成熟而又先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和建設(shè)材料,避免短時(shí)間內(nèi)發(fā)生橋梁被淘汰的情況。
二 橋梁加固工作的內(nèi)容和程序
橋梁加固是一種借加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來(lái)提高局部或整座橋梁承載能力或通過(guò)能力的措施。橋梁加固與改建工作的主要內(nèi)容包括:對(duì)服役橋上部構(gòu)件進(jìn)行加固;對(duì)服役橋下部構(gòu)進(jìn)行加固;拓寬橋梁的行車(chē)道或人行道;升高橋梁部構(gòu)造的高度;更換橋梁行車(chē)道路面或引橋路面結(jié)構(gòu)。橋梁的加固與改建工作應(yīng)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(xiàn)狀及損壞情況;調(diào)查橋梁歷史技術(shù)資料及現(xiàn)有交通狀況;提出維修加固或改建方案并進(jìn)行分析比;確定方案并付諸實(shí)施,即進(jìn)行維修加固或施工。
三 橋梁加固的技術(shù)途徑
1 增大橋梁各個(gè)構(gòu)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(zhǎng)箍筋進(jìn)行加固施工,但是由于這種方法施工工藝較復(fù)雜,因此對(duì)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?jī)艨蛰^高的情況,這種方法可以增加主梁的高度進(jìn)行加固。這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)減小橋梁下方的凈空面積,這種改變對(duì)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(huì)使用這種方法來(lái)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(diǎn)是加厚的部分重量可能會(huì)對(duì)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估才能進(jìn)行施工。
2 體外預(yù)應(yīng)力加固方法
體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在橋梁結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)施加體外預(yù)應(yīng)力,使其產(chǎn)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(yīng)力,減小活載應(yīng)力,從而能夠較大幅度的提高橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。目前常用下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)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(duì)橋上交通的影響,甚至可以在有限開(kāi)放交通的情況下組織施工,因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)工程實(shí)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(yù)應(yīng)力筋的防腐新問(wèn)題必定程度上增長(zhǎng)了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
3 增加輔助構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shí)需要中斷橋梁的交通,而且施工工藝非常復(fù)雜并且施工工程量很大,還會(huì)對(duì)橋梁原來(lái)的結(jié)構(gòu)造成較大的損傷,因此這種方法不會(huì)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(lái)說(shuō)就是要對(duì)主梁上貫通全橋?qū)挼匿摻钸M(jìn)行加固。
4 塞縫灌漿技術(shù)法
塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫,灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂漿、環(huán)氧樹(shù)脂、砂漿等,具體采用哪一種,應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥漿用于石砌墩、臺(tái)和拱圈裂縫,由裂縫的大小來(lái)決定灌漿中是否摻砂,采用水泥漿造價(jià)低、效果好。環(huán)氧樹(shù)脂漿一般用于鋼筋土混凝土結(jié)構(gòu)物,因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小,易灌滿,粘結(jié)性好;環(huán)氧樹(shù)脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿技術(shù)的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫,勾縫時(shí)須預(yù)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(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小,用環(huán)氧樹(shù)脂勾縫,同時(shí)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(guò)試載及使用觀察,效果較好。如深圳水官高速橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的裂縫處理。
除上述論述的幾點(diǎn)措施以外,橋梁加固技術(shù)還可以采用錨噴混凝土加固法、粘貼鋼板加固法、改變結(jié)構(gòu)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(jié)語(yǔ)
橋梁的質(zhì)量直接關(guān)系到其今后的應(yīng)用性能,為了能夠更好的發(fā)揮橋梁在交通運(yùn)輸中的作用,設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要堅(jiān)持一定的原則,并采用合理的加固技術(shù)手段。本文就以此為中心,結(jié)合工作實(shí)際,對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的原則和加固技術(shù)進(jìn)行了分析,希望能夠?qū)窈蟮臉蛄涸O(shè)計(jì)起到一定的幫助,更好的提升橋梁的整體質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
[1]晏慶輝.某拱橋荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定[J].四川建材,2011(04)
關(guān)鍵詞:橋梁結(jié)構(gòu);耐久設(shè)計(jì)
Abstract: this article analysis the durability of the Bridges is the insufficient place, and put forward the design of the bridge durability.
Keywords: bridge structure; Durable design
中圖分類(lèi)號(hào): S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1前 言
現(xiàn)由于混凝土的廣泛使用,使得身邊環(huán)境的多樣化,混凝土結(jié)構(gòu)受環(huán)境的損壞也極具增加,混凝土的耐久和壽命問(wèn)題,已成為現(xiàn)交通所關(guān)注的問(wèn)題。環(huán)境下的結(jié)構(gòu)不同,對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性也是不同的。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的可靠度。結(jié)構(gòu)的基本功能是由其用途決定的,包括結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性。因此,結(jié)構(gòu)的耐久性也是影響結(jié)構(gòu)可靠度的重要因素。
2結(jié)構(gòu)耐久性不足的原因分析
國(guó)內(nèi)外大量調(diào)查分析發(fā)現(xiàn),引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的原因存在于環(huán)境影響、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。
2.1環(huán)境影響不容忽視
橋梁的施工及使用環(huán)境總是與設(shè)計(jì)的環(huán)境有一些差別,因此環(huán)境的影響是非常重要的?;炷恋目估瓘?qiáng)度大約是其抗壓強(qiáng)度的10%,由于早期的水化熱影響、干縮應(yīng)變反應(yīng)強(qiáng)烈,加上環(huán)境溫度、濕度、日曬雨淋、沖擊荷載的影響,混凝土結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生裂縫。開(kāi)裂后,由于水分子、氯離子的侵入,導(dǎo)致鋼筋面層的鈍化,從而使鋼筋腐蝕,破壞了鋼筋表面與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力,其直接后果是鋼筋與混凝土不能很好的協(xié)同工作?;炷翗?gòu)件的強(qiáng)度和剛度逐漸削弱,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性破壞。
2.2設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系欠完善
雖然在許多國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范中都明確規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求,但是,這一宗旨并沒(méi)有充分地體現(xiàn)在具體的設(shè)計(jì)條文中,導(dǎo)致在工程設(shè)計(jì)中普遍存在重視結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)而輕視甚至忽視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)、重視承載能力極限狀態(tài)而不重視正常使用極限狀態(tài)、重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)等現(xiàn)象。許多設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性??;有的計(jì)算圖式和受力路線不明確,造成局部受力過(guò)大:有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄:這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性。雖然可能滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求,僅用了幾年就因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)耐久性出了問(wèn)題,影響結(jié)構(gòu)安全。
另外在前些年,有些學(xué)者和設(shè)計(jì)人員倡導(dǎo)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件的優(yōu)化和輕型化,常常以過(guò)密的鋼筋配置細(xì)小的結(jié)構(gòu)斷面。過(guò)密的鋼筋導(dǎo)致鋼筋間的骨料和膠結(jié)材料不多,且粗、細(xì)骨料分布不均勻,振搗施工非常困難,難以保證鋼筋混凝土構(gòu)件的密實(shí)度和強(qiáng)度,容易形成蜂窩麻面。斷面小、鋼筋配置過(guò)密導(dǎo)致不易保證保護(hù)層厚度的最低要求,造成混凝土構(gòu)件表面抗碳化年限不足,以致鋼筋銹蝕,影響了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。
2.3施工和管理水平欠規(guī)范
施工過(guò)程中的施工和管理水平欠規(guī)范(如野蠻施工和管理不當(dāng)?shù)龋┦窃斐蓸蛄航Y(jié)構(gòu)耐久性不足的重要原因,其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)混凝土配合比的計(jì)量不準(zhǔn),變異性較大;
(2)施工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,典型的問(wèn)題包括原材料質(zhì)量低劣和施工工藝不合格等;
(3)個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問(wèn)題;
(4)混凝土保護(hù)層厚度的控制不嚴(yán),有些直接導(dǎo)致露筋;
(5)鋼筋未作防銹處理,其間距疏密不一,粗、細(xì)骨料分布不均勻,混凝土振搗不密實(shí);
(6)施工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開(kāi)裂問(wèn)題,主要原因包括:水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等;
(7)拆模時(shí)間控制不好或支模、拆模方法不對(duì),引起早期裂縫。
3橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)
3.1總體設(shè)計(jì)
長(zhǎng)期的實(shí)踐證明,裂縫控制并不是結(jié)耐久性設(shè)計(jì)的唯一內(nèi)容。增加耐久性設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念上的重大突破,是工程結(jié)構(gòu)科學(xué)的重大技術(shù)進(jìn)步,對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重大的指導(dǎo)意義。以下以某大橋的施工圖設(shè)計(jì)為例來(lái)闡述結(jié)構(gòu)性耐久設(shè)計(jì)。橋梁結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì),應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)可靠度、耐久性是時(shí)間的函數(shù),這是由于荷載是時(shí)間的函數(shù),材料性能也是如此。例如,使用期分別為 30、50、100、120年的橋梁結(jié)構(gòu),若要保證到使用期末都具有相同的可靠概率,則所選擇的截面尺寸或所用的材料強(qiáng)度必然是使用期長(zhǎng)者大于使用期短者。同時(shí),要求采用變異系數(shù)較小的高性能鋼材和高性能混凝土,以提高相應(yīng)的可靠度指標(biāo)和耐久性。
(2)橋梁病害分析是全壽命管理中的一個(gè)必要環(huán)節(jié)。人為因素也是一個(gè)必須考慮的因素,例如,一個(gè)工人不小心丟了一顆煙頭,很可能這個(gè)小病害引起一場(chǎng)大火,導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。病害分析之后,在全壽命管理中,盡量消除橋梁病害,以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)耐久性的可能。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地滿足下列功能要求:在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后,能保持必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性。
(3)運(yùn)用可靠性修正理論,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)(如標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛下的位移、應(yīng)變、應(yīng)力等)的測(cè)定,修正、推斷出當(dāng)前階段的可靠度指標(biāo)。對(duì)于判斷結(jié)構(gòu)是否達(dá)到使用壽命,具有重要的意義。一般,我們認(rèn)為可靠性指標(biāo)β為3及以上的結(jié)構(gòu)是可靠的,基于本橋梁的重要性,按可靠性指標(biāo)為4進(jìn)行設(shè)計(jì)(實(shí)際結(jié)構(gòu)可能達(dá)到5~6左右)。分析可靠性修正后的結(jié)果,如可靠性指標(biāo) β 降為 3或以下,則需要進(jìn)行維護(hù),否則可以不用維護(hù)、繼續(xù)使用。這樣就為是否需要維護(hù)提供了一個(gè)定量的指標(biāo),避免了不必要的維修經(jīng)費(fèi)。相應(yīng)的經(jīng)費(fèi),可以投入到橋梁系統(tǒng)中更有需要的維護(hù)中,從而在固定數(shù)量的維護(hù)經(jīng)費(fèi)下,進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)配,從而保證整個(gè)路橋系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4)重視對(duì)疲勞損傷、破壞的研究。橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承受的動(dòng)荷載很大,而且加載次數(shù)頻繁,容易產(chǎn)生疲勞損傷乃至破壞。組成橋梁構(gòu)件的各種材料,如鋼筋、混凝土等,并非是均勻和連續(xù)的,實(shí)際上存在許多微觀的裂縫,在循環(huán)動(dòng)荷載作用下,這些微裂縫會(huì)逐漸發(fā)展,以至于形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制,極有可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。由于本工程的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為120年,比較長(zhǎng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須驗(yàn)算其疲勞性能指標(biāo)。事實(shí)上,國(guó)內(nèi)外調(diào)查結(jié)果表明,有些橋梁破壞是在較低荷載,低溫下突然脆性斷裂的。沖擊試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明大多數(shù)鋼材在正常使用溫度下是脆性的,因此本工程必須選用韌性較好、變異系數(shù)較?。ㄈ绠a(chǎn)自同一鋼廠、同一批成品、同樣存儲(chǔ)條件等)的高性能鋼材。
(5)充分重視橋梁的超載問(wèn)題。橋梁超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍,橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)充分重視這一點(diǎn)。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇,甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面,由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),導(dǎo)致構(gòu)件的開(kāi)裂彎矩降低、剛度下降,將使得橋梁在正常使用荷載下的應(yīng)力及變形狀態(tài)發(fā)生變化,從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
具體涉及到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的耐久性設(shè)計(jì),可從以下幾個(gè)方面著手:
(1)正確認(rèn)識(shí)和掌握結(jié)構(gòu)本質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施對(duì)構(gòu)件耐久性的影響。
(2)優(yōu)先選用高性能鋼材:高屈服強(qiáng)度,高水平的斷裂韌性、焊接性能好、耐腐蝕。
(3)優(yōu)先高性能混凝土:耐磨的HPC司以使橋面有更好的耐久性:一般來(lái)說(shuō),HPC能減少結(jié)構(gòu)的尺寸,增加結(jié)構(gòu)的使用壽命和耐久性。對(duì)重要的水中下部結(jié)構(gòu)(如樁基、承臺(tái)、墩柱及帽梁),建議用高性能混凝土取代普通混凝土,以滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2005]157 號(hào))的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的要求。
(4)對(duì)耐久性要求較高的結(jié)構(gòu)物,選用結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)上限值1.1。
(5)盡量選用箱形斷面,提高結(jié)構(gòu)的整體剛度,減輕橋梁的疲勞振動(dòng)。
(6)對(duì)重要性結(jié)構(gòu),如果業(yè)主對(duì)造價(jià)不是控制得很?chē)?yán)的話,地面以上的混凝土構(gòu)件外表面建議作“混凝土涂裝防護(hù)”?;炷帘砻娣栏繉訄?zhí)行交通部JTJ275-2000標(biāo)準(zhǔn)。
(7)在廣東地區(qū),設(shè)計(jì)要滿足結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求,即按新橋梁規(guī)范JTGD62-2004第二類(lèi)環(huán)境(濱海環(huán)境)選用。
(8)最小混凝土保護(hù)層厚度:按新橋梁規(guī)范JTGD62-2004表9.1.1中第二類(lèi)環(huán)境選用,例如:主梁和墩柱主筋40mm、箍筋25mm;樁基可用凈保護(hù)層50mm或70mm。對(duì)該公路大橋,由于位處海洋環(huán)境中,可以加大一些混凝土保護(hù)層,甚至在構(gòu)件外包一層素混凝土,以防止構(gòu)件的腐蝕和破壞。
(9)采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),對(duì)主橋縱、橫向均施加預(yù)應(yīng)力,保證截面在使用階段不出現(xiàn)拉應(yīng)力,防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。
(10)使用環(huán)氧涂層鋼絞線和鋼筋,以防止鋼絞線和鋼筋腐蝕。
(11)在混凝土中,添加適量的硅粉,以防止氯離子的侵入導(dǎo)致鋼筋的腐蝕。
(12)在橋面鋪裝上,使用環(huán)氧瀝青混凝土,以增加強(qiáng)度、耐磨性及密實(shí)度。
(13)考慮超載問(wèn)題:考慮到過(guò)境的大型貨柜車(chē)比較多,橋梁設(shè)計(jì)荷載可以適當(dāng)放大,如1.5x公路-I級(jí)或2x汽-超20等。
(14)混凝土配合比設(shè)計(jì):不僅要考慮混凝土強(qiáng)度的要求,還要考慮混凝土的耐久性。
(15)對(duì)于普通鋼筋混凝土構(gòu)件,嚴(yán)格控制其裂縫寬度,如控制在0.1mm以內(nèi)。
(16)選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)斷面,配置適當(dāng)間距的鋼筋,可使混凝上粗、細(xì)骨料分布均勻,容易振搗,保證混凝土的密度和強(qiáng)度。
(17)在混凝土中摻入適量的纖維,以達(dá)到混凝土增加強(qiáng)度、增加韌性和阻止裂縫的目的??梢赃x用的纖維有:聚丙烯腈、杜邦纖維、聚丙烯纖維。
(18)如地下水對(duì)混凝土有腐蝕性,應(yīng)對(duì)樁基混凝土采取以下措施:
①采用普通硅酸鹽水泥,標(biāo)號(hào)不低于42.5號(hào);
②水泥含量不小于370kg/m3,C3A含量不大于8%;
③水灰比不大于0.45。
1、橋梁設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要概述
設(shè)計(jì)是橋梁工程的靈魂,它在很大程度上決定了橋梁工程的質(zhì)量、造價(jià)、施工難易程度和工期長(zhǎng)短等。缺少創(chuàng)新意識(shí)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)跟不上以及設(shè)計(jì)觀念落后造成的資源浪費(fèi)、安全性問(wèn)題已經(jīng)對(duì)我國(guó)橋梁工程技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)許多負(fù)面影響。近年來(lái),我國(guó)許多橋梁設(shè)計(jì)表面上大都達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)范強(qiáng)度指標(biāo),但實(shí)際使用過(guò)程中部分橋梁僅僅幾年時(shí)間就不同程度地出現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)提出的要求是適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀,這些要求基本上包含了人們關(guān)心的所有重要問(wèn)題。具體的設(shè)計(jì)過(guò)程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。然而在國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,有這樣的傾向:設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少,實(shí)際上目前的橋梁設(shè)計(jì)中,對(duì)于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注,既沒(méi)有明確提出使用年限的要求,也沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的耐久性設(shè)計(jì)(從材料、結(jié)構(gòu)措施及設(shè)計(jì)程序上上保證耐久性,并明確聲明在何種維護(hù)和使用條件下,橋梁具有哪種程度的耐久性);重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài);重視結(jié)構(gòu)的建造而對(duì)于后期的養(yǎng)護(hù)、維修等的長(zhǎng)期綜合成本缺乏考慮?,F(xiàn)在,這些傾向在一定程度上導(dǎo)致了當(dāng)前工程事故頻發(fā)、結(jié)構(gòu)使用性能差、使用壽命短的不良后果。因此,在道路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮構(gòu)造、材料等因素,采取切實(shí)措施加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì),此外,還應(yīng)須知,環(huán)境不同、使用條件不同、設(shè)計(jì)對(duì)象不同,設(shè)計(jì)要求也就不同,橋梁結(jié)構(gòu)體系的布局和構(gòu)造等方面也要隨之進(jìn)行調(diào)整。科學(xué)合理的道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除必須滿足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范基本要求之外,還要求橋梁設(shè)計(jì)人員具有較高的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和正確的實(shí)踐判斷能力。
2、橋梁設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題剖析
2.1 道路橋梁設(shè)計(jì)方案缺乏創(chuàng)新
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,橋梁建設(shè)規(guī)模日益加大,社會(huì)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高層次的要求。然而,在設(shè)計(jì)方面,許多城市仍在沿用過(guò)去的橋梁設(shè)計(jì)方案,原有的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)的交通狀況。橋梁設(shè)計(jì)方案需要?jiǎng)?chuàng)新,但現(xiàn)實(shí)卻不容樂(lè)觀,橋梁設(shè)計(jì)在新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝等方面的運(yùn)用不足。由于橋梁設(shè)計(jì)周期時(shí)間太短、承接的任務(wù)量過(guò)重、盲目的追求經(jīng)濟(jì)效益,而導(dǎo)致橋梁設(shè)計(jì)單位沒(méi)有充足的時(shí)間進(jìn)行研究更有方案,只能按照原來(lái)的舊方案實(shí)施。
2.2 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善,存在缺陷
在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域,特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題還有許多需要改進(jìn)的地方。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì),并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)理論和構(gòu)造體系仍不完善,現(xiàn)實(shí)中,設(shè)計(jì)人員大多會(huì)認(rèn)真考慮道路橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)要滿足規(guī)范的要求和對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中可能經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的各類(lèi)人為因素等方面綜合性考慮不夠全面,比如橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,道路橋梁的計(jì)算圖式和實(shí)際路線不夠明確,使得局部受力過(guò)大,再如混凝土等級(jí)過(guò)低,保護(hù)層厚度過(guò)薄,鋼筋直徑過(guò)小構(gòu)件截面過(guò)薄;這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性,會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。道路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,如果設(shè)計(jì)人員工作態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn),計(jì)算出現(xiàn)失誤等,就更會(huì)直接造成道路橋梁的安全隱患問(wèn)題。然而規(guī)范再詳細(xì)也不能同時(shí)解決所有的問(wèn)題,也適應(yīng)不了新知和新技術(shù)的更新發(fā)展要求。所以設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)中,要從材料、構(gòu)造等多個(gè)角度去加強(qiáng)措施,確保結(jié)構(gòu)的持久性。
2.3 橋梁施工和管理水平不足
橋梁的突然破壞與倒塌,已使工程界對(duì)橋梁安全性問(wèn)題倍加關(guān)注。對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌,工程界則認(rèn)為:主要是由于管理水平低造成的,施工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,典型的問(wèn)題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等;也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問(wèn)題,大量的橋梁在沒(méi)有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí),就出現(xiàn)了病害對(duì)橋梁安全造成致命的損害。特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問(wèn)題,這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系,典型的問(wèn)題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開(kāi)裂。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的響但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性影響很此外,工程施工的材料以次充好,鋼筋保護(hù)層不做,有些施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件開(kāi)裂等,這些都造成了典型的橋梁工程事故,從而對(duì)梁的耐久性產(chǎn)生了不利的影響。
3、改進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)的建議
3.1 提高道路橋梁設(shè)計(jì)水平
橋梁設(shè)計(jì)水平是決定道路橋梁工程成敗的關(guān)鍵所在,提高橋梁設(shè)計(jì)水平,要牢固樹(shù)立“質(zhì)量為本的”的觀念,要給橋梁設(shè)計(jì)單位充足的時(shí)間,認(rèn)真地進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),減少因時(shí)間的匆促而造成的設(shè)計(jì)方案的缺陷;橋梁設(shè)計(jì)方面,設(shè)計(jì)單位要采用高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助手段精心設(shè)計(jì),進(jìn)行有效的快速優(yōu)化和仿真分析,運(yùn)用智能化制造系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)部件,利用GPS和遙控技術(shù)控制橋梁施工。要克服設(shè)計(jì)、施工周期短,中標(biāo)價(jià)格低等不利因素,全力打造精品工程。加強(qiáng)橋梁設(shè)計(jì)在新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝等方面的運(yùn)用,設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目工程實(shí)踐選擇優(yōu)化的方案,不能純粹模仿原有的設(shè)計(jì)方案,敢于創(chuàng)新,同時(shí)更要熟悉施工工作,盡量選擇施工風(fēng)險(xiǎn)較小、施工質(zhì)量易于檢查、控制的結(jié)構(gòu)和施工方法。設(shè)計(jì)人員嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的精神,對(duì)于重大工程和工程關(guān)鍵部分,一定要對(duì)此核算,認(rèn)真把關(guān),杜絕因計(jì)算結(jié)果有誤而引發(fā)的事故發(fā)生。
3.2 加強(qiáng)橋梁驗(yàn)收工作,重視橋梁維護(hù)
新建橋梁在竣工后要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,在驗(yàn)收時(shí)尤其是一些關(guān)鍵項(xiàng)目的檢測(cè)極為重要。例如,墩臺(tái)的設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、混凝土的強(qiáng)度等,要將這些作為技術(shù)資料存入到竣工檔案,來(lái)為今后的橋梁檢測(cè)提供一些可靠的數(shù)據(jù)。在對(duì)舊橋梁進(jìn)行加固和改造時(shí),要選擇那些技術(shù)裝備齊全的施工隊(duì)伍進(jìn)行,確保工程順利進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì);隔震設(shè)計(jì)
橋梁是現(xiàn)代城市化建設(shè)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施,它具有極強(qiáng)的社會(huì)公共性,建設(shè)時(shí)其投資較大且后期運(yùn)營(yíng)管理中也相對(duì)困難。另外橋梁作為危機(jī)管理系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分,應(yīng)當(dāng)具備較強(qiáng)的抗震性能,因?yàn)闃蛄嚎拐鹦阅艿奶岣呖梢杂行У販p少地震后的損失。
1. 橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的好處和重要性
1.1橋梁隔震設(shè)計(jì)的重要性。
(1)橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)指的是在橋梁建設(shè)時(shí)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(zhǎng),另外還要安裝阻尼器來(lái),這樣做是為了提高橋梁的阻尼效應(yīng),可以再地震發(fā)生時(shí)降低地震的作用。
(2)近些年,國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)際在橋梁的隔震設(shè)計(jì)方面加強(qiáng)了研究取得了很多重大的突破。但我國(guó)在這些方面還比較落后,研究還處于初級(jí)階段且缺乏系統(tǒng)性,主要一些方法大多采用國(guó)外的研究經(jīng)驗(yàn)和成果。
1.2橋梁隔震設(shè)計(jì)的好處。
(1)在橋梁的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)隔震設(shè)計(jì),可以有效地改善和分解地震后的地震力在各結(jié)構(gòu)支座間力的分布情況,這樣可以保護(hù)橋梁的基礎(chǔ)部位,同時(shí)對(duì)橋梁的上部結(jié)構(gòu)可以有效地支撐和保護(hù)。
(2)在橋梁設(shè)計(jì)中的相關(guān)隔震設(shè)計(jì)可起到調(diào)節(jié)橫向剛度的作用,這樣可以改善橋梁結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)平衡的問(wèn)題,有效地降低了地震力。
(3)在橋梁設(shè)計(jì)中的上部結(jié)構(gòu)時(shí),采用隔震減少甚至消除地震后橋梁的上下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的超出建設(shè)彈性范圍的現(xiàn)象, 防止超出彈性范圍后局部部位發(fā)生變形。
(4)在橋梁設(shè)計(jì)中進(jìn)行隔震系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以取得比普通抗震設(shè)計(jì)更好的抗震效能,這樣就在不增加工程造價(jià)的情況下,還提高了工程的質(zhì)量。
(5)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)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(fā)生變化,它們的形變相對(duì)也較小,這樣就能為城市建設(shè)中高架橋梁設(shè)計(jì)中多跨連續(xù)梁橋的采用,即減小伸縮縫的使用提供了方便。
(6)與那些未采用隔震設(shè)計(jì)的橋梁相比較,采用了隔震設(shè)計(jì)的橋梁可以在經(jīng)歷了較大的地震后,較容易地更換隔震設(shè)計(jì)和裝置,且維修的時(shí)間相對(duì)較短,維修的費(fèi)用也相對(duì)較低。
2. 橋梁隔震設(shè)計(jì)理論概述
2.1隔震技術(shù)的原理。隔震是抗震方式發(fā)展的一種新形式和新趨勢(shì),它的作用是通過(guò)減小而并非抵抗地震的作用來(lái)起到橋梁的保護(hù)結(jié)構(gòu)不受損、橋梁的抗震能力增強(qiáng)的效果。在通常的橋梁設(shè)計(jì)和施工中,提高橋梁抗震效果的方法通常是通過(guò)提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和變形能力。與之相對(duì)比,橋梁的隔震設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)在于引入了柔性裝置的設(shè)計(jì),這樣做就使橋梁的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以與水平地面運(yùn)動(dòng)在一定程度上的關(guān)聯(lián)性減少,使重要構(gòu)件在地震后不會(huì)發(fā)生破壞性的損傷,使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度比地面的加速度小,另外,由于采用了阻尼設(shè)計(jì),這樣阻尼就有效地將地震帶來(lái)的能量得到消耗,當(dāng)能量傳遞到橋梁上部以及隔震結(jié)構(gòu)時(shí)作用力已大大減小。
2.2隔震技術(shù)的特點(diǎn)。
(1)隔震技術(shù)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的的應(yīng)用,主要目的就是為了利用這些隔震裝置達(dá)到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量和降低地震后結(jié)構(gòu)毀壞和變化的效果。在橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí),最關(guān)鍵的因素就是要求要有合理的設(shè)計(jì),使相關(guān)的抗震系統(tǒng)構(gòu)件能夠具有較強(qiáng)的彈性和可塑性。
(2)隔震技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的采用,一方面可起到減少工程造價(jià)同時(shí)提高工程效能的效果,它往往要比常規(guī)的抗震設(shè)計(jì)的抗震性能高,可以有效地保護(hù)橋梁墩柱,達(dá)到降低橋梁墩柱延性需求的作用和目的;另一方面上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)超出彈性范圍的反映和現(xiàn)象,對(duì)于那些在地震后難以檢查或者修復(fù)的地方,隔震設(shè)計(jì)可以避免在這些部位發(fā)生嚴(yán)重的非彈性變形。
2.3橋梁隔震設(shè)計(jì)的基本原則。橋梁隔震設(shè)計(jì)是加強(qiáng)橋梁抗震性能的重要要求,但在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守以下幾個(gè)基本原則,只有認(rèn)真遵守這些原則,才能有效地、切實(shí)地提高橋梁抗震效能,這些原則分別是:
(1)應(yīng)對(duì)橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的考察,考察應(yīng)當(dāng)以其周期增長(zhǎng)后系統(tǒng)能否有效地提高地震時(shí)能量的吸收,且以這個(gè)為判斷的判據(jù)。對(duì)于不適合進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的橋梁地段,不能盲目地進(jìn)行施工。
(2)隔震裝置在橋梁設(shè)計(jì)中若被采用,則它的上部結(jié)構(gòu)在地震后會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的位移,這將對(duì)橋梁的后期使用和功能產(chǎn)生
影響,因此在地震后,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)隔震裝置的修補(bǔ)和完善。
(3)若在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用了相關(guān)的隔震措施,那么應(yīng)當(dāng)保證橋梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震設(shè)計(jì)所起到的抗震性能的大小。
(4)應(yīng)當(dāng)對(duì)采用隔震措施橋梁附近的地質(zhì)環(huán)境以及橋梁地基進(jìn)行科學(xué)地研究和勘測(cè),隔震橋梁附近應(yīng)當(dāng)具有較為堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)條件。
(5)在采用隔震裝置時(shí),應(yīng)當(dāng)盡可能地選擇和采用那些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且同時(shí)符合所需隔震性能的裝置,且應(yīng)當(dāng)保證在其力學(xué)性能的范圍內(nèi)科學(xué)地采用。
3. 橋梁的隔震設(shè)計(jì)
3.1隔震裝置的設(shè)計(jì)。
(1)隔震裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的設(shè)計(jì)是隔震橋梁抗震設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方面。隔震裝置的設(shè)計(jì)是隔震設(shè)計(jì)的中心,當(dāng)前,在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中較為普遍采用的方法是彈性反應(yīng)譜法,這種方法被大部分國(guó)家采用,但有不同的規(guī)范,主要有美國(guó)的、日本的和歐洲的規(guī)范,它們之間區(qū)別不大,主要在于計(jì)算公式的不同,這些計(jì)算公式是指隔震裝置等效剛度的計(jì)算和和等效阻尼的計(jì)算,與之相對(duì)比,那些復(fù)雜性強(qiáng)或較為不規(guī)則的橋梁,較為常用的方法是時(shí)程方法。
(2)彈性反應(yīng)譜方法之所以得到普遍采用,一方面是因?yàn)槭┕r(shí)計(jì)算的相對(duì)簡(jiǎn)單,另一方面是因?yàn)樗同F(xiàn)有的規(guī)范計(jì)算方法很接近,這樣便易于接受,最后應(yīng)當(dāng)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(jì)算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關(guān)的,繼而隔震裝置的變形又與整個(gè)橋梁的地震響應(yīng)程度有關(guān)系,所以客觀上要求我們對(duì)于采用彈性反應(yīng)譜方法進(jìn)行的隔震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)不斷完善和變化的過(guò)程。由于在具體的計(jì)算中,對(duì)于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和達(dá)到?jīng)]有直接的公式可采用,因此這就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的程度有較好的掌握和預(yù)估,地震發(fā)生后,較為熟練的工程師可以依據(jù)其長(zhǎng)期工作的經(jīng)驗(yàn)初步地制定設(shè)計(jì)方案,方案完成后,再用一系列的時(shí)程來(lái)分析和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否合理。
3.2細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)。橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中同樣發(fā)揮著巨大的作用,這些附屬結(jié)構(gòu)和構(gòu)件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等,通過(guò)對(duì)諸多震害調(diào)查的分析和動(dòng)力時(shí)程分析我們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造是影響橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和隔震效果的重要方面。但當(dāng)前普遍存在的問(wèn)題是大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員會(huì)忽略細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)、將其置于次要地位,另外一方面這也是由于在地震響應(yīng)的計(jì)算時(shí)附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法較為復(fù)雜造成的。在細(xì)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)具有良好的連續(xù)性。
4. 結(jié)束語(yǔ)
橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)是提高橋梁工程質(zhì)量的重要方面,雖然目前我國(guó)的隔震技術(shù)還處于初級(jí)階段,但我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)地吸收和借鑒國(guó)外的一些技術(shù)經(jīng)驗(yàn),完善我國(guó)國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì),提高橋梁的抗震性能。
參考文獻(xiàn)
[1]朱東生.橋梁抗展設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的研究(博士學(xué)位論文)西南交通大學(xué),1999年.
【關(guān)鍵詞】景觀;橋梁;設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào): P901 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、前言
由于橋梁工程的不斷壯大,景觀的設(shè)計(jì)技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。雖然我國(guó)在景觀設(shè)計(jì)技術(shù)上有所成就,但在實(shí)際施工過(guò)程,依然存在一些不足和需要改進(jìn)的地方。因此加強(qiáng)景觀設(shè)計(jì)的技術(shù)提高,對(duì)我國(guó)橋梁工程起著重要的作用。
二、景觀橋梁概念
橋梁是跨越河流、溝谷或其他交通線路時(shí)設(shè)置的建筑物,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,橋梁在滿通需求的前提下,在力學(xué)規(guī)律和美學(xué)法則支配下不斷向景觀方面發(fā)展,成為人文科學(xué)、工程技術(shù)和藝術(shù)三位一體的產(chǎn)物。景觀橋是指在橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中,對(duì)周?chē)h(huán)境要素的整體考慮和設(shè)計(jì)(包括自然要素和人工要素),使得橋梁與自然環(huán)境產(chǎn)生呼應(yīng)關(guān)系,使其使用更方便,更舒適,更具美感構(gòu)成的景觀的橋梁。
景觀橋的特征:符合安全、經(jīng)濟(jì)、適用的基本設(shè)計(jì)原則;橋梁符合更方便、更舒適、更具美感原則;符合橋梁與環(huán)境相呼應(yīng)產(chǎn)生美感的原則;體現(xiàn)本地區(qū)的自然、人文景觀、歷史文化或城市文化的內(nèi)涵,具有象征意義橋梁,由于它橫跨在江河或城市交通線路之上,縱覽山河,廣受關(guān)注、歷經(jīng)滄桑,往往成為審美的對(duì)象。一座完美的橋梁不僅體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者非凡的智慧和創(chuàng)造力,而且會(huì)成為本地區(qū)的時(shí)代象征審美的對(duì)象和文化的遺產(chǎn)。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)于景觀的要求、視覺(jué)的享受都在不斷的提高。橋梁從最初的使用功能,發(fā)展到今天已成為了人文景觀和歷史文化的載體;一些大型的景觀橋梁,更是成為了地區(qū)的標(biāo)志性建筑。
三、景觀橋梁的設(shè)計(jì)意義
橋梁作為一種建筑,尤其是大橋、特大橋,它兼具有使用和觀賞兩項(xiàng)功能,在滿足人們交通使用需求的同時(shí),還以其巨大的體量及獨(dú)特的造型滿足了人們的觀賞、改變了環(huán)境景觀。以及城市景觀蘊(yùn)含著豐富的歷史,地域和時(shí)代意義的景觀橋也往往作為一個(gè)城市的地標(biāo)性建筑,成為城市文化的聚焦及城市形象的窗口。
橋梁景觀總是與橋梁周邊環(huán)境、城市景觀相伴相生,其復(fù)合景觀意義更大。如悉尼大橋與悉尼歌劇院的伴生景觀成為悉尼甚至澳大利亞的標(biāo)志;武漢長(zhǎng)江大橋與與龜蛇兩山的伴生景觀一直為武漢城市的驕傲。景觀的伴生效果實(shí)質(zhì)為環(huán)境中的景觀和諧與有機(jī)的結(jié)合,這里的環(huán)境既包含自然環(huán)境因素又包含人文環(huán)境因素。
景觀橋除以其流暢的形態(tài)、簡(jiǎn)約的造型、大空間的跨越產(chǎn)生巨大物質(zhì)景觀的震撼外,歷史事件、歷史人物的介入或其表現(xiàn)出的人類(lèi)自我價(jià)值的實(shí)現(xiàn)又使橋梁橫生出文化景觀的韻味。
景觀橋梁在城市格局中的戰(zhàn)略性地位使其夜景觀成為城市亮化的一重要組成。橋梁所處的濱水區(qū)域,其廣闊的視域是城市景觀的表達(dá)重點(diǎn),橋梁夜景觀對(duì)于表現(xiàn)城市夜景觀的景深與空間層次有重要作用。這為傳統(tǒng)橋梁景觀設(shè)計(jì)所不包容。
四、觀橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念
橋梁美學(xué)對(duì)景觀橋梁的設(shè)計(jì)提出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn):首先,橋梁必須同周邊環(huán)境相容;其次,橋梁本身作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體要能給人愉悅的感覺(jué)。環(huán)境可以理解為空間感覺(jué)和時(shí)間概念,其中空間因包括自然風(fēng)光及地形的規(guī)模和特點(diǎn)、人工環(huán)境的規(guī)模和特點(diǎn),時(shí)間因素包括當(dāng)?shù)貥蛄航ㄔO(shè)的歷史和傳統(tǒng)、技術(shù)和文化水平。
具體來(lái)說(shuō),景觀橋梁的設(shè)計(jì)包括主體景觀設(shè)計(jì)、自然景觀設(shè)計(jì)及人文景觀設(shè)計(jì)3方面。主體景觀設(shè)計(jì)包含橋型、線型、景觀元素、色彩、肌理、景觀寓意等6個(gè)方面;自然景觀設(shè)計(jì)包括與結(jié)合道路的融合度、與相鄰自然景觀的協(xié)調(diào)等;人文景觀設(shè)計(jì)包括與文化、經(jīng)濟(jì)、政治、歷史等因素的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)傳統(tǒng)意義上的橋梁美學(xué)要求,結(jié)合國(guó)外景觀橋梁建設(shè)的具體經(jīng)驗(yàn),可以將景觀橋梁的設(shè)計(jì)理念歸納為以下6條。
1、保證橋梁使用功能要求的原則。
即景觀建設(shè)項(xiàng)目不能影響橋梁的交通功能不能侵人通航、行車(chē)凈空限界,影響通航、行車(chē)夜景燈光照度不能影響行車(chē)。
2、質(zhì)量、安全原則。
以橋梁受力為主體的藝術(shù)造型美學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)不降低結(jié)構(gòu)承載能力、結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)使用壽命。在此范圍內(nèi),景觀設(shè)計(jì)應(yīng)服從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。除此之外,因藝術(shù)造型而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,增加了設(shè)計(jì)和施工難度等,不應(yīng)成為否定景觀設(shè)計(jì)方案的主要理由,而應(yīng)由建設(shè)單位采用補(bǔ)償設(shè)計(jì)費(fèi)和工程費(fèi)的辦法來(lái)解決。
3、以橋梁結(jié)構(gòu)作為載體的景觀建設(shè)項(xiàng)目,如夜景燈飾、涂裝等,不會(huì)影響工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力,不應(yīng)受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制,而應(yīng)以充分發(fā)揮景觀的美學(xué)效應(yīng)為主旨。
4、橋位周邊景觀是實(shí)施景觀建設(shè)的重要因素。
根據(jù)周邊景觀的特點(diǎn),充分考慮橋梁與周邊景觀的相互作用,采用消去法或強(qiáng)調(diào)法進(jìn)行景觀橋梁設(shè)計(jì),以創(chuàng)造出更高水平的景觀。
5、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)維護(hù)原則。橋梁景觀建設(shè)應(yīng)維護(hù)環(huán)境生態(tài)平衡,保護(hù)珍稀動(dòng)植物和橋址處特有的地質(zhì)風(fēng)貌,杜絕聲、光、電對(duì)環(huán)境的污染。
6、尊重地區(qū)文化。在民風(fēng)、民俗特色比較強(qiáng)的地區(qū),景觀橋梁的設(shè)計(jì)從抽象的象征意義到具體的造型與色調(diào)方面,都應(yīng)突出地區(qū)的文化色彩。
五、景觀橋梁的設(shè)計(jì)
1、橋梁形式的選擇
橋梁的形式有梁式橋、拱橋、剛構(gòu)橋、斜拉橋、懸索橋,以及以上橋型的組合。
(1)梁式橋
梁式橋具有簡(jiǎn)潔有力、水平伸展的動(dòng)力感。對(duì)于其形態(tài)特征的表現(xiàn),則需將梁體結(jié)構(gòu)處理得連續(xù)流暢,盡量減少橋墩的數(shù)量,所謂“墩林”則有礙表現(xiàn)梁式橋的形態(tài)特征。
(2)拱橋
拱橋的形態(tài)千變?nèi)f化,要從拱的受力特點(diǎn)出發(fā),結(jié)合景觀需要,重視對(duì)拱形狀的研究。拱橋優(yōu)美的曲線,會(huì)給人一種韻律感。拱要選用適當(dāng)?shù)氖缚绫?,使拱的?yōu)美曲線得以表現(xiàn),同時(shí)注意拱腳與拱座的關(guān)系。
(3)剛構(gòu)橋
剛構(gòu)橋簡(jiǎn)練、挺拔的形態(tài),具有強(qiáng)勁的動(dòng)力感。高墩大跨、斜腿剛構(gòu)、V形墩剛構(gòu)橋,讓剛構(gòu)橋的形式也變得多姿多彩。
(4)斜拉索橋
斜拉橋挺拔、舒展、具有強(qiáng)烈的跨越感,包括簡(jiǎn)潔纖細(xì)的主梁、排列有序的斜拉索和挺拔的索塔,其中,在景觀上索塔是重點(diǎn)的表現(xiàn)對(duì)象。
(5)懸索橋
懸索橋流暢的曲線主旋律,節(jié)奏優(yōu)美的主韻律,氣質(zhì)磅礴的總體造型,其重點(diǎn)表現(xiàn)對(duì)象仍然是索塔。
2、橋梁色彩、材質(zhì)的選擇
(1)色彩
橋梁建筑色彩不僅需要考慮橋梁本身,而且還要考慮與周?chē)h(huán)境的和諧統(tǒng)一。橋梁色彩通常以簡(jiǎn)單、淡雅為宜,用小面積的色塊作為對(duì)比來(lái)突破總體的單調(diào),起到補(bǔ)充強(qiáng)化的作用。橋梁色彩處理除本身和諧統(tǒng)一外,還必須與特性相一致。由于橋梁建筑是由各種物質(zhì)材料構(gòu)成的,它的色彩和質(zhì)感必然在一定程度上受到建筑材料的限制和影響。
(2)材質(zhì)
對(duì)于橋梁材質(zhì),應(yīng)盡量發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料固有的美,同時(shí)還應(yīng)注意就地取材,充分利用具有地方特色的材料,利用材料的自然美和對(duì)比效果,以取得建筑的樸素和自然美。橋梁飾板、梁和細(xì)柱適宜用光面,橋梁墩臺(tái)宜用粗糙的表面。
3、景觀橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題
橋梁造型與周?chē)h(huán)境相融合,即可構(gòu)成景觀美的重要因素。如何運(yùn)用環(huán)境條件去組景和借景,是景觀橋梁設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。
(1)跟風(fēng)的誤區(qū)
橋梁的平面布局,空間組合時(shí),比例、尺度要與環(huán)境做整體考慮,做到橋梁配合環(huán)境,環(huán)境使橋梁增色。筆者就曾遇見(jiàn)過(guò)數(shù)次,不管河床的大小,不管周?chē)h(huán)境如何,看到別人做懸索橋、斜拉橋,就要求做懸索橋、斜拉橋,結(jié)果只會(huì)讓大量的資金變成周?chē)坝^的敗筆。
(2)關(guān)于裝飾類(lèi)假結(jié)構(gòu)的誤區(qū)
現(xiàn)在我國(guó)的景觀橋梁中,梁橋配假懸索、斜拉索、假拱片層出不窮,部分人反對(duì),部分人贊成。但筆者認(rèn)為對(duì)此類(lèi)橋梁應(yīng)辯證分析,如果這種橋型適應(yīng)周?chē)沫h(huán)境,能夠比真懸索橋、斜拉索、拱橋更簡(jiǎn)單的施工工藝,更低的造價(jià)達(dá)到懸索橋、斜拉橋、拱橋的效果,筆者認(rèn)為就應(yīng)該提倡,不適應(yīng)周?chē)沫h(huán)境,那就是畫(huà)蛇添足,就應(yīng)進(jìn)行制止。
(3)關(guān)于橋梁效果圖的誤區(qū)
隨著科技的日新月異,現(xiàn)在景觀橋梁設(shè)計(jì)前都會(huì)先制作效果圖,進(jìn)行方案選擇。然而一些設(shè)計(jì)往往是效果圖很漂亮,但竣工完成的橋梁卻顯得與周?chē)沫h(huán)境格格不入。究其原因,筆者認(rèn)為制作效果圖時(shí),進(jìn)行了唯美的設(shè)計(jì),筆者建議直接將橋位處的照片做背景,同時(shí)注意模型的視點(diǎn)、視角與照片相同。
六、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)景觀橋梁的設(shè)計(jì)問(wèn)題分析,進(jìn)一步明確了景觀設(shè)計(jì)在橋梁工程中的應(yīng)用方向。因此,在橋梁工程的后續(xù)發(fā)展中,要不斷提高景觀設(shè)計(jì)技術(shù)的研究,促進(jìn)我國(guó)橋梁工程的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]徐風(fēng)云,趙勇 橋梁景觀概論 橋梁建設(shè) 2003年
1.1橋跨布置為滿足高速列車(chē)運(yùn)行安全性和旅客乘坐舒適度的要求,高速鐵路橋梁應(yīng)符合軌道穩(wěn)定性、平順性的要求,結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的豎向剛度、橫向剛度和抗扭剛度,并具有足夠的耐久性和良好的動(dòng)力性能;同時(shí),為滿足施工、運(yùn)營(yíng)等各方面的要求,高速鐵路橋梁還應(yīng)構(gòu)造簡(jiǎn)潔、力求標(biāo)準(zhǔn)化、便于施工架設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修,且盡量美觀。因此,在橋跨布置選擇上盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨度簡(jiǎn)支箱梁及連續(xù)梁。根據(jù)我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路的具體情況及多年來(lái)各條客運(yùn)專(zhuān)線的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn),綜合梁體剛度、動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性及施工養(yǎng)護(hù)等多方面因素,成渝客專(zhuān)確定了以32m標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支箱梁為主,其他結(jié)構(gòu)客專(zhuān)橋梁設(shè)計(jì)及特點(diǎn)在適宜的條件下采用的橋跨布置原則。橋跨布置有以下幾個(gè)特點(diǎn):橋跨布置優(yōu)先采用32m跨,當(dāng)?shù)匚锟刂菩枵{(diào)整跨度時(shí),可采用24m跨調(diào)整,作為調(diào)跨使用時(shí),24m箱梁梁高與32m箱梁等高處理。一般不采用跨度小于24m的簡(jiǎn)支梁,當(dāng)需要采用小跨度時(shí),可采用框架、連續(xù)剛構(gòu)等。當(dāng)跨越道路、河流等采用32m簡(jiǎn)支箱梁不能滿足跨越要求時(shí),可采用大跨度橋梁結(jié)構(gòu)跨越。1.2墩臺(tái)選擇1)橋墩。成渝客專(zhuān)橋墩采用了圓端形實(shí)體墩、圓端形空心墩、圓形墩等結(jié)構(gòu)形式,其橋墩設(shè)計(jì)主要需要滿足幾方面的要求:首先必須滿足高速鐵路行車(chē)安全性和旅客乘坐舒適性的要求,橋墩墩頂縱向水平線剛度及墩頂橫向水平位移引起的橋面處梁端水平折角均應(yīng)滿足TB10621-2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)的相關(guān)要求;其次應(yīng)注意景觀效果,橋墩的設(shè)計(jì)應(yīng)與梁部的外形相匹配,使橋梁上部與下部構(gòu)造和諧,銜接自然;還要易于施工和養(yǎng)護(hù)維修,并盡量減少墩型種類(lèi),以便于施工組織。成渝客專(zhuān)橋墩類(lèi)型結(jié)合橋梁功能合理選用,一般采用圓端形橋墩,墩高15m以下采用直坡實(shí)體墩,墩高15m~25m采用變坡實(shí)體墩,墩高大于25m時(shí)采用變坡空心墩;斜交角度較小的跨河橋梁中,根據(jù)防洪評(píng)價(jià)意見(jiàn)采用圓形橋墩。2)橋臺(tái)。成渝客專(zhuān)橋臺(tái)采用矩形空心橋臺(tái),為方便軌道板布置,橋臺(tái)長(zhǎng)度一般采用5.6m,臺(tái)后填土一般5m~8m。為了便于臺(tái)后施工,保證臺(tái)后填料振搗壓實(shí),臺(tái)身后坡采用直墻式。1.3橋梁基礎(chǔ)1)樁基承臺(tái)。樁基承臺(tái)尺寸確定的原則是:整體最不利位置剛性角不大于45°,剛性角不滿足要求時(shí),采用加高承臺(tái)或設(shè)置墊塊的方式處理。承臺(tái)采用六面配筋,底層鋼筋配筋采用撐桿—系桿體系進(jìn)行計(jì)算確定,且滿足TB10621-2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)的相關(guān)要求,頂面鋼筋的直徑不應(yīng)小于16mm、間距不應(yīng)大于15cm,其余四面按構(gòu)造要求配筋。2)樁基。成渝客專(zhuān)橋梁樁基原則上采用鉆孔灌注樁,根據(jù)不同的地質(zhì)情況按摩擦樁或柱樁進(jìn)行計(jì)算。樁身配筋根據(jù)計(jì)算確定,且在鉆孔樁樁頭2.5倍~3.0倍樁徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)加密箍筋,箍筋間距不應(yīng)大于10cm,直徑不應(yīng)小于10mm,樁身縱向鋼筋的配筋率不宜小于0.5%。
2代表性橋梁設(shè)計(jì)方案
資陽(yáng)沱江多線特大橋見(jiàn)圖1。本橋跨越成渝鐵路及沱江規(guī)劃V級(jí)航道,受大里程資陽(yáng)車(chē)站站位影響,線位與成渝鐵路交角54°,與沱江交角約50°,根據(jù)通航及行洪要求,采用(90+180+90)m連續(xù)梁—拱組合體系跨越沱江,邊跨跨越既有成渝鐵路。橋梁大里程側(cè)為資陽(yáng)車(chē)站咽喉區(qū)。線路設(shè)計(jì)速度為250km/h,線下預(yù)留提速350km/h條件,橋上為無(wú)砟軌道、無(wú)縫線路。橋址范圍內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。主跨(90+180+90)m連續(xù)梁—拱組合體系結(jié)構(gòu),采用先梁后拱的施工方法,先采用懸灌法施工連續(xù)梁部,梁部施工完成后在梁上搭設(shè)支架施工拱部分。梁體為單箱雙室、變高度、變截面箱梁,中跨中部21m(梁高4.5m)和邊跨端部11.3m(梁高4.8m)梁段為等高梁段;中墩處梁高為10m。箱梁頂板寬14.2m,中支點(diǎn)處局部頂寬16.6m;箱梁頂板厚0.45m,中支點(diǎn)處局部頂板厚1.05m,邊支點(diǎn)處局部頂板厚0.72m;箱梁底寬10.8m,中支點(diǎn)處局部底寬13.8m;底板厚度0.4m~1.06m,中支點(diǎn)處局部底板厚1.50m,邊支點(diǎn)處局部底板厚0.85m;腹板厚分為0.4m,0.55m,0.70m三種,中支點(diǎn)處腹板厚0.85m。設(shè)計(jì)矢高36.0m,矢跨比f(wàn)/L=1∶5,拱軸線采用二次拋物線,拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu),采用等高度啞鈴形截面,截面高度3.1m。拱肋弦管直徑1.1m,由δ=20mm,24mm厚的鋼板卷制而成,弦管之間采用δ=16mm厚鋼綴板連接,拱肋弦管及綴板內(nèi)填充微膨脹混凝土。兩榀拱肋間橫向間距11.9m。兩榀拱肋之間共設(shè)9道橫撐,其中拱頂橫撐為“米”字形,其余8道為K形。全橋共設(shè)置18組吊桿,順橋向間距為9.0m。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:公路橋梁設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)要點(diǎn);主要問(wèn)題;思考
我國(guó)公路工程建設(shè)規(guī)模的發(fā)展不斷壯大,各種公路工程施工任務(wù)漸漸增多,人們對(duì)公路橋涵結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究和設(shè)計(jì)的熱情也日益高漲,繼而公路橋梁工程的建設(shè)也顯得越來(lái)越重要。公路橋梁的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到橋梁的安全性和耐久性在公路橋梁設(shè)計(jì)研究地過(guò)程中出現(xiàn)地各自為政、以我為標(biāo)的局面不僅造成了大量的人力資源浪費(fèi),也給公路橋梁的系統(tǒng)性養(yǎng)護(hù)管理造成了困難,所以亟待解決。
1 公路橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.1 橋梁設(shè)計(jì)與環(huán)境配合
尤其要注意在山區(qū)橋梁的建設(shè)中與環(huán)境的配合,隨著橋梁樁基礎(chǔ)的樁基的成孔技術(shù)和手段越來(lái)越為豐富,工程成本越來(lái)越小,工程質(zhì)量越來(lái)越高,在公路橋梁的廣泛應(yīng)用,特別是在強(qiáng)度高且并不透水的地質(zhì)條件下,挖孔樁已被廣泛應(yīng)用,因此梁式橋梁選擇基礎(chǔ)方案時(shí)慎用擴(kuò)大基礎(chǔ)。
1.2 對(duì)高速公路橋梁設(shè)計(jì)的一般要求
對(duì)于大跨徑橋梁,采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,在橋位基本確定本著因地制宜,設(shè)計(jì)師應(yīng)在綜合比較的基礎(chǔ)上結(jié)合橋梁周邊地質(zhì)等因素選橋型方案。應(yīng)嚴(yán)格遵循的主要原則是在滿足橋梁使用功能要求下力求,橋梁造型新穎合理,特別要注重墩高與橋跨的周?chē)w景觀相互協(xié)調(diào);橋梁設(shè)計(jì)在滿足造價(jià)預(yù)算的前提下應(yīng)盡量滿足結(jié)構(gòu)整體性好的橋型;盡量做到應(yīng)選用技術(shù)成熟結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)化施工,快速簡(jiǎn)便的橋型方案,保證橋梁早日順利投入使用。
1.3 高速公路橋梁上部設(shè)計(jì)的基本原則
從上部和下部設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行上部設(shè)計(jì),應(yīng)注重合理構(gòu)造和設(shè)計(jì)。主線橋梁?jiǎn)慰卓鐝降臉蛄海话憧刹捎妙A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu);其余跨徑的橋梁宜采普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單孔跨徑以下宜采用其他連續(xù)結(jié)構(gòu),對(duì)于跨河橋梁盡量采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu),對(duì)于山區(qū)內(nèi)中支架現(xiàn)澆難度較大的問(wèn)題等跨徑的大橋,因受現(xiàn)澆難度非常大,也宜采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。
1.4 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下部結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)支撐力的要求,同時(shí)在外形上要做到與上部結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)、布置均勻。
1.5 設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題
高速公路橋梁設(shè)計(jì)除了應(yīng)遵循的一般性要求和基本原則外,還具有與一般橋梁設(shè)計(jì)的差異之處,設(shè)計(jì)中為避免在施工和運(yùn)營(yíng)階段,應(yīng)強(qiáng)調(diào)支座安放必須水平,防止主梁沿支座產(chǎn)生不可恢復(fù)位移,施工應(yīng)保證支座要水平放置。
2 現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題
2.1 方案設(shè)計(jì)的不合理性
在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題存在不少需要改進(jìn)的地方,許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性小;有的計(jì)算圖式和受力路線不明確,造成局部受力過(guò)大;這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性,會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。
2.2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)水平較低
國(guó)內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌,已使工程界對(duì)橋梁安全極為重視,大家一般會(huì)認(rèn)為事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。
2.3 設(shè)計(jì)理論不夠完善
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì),并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)的設(shè)計(jì),它只定義了設(shè)計(jì)建成時(shí)刻結(jié)構(gòu)具有的工作能力和性能,只考慮了建造成本,卻忽視了營(yíng)運(yùn)期的維護(hù)成本和與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益。
2.4 設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏充足的經(jīng)驗(yàn)
不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求,不少橋梁雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求,僅用了五年到十年的時(shí)間就因?yàn)槟途眯猿隽藛?wèn)題影響結(jié)構(gòu)安全,結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問(wèn)題,設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。因此這就還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。
3 對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)的思考
3.1 橋梁安全性、耐久性差的主要原因
橋梁的安全性和耐久性是橋梁設(shè)計(jì)者永遠(yuǎn)追求不變的宗旨。所謂安全性是指結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力,主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和結(jié)構(gòu)的整體牢固性上。耐久性是指結(jié)構(gòu)抵抗外界環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)發(fā)生不少橋梁倒塌的嚴(yán)重事故,很多事故是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不規(guī)范或施工不注意質(zhì)量控制造成的。
3.2 提高安全性,耐久性的措施
從思想上強(qiáng)化責(zé)任,要求,建立、完善公路橋梁設(shè)計(jì)責(zé)任體系,落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任機(jī)制,強(qiáng)化責(zé)任意識(shí),層層落實(shí)責(zé)任,確保橋梁設(shè)計(jì)責(zé)任到崗、責(zé)任到人,按屬地管理原則加強(qiáng)安全監(jiān)管,敦促公路橋梁的建設(shè)、改造、養(yǎng)護(hù)等相關(guān)單位履行好企業(yè)主體職責(zé),確保橋梁安全。重視汽車(chē)超載問(wèn)題,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,科學(xué)使用材料:鋼筋混凝土的質(zhì)量和合理使用對(duì)橋梁的安全性具有極其重要的作用。提高對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重視程度,只有切實(shí)提高對(duì)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的重視,才能有效避免此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生,并且有效提高橋梁的使用壽命。重視橋梁疲勞損傷問(wèn)題的研究,應(yīng)積極借鑒歐美等先進(jìn)國(guó)家的做法:我們的工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該博采眾長(zhǎng),取長(zhǎng)補(bǔ)短,積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果,避免走彎路,從而提高我國(guó)公路橋梁建設(shè)的成效,使之可以跨入一個(gè)新的臺(tái)階。
4 結(jié)語(yǔ)
展望我國(guó)公路建沒(méi)的前景將是一片繁榮,因而橋梁新建、改建、加固的任務(wù)依然很重。而橋梁設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員具有豐富的理論知識(shí),并且盡量避免主觀經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響,橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問(wèn)題,應(yīng)積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),正視不足之處,并能認(rèn)真解決公路橋梁建設(shè)中所存在的問(wèn)題,除了注重設(shè)計(jì)建成時(shí)具有的工作能力和性能外,還應(yīng)該更為重視營(yíng)運(yùn)期的維護(hù)成本與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益,并且加強(qiáng)從橋梁設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,還要善于結(jié)合工程實(shí)際分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,根據(jù)場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)狀況以及樁基本身的各項(xiàng)指標(biāo),運(yùn)用合理的計(jì)算分析手段,準(zhǔn)確地確定樁基承載力,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的設(shè)計(jì)效果。
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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