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時(shí)間:2023-03-16 17:31:46
導(dǎo)言:作為寫(xiě)作愛(ài)好者,不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇橋梁設(shè)計(jì)論文,它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
1.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展從1963年美國(guó)MIT機(jī)械工程Coons,首次提出了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(CAD)概念開(kāi)始,軍工、航空航天以及精密制造業(yè)等領(lǐng)域就開(kāi)始了CAD的研究與開(kāi)發(fā)。到20世紀(jì)80年代,CAD技術(shù)開(kāi)始走向成熟,并廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域,開(kāi)始出現(xiàn)在PC終端系統(tǒng)中。1989年,PTC公司推出Pro/Engineer產(chǎn)品,用參數(shù)化的特征設(shè)計(jì)為CAD三維設(shè)計(jì)建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。此后,隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,三維CAD設(shè)計(jì)開(kāi)始普遍應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車及精密儀器制造業(yè)等領(lǐng)域[1-3]。
1.2三維設(shè)計(jì)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域,三維設(shè)計(jì)技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展,其中在水利水電、公用與民用建筑等行業(yè)已經(jīng)取得較為廣泛的應(yīng)用,初步實(shí)現(xiàn)了二維設(shè)計(jì)向三維協(xié)同設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換。如圖1所示。圖1水電廠房剖切視圖對(duì)于公路工程,特別是橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域,CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)較為緩慢,大多還處于二維階段,或者應(yīng)用其他主流的三維CAD平臺(tái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維展示,中國(guó)交通部公路科學(xué)研究所研發(fā)的橋梁三維造型系統(tǒng)Bridge3D,嘗試了采用參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)外觀造型設(shè)計(jì)。但是,相對(duì)于制造行業(yè)的參數(shù)化、變量化的三維CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)差距還很大[4-5]。
2基于BIM技術(shù)的工程設(shè)計(jì)概念
2.1BIM技術(shù)定義建筑信息模型(BuildingInformationModeling,簡(jiǎn)稱BIM)技術(shù)和理念由AutoDesk公司于2002年率先提出,它是通過(guò)數(shù)字化技術(shù),在計(jì)算機(jī)中建立一座虛擬的建筑,一個(gè)建筑信息模型就是提供了一個(gè)單一、完整、邏輯的建筑信息模型[6-7]。BIM是貫穿在工程整個(gè)生命周期中,使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、建造信息及維護(hù)信息等大量信息保存在BIM中,在建筑整個(gè)生命周期中得以重復(fù)、便捷地使用,如圖2所示。
2.2BIM技術(shù)在橋梁工程中的延展BIM的發(fā)展是始于建筑行業(yè),但其內(nèi)涵及外延早已超出了模型的范疇,也延伸出了建筑行業(yè),甚至覆蓋了整個(gè)工程建設(shè)行業(yè)。對(duì)于橋梁工程而言,可以參考美國(guó)國(guó)家BIM標(biāo)準(zhǔn),對(duì)橋梁信息模型(BIM)闡釋如下:(1)一個(gè)橋梁工程物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)。(2)一個(gè)共享有關(guān)橋梁建設(shè)項(xiàng)目所有信息的資源數(shù)據(jù)庫(kù)。(3)一個(gè)分享有關(guān)橋梁工程的信息,為該工程從概念開(kāi)始的全生命周期的所有決策提供可靠依據(jù)的過(guò)程。(4)在項(xiàng)目不同階段、不同利益相關(guān)方,通過(guò)在BIM中寫(xiě)入、提取、更新和修改信息,以支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè),如圖3所示。圖3BIM技術(shù)支撐的工程范疇
3三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)對(duì)比
對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)而言,采用BIM的理念與傳統(tǒng)CAD相比,改變的是整個(gè)設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)方法。(1)從線條繪圖轉(zhuǎn)向構(gòu)件布置。(2)從單純幾何表現(xiàn)轉(zhuǎn)向全信息模型集成。(3)從各工種單獨(dú)完成項(xiàng)目轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同完成項(xiàng)目。(4)從離散的分步設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于同一模型的全過(guò)程整體設(shè)計(jì)。(5)從單一設(shè)計(jì)交付轉(zhuǎn)向工程全生命周期支持。對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)行業(yè),采用BIM技術(shù)不僅僅意味著效率與質(zhì)量的提升,更重要的是設(shè)計(jì)方掌握了工程項(xiàng)目最核心的信息模型資源,不僅向業(yè)主方提供工程設(shè)計(jì)服務(wù),而是向全壽命周期內(nèi)各個(gè)工程參與方提供高附加值的服務(wù)與咨詢,使工程項(xiàng)目的潛在價(jià)值向設(shè)計(jì)階段前移[6]。
4基于BIM技術(shù)的橋梁三維設(shè)計(jì)技術(shù)
4.1信息需求的系統(tǒng)分析了解橋梁工程對(duì)三維設(shè)計(jì)技術(shù)的需求是建立三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ),雖然其他行業(yè)的三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)較為成熟,也有了成功的工程案例,但是橋梁工程建設(shè)對(duì)三維工程信息的要求有自身的特點(diǎn),并不能將其他行業(yè)的工程需求照搬過(guò)來(lái)。因此,需要重新根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)、施工與管理的特點(diǎn)分析其對(duì)工程信息的實(shí)際需求。只有得到各個(gè)工程參與方對(duì)三維信息的需求,才能使三維信息模型發(fā)揮其在工程建設(shè)中的核心數(shù)據(jù)平臺(tái)的作用。
4.2信息模型的參數(shù)化建立方法三維設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是信息化的三維模型,通過(guò)前期分析得到各方的信息需求后,如何建立賦含上述信息的三維模型就成為關(guān)鍵。抽象化、變量化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)技術(shù)是一種高效、直接和便于修改的信息化模型建立方法,該方法的核心思想是把工程項(xiàng)目中具有特征變化的圖元要素的特征值抽象為某個(gè)函數(shù)的變量,通過(guò)修改變量值,或者改變函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法,就能夠獲得賦含各種信息的模型。主要工作在于尋找各類要素的特征變量及其與整個(gè)模型的邏輯函數(shù)關(guān)系[8-10],橋梁三維模型如圖4所示。
4.3CAD-CAE信息共享技術(shù)橋梁設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析在設(shè)計(jì)中占有極其重要的位置,計(jì)算分析結(jié)果決定了主要構(gòu)件尺寸與構(gòu)造形式,橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算工作量在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中占據(jù)較大的比例,對(duì)于復(fù)雜橋梁甚至是控制性的節(jié)點(diǎn)工作。因此,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)與計(jì)算平臺(tái)的信息共享乃至無(wú)縫結(jié)合,對(duì)提高設(shè)計(jì)效率有著積極的作用。
4.4數(shù)字化工程的交付方式與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化虛擬工程移交是三維設(shè)計(jì)發(fā)展的必然結(jié)果,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的二維圖紙載體已經(jīng)被全信息模型所取代。基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品是一個(gè)包含了各階段、各參與方所需信息的核心數(shù)據(jù)模型,這就需要針對(duì)不同信息接收方制定不同的產(chǎn)品交付方式與標(biāo)準(zhǔn),交付方式與標(biāo)準(zhǔn)的確立,標(biāo)志著三維設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)向了三維信息化的施工與運(yùn)營(yíng)管理階段。
4.5一體化協(xié)同設(shè)計(jì)與管理技術(shù)從單點(diǎn)、離散式的分布設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于同一模型的一體化協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)的重要標(biāo)志,對(duì)于項(xiàng)目管理的效率與質(zhì)量有著質(zhì)的提升。同時(shí),協(xié)同設(shè)計(jì)不僅僅指設(shè)計(jì)方內(nèi)部的流程與設(shè)計(jì)過(guò)程管理,還包括設(shè)計(jì)產(chǎn)品交付、進(jìn)入施工與運(yùn)營(yíng)階段后的協(xié)同信息交流與管理,甚至可以延展到工程全壽命周期內(nèi)的各個(gè)參與方的協(xié)同工作。只有掌握了一體化協(xié)同設(shè)計(jì)與管理技術(shù),才能發(fā)揮三維數(shù)字化設(shè)計(jì)對(duì)工程全壽命周期的技術(shù)支撐作用[7]。
5三維數(shù)字化設(shè)計(jì)發(fā)展存在的問(wèn)題
(1)全行業(yè)對(duì)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)有待統(tǒng)一。目前整個(gè)交通建設(shè)行業(yè)的三維設(shè)計(jì)剛剛起步,政府主管部門(mén)、工程業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位與施工單位等各方對(duì)三維設(shè)計(jì)的理解與需求是不同的,而以上各方都應(yīng)該是三維設(shè)計(jì)的參與方,也是受益方。因此,在交通行業(yè)發(fā)展三維數(shù)字化設(shè)計(jì)需要全行業(yè)對(duì)其有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。(2)從設(shè)計(jì)單位看,意味著設(shè)計(jì)習(xí)慣、工程流程與管理體系的再造。二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變,必然是一個(gè)緩慢的過(guò)程,大干、快上不符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律。在三維設(shè)計(jì)起步階段,由于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)不熟練,設(shè)計(jì)系統(tǒng)不夠完善,管理體系還不健全,可能會(huì)導(dǎo)致工作效率降低。因此,需要在工作中尋找發(fā)展與穩(wěn)定生產(chǎn)的平衡點(diǎn),這是一個(gè)不斷摸索、發(fā)展與調(diào)整的實(shí)踐工作。(3)從整個(gè)交通建設(shè)流程看,各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展節(jié)奏不一致。目前交通行業(yè)三維數(shù)字化的工作與重點(diǎn)集中在設(shè)計(jì)階段,大部分的實(shí)踐工作由設(shè)計(jì)院承擔(dān)。但是,設(shè)計(jì)階段只是工程建設(shè)的中間環(huán)節(jié)之一,其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得要依靠前期的規(guī)劃與勘測(cè)方,后期產(chǎn)品要交付于審查與施工方,如果各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)展脫節(jié),就難以發(fā)揮三維數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)。所以,三維數(shù)字化技術(shù)的變革比當(dāng)年“甩圖板”工程涉及的范圍更廣,難度也更大。
2結(jié)合蓋梁預(yù)應(yīng)力,對(duì)施工材料優(yōu)化組合
在蓋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力蓋梁,需要促使施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全不受影響,在營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下,蓋梁的安全性也需要得到保證。因此,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,就需要將較大噸位鋼束給應(yīng)用過(guò)來(lái),促使有效預(yù)應(yīng)力得到提升;要分成兩批來(lái)張拉鋼束,如果有著較多的張拉次數(shù),就會(huì)影響到正常的施工;如果有著較少的張拉次數(shù),施工和營(yíng)運(yùn)要求無(wú)法得到滿足。對(duì)鋼筋合理布置,如果我們用骨和肉來(lái)分別比喻預(yù)應(yīng)力筋和混凝土,那么筋就是普通鋼筋,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)只有具備了普通鋼筋,方可以正常的運(yùn)行。因?yàn)樯w梁有著較大的尺寸,那么就需要對(duì)普通鋼筋的直徑嚴(yán)格控制,箍筋保證在11以上,縱筋要控制在15以上。同時(shí),要科學(xué)加密箍筋間距,這樣承受力方可以得到提升。在橋梁施工過(guò)程中,還需要充分重視空心預(yù)制板的使用;筆者認(rèn)為,結(jié)合蓋梁預(yù)應(yīng)力,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,選擇的空心預(yù)制板需要具備較高的強(qiáng)度,并且整片梁頂板厚度在8厘米以上;如果空心板頂板度在7厘米以內(nèi),就需要將開(kāi)倉(cāng)處理措施應(yīng)用過(guò)來(lái),鑿除掉那些厚度不夠的部分,對(duì)芯模重新裝上,并且將補(bǔ)強(qiáng)筋增加過(guò)來(lái),澆筑的混凝土相較于原來(lái)的混凝土,有更高一級(jí)的標(biāo)號(hào),這樣頂板厚度方可以與設(shè)計(jì)要求所符合。采取一系列的防水處理措施,如果是空心板底板密實(shí)程度不夠,或者是沒(méi)有足夠的鋼筋混凝土保護(hù)層,有滲水漏水問(wèn)題出現(xiàn),混凝土有著符合要求的強(qiáng)度,能夠順利通過(guò)靜載試驗(yàn),就可以將防水措施應(yīng)用過(guò)來(lái),在不密實(shí)的混凝土底板頂面上噴涂賽柏斯防水材料,經(jīng)過(guò)滲透化學(xué)作用,混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度就可以得到顯著提升。如果預(yù)制空心板建筑高度比設(shè)計(jì)要求要高,那么就會(huì)對(duì)橋面鋪裝層的厚度產(chǎn)生直接影響,如果橋面鋪裝厚度與設(shè)計(jì)要求無(wú)法符合,那么就可以對(duì)墩臺(tái)帽或者墊石高度進(jìn)行調(diào)整,或者是將較厚的頂板部分給鑿除掉,如果已經(jīng)安裝了上構(gòu),無(wú)法調(diào)整墩臺(tái)帽和墊石,可以對(duì)縱坡科學(xué)調(diào)整;將這樣的設(shè)計(jì)方法給應(yīng)用過(guò)來(lái),工程施工質(zhì)量可以得到保證,橋梁的承載力也可以得到提升。
橋梁的結(jié)構(gòu)性能的評(píng)比
橋梁的安全性和耐久性并不是被動(dòng)的等到橋梁出現(xiàn)破損甚至倒塌才能夠鑒定出橋梁的建設(shè)及使用情況,專業(yè)的數(shù)據(jù)評(píng)估制度是完善橋梁建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)家建立的專業(yè)的橋梁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)使用年代較舊的橋進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于橋梁的負(fù)荷承載標(biāo)準(zhǔn)比較低和橋梁存在隱患的城市橋梁按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)。對(duì)于不能夠達(dá)到建設(shè)時(shí)所設(shè)定的承載量的橋梁及時(shí)設(shè)置警示標(biāo)志。橋梁的評(píng)比也只是集中在橋梁的幾個(gè)重要方面,橋梁的變形觀測(cè)、橋梁路面的線形弧度、剪力、軸力和基準(zhǔn)線方向的偏離等等。國(guó)家還明確的規(guī)定了橋梁各個(gè)部件所使用的比例和限定額,在橋梁的施工后各項(xiàng)指標(biāo)都不能夠低于國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。這也就有利于相關(guān)部門(mén)的審查與判斷,數(shù)據(jù)的使用也預(yù)先知道橋梁的建設(shè)情況,保證其使用的安全性。
安全性是橋梁建設(shè)的根本出發(fā)點(diǎn)
質(zhì)量橋梁建設(shè)的生命,橋梁作為溝通城市與城市之間的紐帶,保證橋梁的暢通性。車輛行駛在橋梁上更加注重的是其安全性以及舒適型,因此有關(guān)部門(mén)必須高度重視橋梁的安全。一般的橋梁主橋部分為鋼筋混凝土建成,鋼索使用預(yù)應(yīng)力混凝土的斜拉橋,建設(shè)過(guò)程中因地制宜的加筑排水孔,這些措施都是為了保證橋梁的安全性能。安全性是國(guó)家和人民都重視的問(wèn)題,也是橋梁的基本特性,同時(shí)也是橋梁使用的意義所在。橋梁的施工、監(jiān)理等工作也是相互合作關(guān)系,施工方需要接受工程師的監(jiān)督、管理,這是創(chuàng)造監(jiān)理工作的核心所在。安全性則滿足設(shè)計(jì)的要求,施工工藝以及施工標(biāo)準(zhǔn)也均達(dá)標(biāo)。只有堅(jiān)持嚴(yán)格的檢查,實(shí)行嚴(yán)格的責(zé)任問(wèn)責(zé)制才能夠換來(lái)橋梁的安全使用。
耐久性對(duì)橋梁建設(shè)的重要意義
1.1隔震設(shè)計(jì)的概念和原理
橋梁隔震設(shè)計(jì)就是利用隔震器,使橋梁獲得一定的水平支承,使得橋梁在水平方向上的固有周期變長(zhǎng),并且利用阻尼器增強(qiáng)隔震體系的阻尼效應(yīng),最終降低地震損害的一類橋梁工程的減震設(shè)計(jì),旨在保護(hù)橋梁工程所有結(jié)構(gòu)的整體效果。且隔震設(shè)計(jì)屬于橋梁工程抗震設(shè)計(jì)中比較新穎的減震方式,把隔震設(shè)計(jì)使用于橋梁設(shè)計(jì)中能夠有效降低地震造成的損害,然而并不能完全阻止地震災(zāi)害。過(guò)去,通過(guò)提升橋梁工程的強(qiáng)度抗以及變形能力來(lái)提升橋梁的抗震能力,和以往不一樣,隔震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就是加裝了一個(gè)隔震裝置,達(dá)到降低橋梁結(jié)構(gòu)與水平地面關(guān)聯(lián)性的目的,當(dāng)有地震發(fā)生時(shí),橋梁結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度明顯比地面的加速度高,所以橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件很難被破壞。另外,還在橋梁設(shè)計(jì)中使用了阻尼設(shè)計(jì),這樣能夠消耗地震產(chǎn)生的能量,最終作用在橋梁構(gòu)件上的力減小了。
1.2隔震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
在設(shè)計(jì)橋梁抗震的過(guò)程中,要求在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的條件下,通過(guò)隔震裝置,使橋梁結(jié)構(gòu)周期得到延長(zhǎng),且消耗地震產(chǎn)生的能量,使橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)減小。隔震設(shè)計(jì)通常具有以下特點(diǎn):有足夠的豎向剛度以及強(qiáng)度來(lái)支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)的所有重量;提高地震時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;引入隔震設(shè)計(jì),能夠分散減小后的地震力于橋梁下部結(jié)構(gòu)支座間的大小分布,旨在保護(hù)橋梁的基礎(chǔ)和橋墩。出現(xiàn)強(qiáng)烈地震時(shí),能在一點(diǎn)程度上延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期,降低地震輸入能量的能力;比較于以往的非隔震橋梁,有強(qiáng)地震發(fā)生后,更加容易對(duì)隔震裝置進(jìn)行更換,同時(shí)減少維修的費(fèi)用及時(shí)間。以往在橋梁抗震加固工作上會(huì)花更多的時(shí)間和費(fèi)用。在橋梁的結(jié)構(gòu)橫向地震反應(yīng)中引入隔震技術(shù),能夠調(diào)節(jié)其橫向剛度,所以能夠改善結(jié)構(gòu)的平衡作用,有效減少地震力。進(jìn)行水準(zhǔn)地震的設(shè)計(jì)時(shí),橋梁上部結(jié)構(gòu)的隔震能夠消除或者解決橋梁下部結(jié)構(gòu)彈性超過(guò)的問(wèn)題,在不容易修復(fù)的位置,比如一些埋置的橋墩以及橋墩的基礎(chǔ),可減少這些不明顯部位的非彈性變形問(wèn)題的發(fā)生。在結(jié)構(gòu)橫向地震反應(yīng)中引入隔震技術(shù),能夠調(diào)整一定的橫向剛度,所以能夠改善結(jié)構(gòu)的平衡,有效較少地震力。引入隔震體系后,在一樣造價(jià)條件下能夠得到比以往抗震設(shè)計(jì)更好的抗震性能,比如降低墩柱延性需求,保護(hù)墩柱等。在功能得到正常使用情況下,使用的隔震支座因?yàn)闇囟?、徐變等變形產(chǎn)生的抗力非常小,這或許能夠?qū)崿F(xiàn)伸縮縫的減小。
2橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的運(yùn)用
2.1運(yùn)用隔震設(shè)計(jì)的條件
根據(jù)橋梁基礎(chǔ)周邊地基及結(jié)構(gòu)等條件而言很多橋梁都可以引入隔震設(shè)計(jì)。然而部分橋梁并不可以,所以要分析詳細(xì)的地基和結(jié)構(gòu)條件,判斷是否可以在此橋梁中引入隔震措施??梢砸敫粽鹪O(shè)計(jì)的橋梁需要滿足的條件是:橋梁周邊的地基基礎(chǔ)良好,這樣發(fā)生地震時(shí)才會(huì)穩(wěn)定;橋梁下部結(jié)構(gòu)剛性好且橋的固有周期不長(zhǎng)的條件。這2個(gè)條件確保實(shí)行隔震技術(shù)后,橋梁體系可以達(dá)到長(zhǎng)周期化的目的,最終實(shí)現(xiàn)地震力的降低。如果橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度比較強(qiáng),通過(guò)橋梁系統(tǒng)的固有周期,其固有周期可以長(zhǎng)達(dá)不采用隔震裝置的2倍,如果橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)的固有周期區(qū)別很大,那么上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間就沒(méi)有大的藕聯(lián)振動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生,通常橋面運(yùn)動(dòng)才可有效反映隔震裝置的減震能力。以下條件下的橋梁不適合引入隔震設(shè)計(jì):橋梁的下部結(jié)構(gòu)剛性不強(qiáng),且固有周期長(zhǎng)的橋梁;置于較柔的場(chǎng)地,周期長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象;橋梁基礎(chǔ)的地荃不牢固,發(fā)生地震容易搖晃的橋梁。
2.2橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)
(1)隔震裝置的設(shè)計(jì)。橋梁隔震設(shè)計(jì)的第一步是隔震裝置的設(shè)計(jì),要想達(dá)到預(yù)期的隔震效果,隔震裝置的設(shè)計(jì)就要有一定的剛度和能量吸收能力。進(jìn)行橋梁隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以利用隔震裝置降低橋梁結(jié)構(gòu)的慣性力。所以需要設(shè)計(jì)出隔震效果良好的阻尼器和隔震器。通常情況下通過(guò)彈性反應(yīng)譜法設(shè)計(jì)的隔震要不斷更新和優(yōu)化。在隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,要嚴(yán)格控制其隔震裝置的力學(xué)性能。(2)細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)橋梁附屬結(jié)構(gòu)的功能非常大,橋梁附屬結(jié)構(gòu)通常包括限位裝置、防落梁裝置、伸縮縫。大量的地震調(diào)查和動(dòng)態(tài)時(shí)程研究表明:這些結(jié)構(gòu)屬于支撐橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和振動(dòng)隔離效果的主體。然而大部分設(shè)計(jì)人員不重視甚至忽視橋梁的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu),所以,進(jìn)行細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要求設(shè)計(jì)人員注意加強(qiáng)設(shè)計(jì),盡力提高橋梁的抗震能力。
2.3隔震設(shè)計(jì)的合理運(yùn)用
在不同水準(zhǔn)地震條件下,一方面要明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件在抗震中起到的作用和結(jié)構(gòu)的預(yù)期性能。另一方面,在不同的水準(zhǔn)地震作用的情況下,結(jié)合結(jié)構(gòu)的預(yù)期性能設(shè)計(jì)人員才能知道該如何去做。想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),就要充分利用設(shè)計(jì)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),充分掌握在地震作用下的結(jié)構(gòu)性能,最后完成科學(xué)合理的設(shè)計(jì),詳細(xì)的構(gòu)造細(xì)節(jié)和合理的構(gòu)造舉措,并不是通過(guò)復(fù)雜的分析計(jì)算而得出的。所以,進(jìn)行隔震技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí),要充分掌握整個(gè)橋梁系統(tǒng)的抗震傳力路徑,通過(guò)有效的細(xì)節(jié)構(gòu)造措施的實(shí)行,保證在地震作用下的情況下隔震裝置可以正常發(fā)揮關(guān)鍵作用。
2.4隔震設(shè)計(jì)的運(yùn)用
中出現(xiàn)的問(wèn)題目前我國(guó)的隔震設(shè)計(jì)規(guī)范還不夠全面,同時(shí)經(jīng)驗(yàn)積累不足,特別是在橋梁的構(gòu)造細(xì)節(jié)和措施上,構(gòu)造細(xì)節(jié)和措施的不科學(xué),會(huì)影響減隔震裝置的正常發(fā)揮。大跨橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是長(zhǎng)期發(fā)展的結(jié)果,但粘滯阻尼器在世界橋梁中的使用時(shí)間很短,同時(shí)投入使用的過(guò)程中部分廠家粘滯阻尼器經(jīng)常有漏油等事故發(fā)生。迄今為止,我國(guó)還沒(méi)有更加完善的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這點(diǎn)使得隔震設(shè)計(jì)造我國(guó)的廣泛使用,再者,部分不符合要求的產(chǎn)品被引入橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),存在一定的安全隱患,如果有地震發(fā)生,就會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以在使用粘滯阻尼器的過(guò)程中,要嚴(yán)格控制產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè),保證產(chǎn)品參數(shù)符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn);再者,要著重檢測(cè)產(chǎn)品的耐久性能、疲勞性能等特性,而且要及時(shí)檢測(cè)和保養(yǎng)橋梁的阻尼器,如果有問(wèn)題出現(xiàn)要馬上作維修或者更換工作。所以,要求相關(guān)部門(mén)盡快制定科學(xué)合理的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。要想保證在地震作用下隔震支座能夠有效發(fā)揮作用,且可以對(duì)隔震支座作一定的變形,就要保證足夠的位移空間。所以要隨時(shí)關(guān)注防落梁措施、伸縮縫間隙的設(shè)置等構(gòu)造措施的設(shè)置。
一、引言
近十年來(lái),世界相繼發(fā)生了多次重大地震,1989年美國(guó)LomaPrieta地震(M7.0)、1994年美國(guó)Northridge地震(M6.7)、1995年日本阪神地震(M7.2)、1999年土耳其伊比米特地震(M7.4)、1999年臺(tái)灣集集地震(M7.6)等等。因此,專家們預(yù)測(cè)全球已進(jìn)入一個(gè)新的地震活躍期。隨著現(xiàn)代化城市人口的大量聚集和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,地震造成的損失越來(lái)越大。地震災(zāi)害不僅是大量地面構(gòu)筑物和各種設(shè)施的破壞和倒塌,而且次生災(zāi)害中因交通及其他設(shè)施的毀壞造成的間接經(jīng)濟(jì)損失也十分巨大。以1995年日本版神地震為例,地震造成大量高速公路及高速鐵路橋隧的毀壞,經(jīng)濟(jì)總損失高達(dá)1000億美元。
近幾次大地震造成的大量橋梁的破壞給了全世界橋梁抗震工作者慘痛的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。各國(guó)研究機(jī)構(gòu)紛紛重新對(duì)本國(guó)橋梁抗震規(guī)范進(jìn)行反思,并進(jìn)行了一系列的修訂工作。日本1995年阪神地震后,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的基本問(wèn)題重新進(jìn)行了大量的研究,并十分重視減振、耗能技術(shù)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。橋梁、道路方面的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)重新編寫(xiě),并于1996年頒布實(shí)施。美國(guó)也相繼在聯(lián)邦公路局(FHWA)和加州交通部(CALTRANS)等的資助下開(kāi)展了一系列的與橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修訂有關(guān)的研究工作,已經(jīng)完成了ATC-18,ATC-32T和ATC-40等研究報(bào)告和技術(shù)指南。與舊規(guī)范相比,新規(guī)范或指南無(wú)論在設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)手法、設(shè)計(jì)程序和構(gòu)造細(xì)節(jié)上都有很大的變化和深入。
中國(guó)現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004-89)在80年代中期開(kāi)始修訂,于1989年正式發(fā)行。隨著中國(guó)如年代經(jīng)濟(jì)起飛,交通事業(yè)迅猛發(fā)展,特別是高速公路興建、跨越大江,大河的大跨橋梁、大型立交工程以及城市中大量高架橋的興建,規(guī)范已大大不能適應(yīng)。但是目前所有國(guó)內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì),對(duì)抗震設(shè)計(jì)均在設(shè)計(jì)書(shū)上標(biāo)明的參照規(guī)范即是《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵道工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。與國(guó)外如日本、美國(guó)的同類規(guī)范相比,中國(guó)現(xiàn)行《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》水準(zhǔn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外同類規(guī)范。若不進(jìn)行改進(jìn),則必將給中國(guó)不少橋梁工程留下地震隱患。
本文主要介紹了各國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中基礎(chǔ)部分的抗震設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)部分對(duì)全橋的地震響應(yīng)以及墩柱力的分布均有非常重要的影響。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致橋梁墩柱在地震中發(fā)生剪斷、變形過(guò)大不能使用等等,有時(shí)甚至是樁在根部直接剪斷破壞?;A(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮的方面除了基礎(chǔ)形式的選擇以外還包括抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度樁基礎(chǔ)連接部分的細(xì)部構(gòu)造、錨固構(gòu)造等方面。本文首先對(duì)中、美、日、歐洲、新西蘭五國(guó)或地區(qū)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)基礎(chǔ)的部分進(jìn)行了一般性的比較。筆者認(rèn)為,相對(duì)而言中國(guó)的規(guī)范在基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方面較為粗糙、可操作性不強(qiáng)。而日本規(guī)范在這方面作的最為細(xì)致,技術(shù)也較為先進(jìn)。因此,在隨后的部分中詳細(xì)介紹了日本抗震規(guī)范的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法。
二、主要國(guó)家橋梁抗震規(guī)范基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的概況
本文將中國(guó)橋梁抗震規(guī)范與世界上的幾種主要抗震規(guī)范(美國(guó)的AASHTO規(guī)范、Cal-tans規(guī)范、ATC32美國(guó)應(yīng)用技術(shù)協(xié)會(huì)建議規(guī)范,新西蘭規(guī)范NZ,歐洲規(guī)范EC8,日本規(guī)范JAPAN)進(jìn)行基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方面的比較。
中國(guó)橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的部分十分籠統(tǒng),只以若干定性的條款,從工程選址方面加以考慮,而對(duì)基礎(chǔ)本身的抗震設(shè)計(jì),特別是對(duì)于樁基礎(chǔ)等輕型基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)重視不夠。這方面,日本的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和準(zhǔn)則規(guī)定得比較詳細(xì),是我們應(yīng)當(dāng)學(xué)亂之處?;谮嫔竦卣鸬慕?jīng)驗(yàn),地震后橋梁上部結(jié)構(gòu)的修復(fù)和重建都比下部基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)和省時(shí)、省力,因此橋梁基礎(chǔ)的抗震能力的要求應(yīng)比橋墩高。
三、日本橋粱基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方法細(xì)節(jié)
1.按流程,先用震度法設(shè)計(jì)。震度法基本概念是把設(shè)計(jì)水平震度
Kh乘以結(jié)構(gòu)Kh的計(jì)算方法如下:
其中Cz--地區(qū)調(diào)節(jié)系數(shù);
Kh0--設(shè)計(jì)水平震度的標(biāo)準(zhǔn)值。
其中,δ是把抗震設(shè)計(jì)所確定的地基面以上的下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的80%或100%和該下部結(jié)構(gòu)所支承的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的100%之和作為外力施加到結(jié)構(gòu)上在上部結(jié)構(gòu)慣性力作用點(diǎn)位置發(fā)生的位移。
2.用震度法設(shè)計(jì)以后,如果基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是橋臺(tái)基礎(chǔ)或者橋墩的擴(kuò)大基礎(chǔ),不需要用地震時(shí)保有水平耐力法設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)橋臺(tái)基礎(chǔ)時(shí),地震時(shí)動(dòng)力壓力的影響非常大,此外結(jié)構(gòu)背面存在的主體也使結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生振劾。而對(duì)于擴(kuò)大基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)一般地基條件非常好,因此,地震時(shí)基礎(chǔ)某些部位轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生非線變形可以消耗許多地震能量。
3.用地震時(shí)保有水平耐力法設(shè)計(jì)時(shí),首先要判斷基礎(chǔ)水平耐力有沒(méi)有超過(guò)橋墩的極限水平耐力。這是因?yàn)榈卣饡r(shí)保有水平耐力法的基本概念是盡量使地震時(shí)在橋墩而不是在基礎(chǔ)出現(xiàn)的塑性鉸。如果在基礎(chǔ)出現(xiàn)塑性鉸,發(fā)生損傷后,修復(fù)很困難。所以,我們要把基礎(chǔ)的行為控制在屈服范圍內(nèi)。
如果基礎(chǔ)水平耐力小于橋墩的極限水平耐力,則要判斷橋墩在垂直于橋軸方向的抗震能力是不是足夠大(按式(3))。因?yàn)槿绻麡蚨赵诖怪庇跇蜉S方向具有足夠大的抗震能力(例如壁式橋墩),而且基礎(chǔ)的塑性反應(yīng)在容許范圍以內(nèi),則基礎(chǔ)的非線能吸收大量的振動(dòng)能量并且基礎(chǔ)仍然是安全的。
橋墩的極限水平耐力Pu≥1.5KheW(3)
Khco--設(shè)計(jì)水平震度的標(biāo)準(zhǔn)值;
Cz--地區(qū)調(diào)節(jié)系數(shù);
μa--容許塑性率;
W-一等價(jià)質(zhì)量(W=Wu十CpWp);
Wu--振動(dòng)單位的上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量;
Wp--振動(dòng)單位的橋墩質(zhì)量;
Cp--等價(jià)質(zhì)量系數(shù)(剪斷破壞時(shí)1.0,剪斷破壞以外是0.5)。
4.橋墩的極限水平耐力滿足Pu≥1.5KheW時(shí),對(duì)基礎(chǔ)塑性率進(jìn)行對(duì)照檢查。雖然基礎(chǔ)的非線行為能吸收大量振動(dòng)能量,但是對(duì)于有的基礎(chǔ)部件來(lái)說(shuō),可能會(huì)遭受過(guò)大的損傷。所以要控制基礎(chǔ)的反應(yīng)塑性率,按如下要求:
μFR≤μFL(4)
式中μFR--基礎(chǔ)反應(yīng)塑性率;
μFL--基礎(chǔ)反應(yīng)塑性率的限度。
5.發(fā)生液化時(shí),要降低土質(zhì)系數(shù)。隨后的計(jì)算(對(duì)照和檢查)同上述方法基本一致。
2山區(qū)公路橋梁與其他建設(shè)工程的關(guān)系
2.1山區(qū)公路橋梁與隧道的關(guān)系
山區(qū)地形多變,地質(zhì)復(fù)雜,水文特征多變,地面溝壑很多,并且坡度很陡,時(shí)而也會(huì)有泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。山區(qū)公路受以上條件影響橫坡較陡,易受山谷水流沖刷,在U型山谷必須轉(zhuǎn)彎。山區(qū)公路橋梁與隧道連接起來(lái)是跨越河流,在U型山谷轉(zhuǎn)彎所做的必要措施,也是最好的解決辦法,被稱為“兩橋一遂”方案,設(shè)計(jì)這種方案需要橋梁和隧道緊密結(jié)合。在地形平緩,變化不大的地質(zhì)條件下可以調(diào)整橋臺(tái)側(cè)墻的高度和長(zhǎng)度完成連接,對(duì)于地形復(fù)雜,隧道明洞無(wú)法延伸的情況下,需要增添樁柱式臺(tái)以及橋梁主梁放置于隧道明洞完成對(duì)接。
2.2山區(qū)公路橋梁建設(shè)與路基的關(guān)系
山區(qū)公路要適應(yīng)地形多變環(huán)境,需使用錯(cuò)臺(tái)路基(兩端路基不等高)。但是錯(cuò)臺(tái)路基在需設(shè)置轉(zhuǎn)向車道時(shí),很難運(yùn)用到施工中。由于兩端路基不等高需設(shè)計(jì)半幅橋來(lái)進(jìn)行銜接。當(dāng)路基一側(cè)要求填土的高度15m左右時(shí),必須綜合考慮地質(zhì)、水文等條件,把加筋擋墻、棄土方案與半幅橋進(jìn)行比對(duì),來(lái)決定最合理的方案。
3山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)
公路橋梁是交通運(yùn)輸領(lǐng)域中不可或缺的重要部分,隨著人們生活水平的提高,公路橋梁的設(shè)計(jì)和管理也應(yīng)該提高,有一個(gè)好的施工質(zhì)量對(duì)公路橋梁的使用和維護(hù)起著非常大的作用。山區(qū)公路特點(diǎn)地形起伏,地質(zhì)復(fù)雜。山區(qū)路線布置的平面、縱向、橫向三個(gè)方面都被限制,對(duì)于山區(qū)公路橋梁的設(shè)計(jì),考慮到山區(qū)的特點(diǎn),從上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明。
3.1山區(qū)公路橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
山區(qū)公路橋梁多采用施工容易,造價(jià)低廉的標(biāo)準(zhǔn)化,預(yù)制裝配化結(jié)構(gòu),而大跨徑橋梁方案比較少。山區(qū)公路橋梁常采用標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化橋梁,標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化跨徑一般有16m、20m、25m、30m、40m、50m。當(dāng)跨徑小于30m時(shí),有三種構(gòu)造分別是空心板、小箱梁、T梁。當(dāng)跨徑為40m、50m時(shí),由于梁的受力特點(diǎn)適于采用T梁。山區(qū)公路橋梁沒(méi)有嚴(yán)格的空間限制,且平面較小的山區(qū)公路,會(huì)把較高緩和的路段出現(xiàn)在橋上,使用空心板和小箱梁時(shí),架梁的四個(gè)支點(diǎn)調(diào)平困難,會(huì)引起支座脫空,質(zhì)量無(wú)法保證。對(duì)于山區(qū)公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面需采用T梁。當(dāng)跨徑在50m時(shí),山區(qū)公路交通運(yùn)輸條件差,場(chǎng)地不能擴(kuò)大,很難使大型機(jī)具進(jìn)入,50mT梁?jiǎn)纹剡_(dá)150噸,而且架設(shè)設(shè)備要求很高,難以控制它的運(yùn)輸和安裝過(guò)程,50mT梁一般不被使用。山區(qū)公路橋梁常用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為20m、25m、30m、40m。
混凝土是我國(guó)目前公路橋梁建筑中普遍采用的基本材料,在施工中,混凝土一方面對(duì)橋梁的橋體起到穩(wěn)固作用,提高橋體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性;另一方面也為橋梁橋體起到防水的作用,防止橋體受雨水的腐蝕。若在施工中,使用的混凝土和易性不佳,就會(huì)降低其防水性能的正常效果,致使混凝土表層內(nèi)形成氣泡,氣泡水分蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土表層形成蜂窩小孔,長(zhǎng)久以后,混凝土表面產(chǎn)生裂縫,造成橋梁橋體嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。
1.2防水措施的技術(shù)問(wèn)題
我國(guó)在公路橋梁建筑施工中采取的防水措施,主要是沿用傳統(tǒng)的工藝和學(xué)習(xí)國(guó)外的技術(shù),一方面受我國(guó)公路橋梁建筑施工發(fā)展時(shí)間較短的影響,另一方面則是因?yàn)樵谑┕こ跗跊](méi)有重視防水措施的實(shí)際使用。防水措施的技術(shù)水平較低,是造成橋梁橋體受雨水腐蝕進(jìn)而大大縮減了橋梁實(shí)際使用年限的又一因素。
2公路橋梁設(shè)計(jì)的原則及要求
2.1公路橋梁的設(shè)計(jì)原則
公路橋梁的設(shè)計(jì)原則,根據(jù)橋梁的上下分布主要分為兩個(gè)部分:2.1.1公路橋梁上部的設(shè)計(jì)原則公路橋梁上部的設(shè)計(jì)原則,主要在于重視橋梁上部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,如主梁、搭板、伸縮縫等,在主梁的設(shè)計(jì)上:對(duì)于跨徑在10m內(nèi)的主梁,設(shè)計(jì)原則一般采用通用的混凝土鋼筋結(jié)構(gòu),若單孔跨徑超過(guò)10m,則應(yīng)當(dāng)選用含預(yù)應(yīng)力技術(shù)的混凝土結(jié)構(gòu);若橋梁長(zhǎng)度小于100m或單孔跨徑小于20m,即宜選用空心板結(jié)構(gòu);若施工的橋梁跨河,難以利用支架進(jìn)行澆筑工作,則應(yīng)當(dāng)選用連續(xù)的空心板結(jié)構(gòu)。另外,考慮到實(shí)際橋梁橋面的平曲線以及通車運(yùn)營(yíng)時(shí)的平穩(wěn)性,就應(yīng)當(dāng)在施工中適當(dāng)減少伸縮縫數(shù)量,如單孔跨徑16m以內(nèi)的橋梁,在設(shè)計(jì)中僅需1道伸縮縫即可,注意在另一端利用連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工,確保橋面的平曲線;若單孔跨徑大于16m,應(yīng)當(dāng)將伸縮縫施工在橋墩,利用連續(xù)對(duì)橋兩端進(jìn)行施工,這不僅是考慮通車運(yùn)營(yíng)時(shí)的平穩(wěn)性,更是減少安全事故的發(fā)生幾率。2.1.2公路橋梁下部的設(shè)計(jì)原則橋臺(tái)和橋墩等結(jié)構(gòu)構(gòu)造是進(jìn)行橋梁下部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的,在橋臺(tái)的設(shè)計(jì)上:填土高度對(duì)于保障橋臺(tái)的質(zhì)量具有重要作用,一般而言,在軟土土層的路段,填土高度應(yīng)當(dāng)保持在6m內(nèi),在一般土層的路段,填土高度適宜保持在10m內(nèi);同時(shí),橋臺(tái)的受力方式一般都會(huì)采用重力式,這主要考慮到施工方便和成本控制,對(duì)于8m以上臺(tái)身的墻面,一般而言宜用斜坡,斜率為10:1,需要注意的是對(duì)于水平方向存在高度差的地面,則應(yīng)當(dāng)選用階梯式的前墻設(shè)計(jì)方式。在橋墩的設(shè)計(jì)上:若橋梁設(shè)計(jì)為一般結(jié)構(gòu),宜使用框架式橋墩,即直接在橋墩上蓋梁;若在水平方向存在高度差的地面,選用樁柱式橋墩更符合設(shè)計(jì)原則;若橋梁不同跨徑的橋孔的斜交角在30°以內(nèi),則橋墩設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采用雙柱式;若橋梁不同跨徑的橋孔的斜交角在30°以外,則橋墩設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采用三柱式。
2.2公路橋梁設(shè)計(jì)的要求
2.2.1設(shè)計(jì)和環(huán)境的結(jié)合橋梁的設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際的地理環(huán)境,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和環(huán)境的結(jié)合,這是公路橋梁設(shè)計(jì)的第一個(gè)要求。一般而言,公路橋梁的設(shè)計(jì),是為了保障建成后的質(zhì)量,這是進(jìn)行施工的首要目標(biāo);同時(shí),考慮到橋梁建成后的經(jīng)濟(jì)成本以及美觀價(jià)值,則需要確保設(shè)計(jì)中要將實(shí)際環(huán)境作為參考依據(jù)。2.2.2達(dá)荷載標(biāo)準(zhǔn)達(dá)荷載標(biāo)準(zhǔn),這是公路橋梁設(shè)計(jì)的第二個(gè)要求,公路橋梁的建設(shè),是為了實(shí)現(xiàn)交通便利和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,達(dá)到通車荷載標(biāo)準(zhǔn),這是公路橋梁實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值的必須要求。
3公路橋梁的防水措施
對(duì)建成的公路橋梁采取相應(yīng)的防水措施,這對(duì)于避免橋梁主梁、橋面等出現(xiàn)裂縫、坍塌等情況的質(zhì)量問(wèn)題具有重要作用,同時(shí)也是對(duì)延長(zhǎng)橋梁實(shí)際使用年限的有效措施。主要的防水措施有以下兩個(gè)方面:
3.1建立防水體系
防水體系的建立和實(shí)施步驟主要分為四個(gè)部分:①橋面的清潔工作,對(duì)整體橋面的外觀進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理,如油污、浮漿等污漬,保持橋梁橋面的干凈;②基層處理劑的涂刷工作,使用配套的處理劑進(jìn)行均勻涂刷工作,需要引起注意的是,在實(shí)施熱熔操作的基層處理劑作業(yè)時(shí),要確保橋面是在干燥狀態(tài),若橋面處于潮濕狀態(tài)則可能發(fā)生安全事故;③防水層的鋪貼工作,先使用噴燈等設(shè)備對(duì)橋面和防水卷層進(jìn)行均勻加熱操作,再?gòu)棾鱿缕旅娴幕鶞?zhǔn)線,待橋面干燥和卷材外層出現(xiàn)融化情況后及時(shí)進(jìn)行鋪貼工作;④接縫處的密封工作,完成鋪貼工作后,需要注意接縫處的密封情況,使用噴燈對(duì)接縫處進(jìn)行加熱處理,做好密封處理。
3.2具體防水措施
嚴(yán)格設(shè)計(jì)和控制混凝土的配合比和澆筑的施工質(zhì)量,確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生氣泡,從而影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,條件允許情況下利用機(jī)械設(shè)備對(duì)混凝土表層進(jìn)行清理工作;嚴(yán)格控制伸縮縫的施工,首先確保施工操作的規(guī)范性,其次使用防水性能較好的材質(zhì),最后確保鋼梁的受力安全情況,保證其位移的均勻性。
1.1道路橋梁設(shè)計(jì)考慮不周詳
在進(jìn)行道路橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候,如果道路橋梁設(shè)計(jì)人員考慮不全面,則會(huì)直接導(dǎo)致道路橋梁設(shè)計(jì)中出現(xiàn)缺陷和隱患,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)道路橋梁結(jié)構(gòu)失衡,道路橋梁局部受力過(guò)大的情況,同時(shí)在施工材料方面也會(huì)存在著一些問(wèn)題,這樣對(duì)道路橋梁的安全和耐久性都會(huì)有很大的影響。
1.2道路橋梁設(shè)計(jì)思想陳舊
在道路橋梁設(shè)計(jì)觀念方面出現(xiàn)落后問(wèn)題,非常容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)中缺乏創(chuàng)新意識(shí),同時(shí)也會(huì)給工程的安全以及施工帶來(lái)很多的問(wèn)題。在道路橋梁設(shè)計(jì)方面進(jìn)行創(chuàng)新是非常必要的,同時(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,也要對(duì)施工材料的選擇和工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的研究,這樣能夠更好的改善道路橋梁的質(zhì)量。
1.3道路橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)備不充分
在進(jìn)行道路橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候,時(shí)間非常短,設(shè)計(jì)人員在工作中要承擔(dān)非常大的工作量,開(kāi)發(fā)商只重視經(jīng)濟(jì)效益,導(dǎo)致了在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法更好的進(jìn)行研究。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也存在無(wú)法和其他設(shè)計(jì)進(jìn)行比較的情況,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模仿以前設(shè)計(jì)的情況,在設(shè)計(jì)方面沒(méi)有創(chuàng)新意識(shí)。
1.4道路橋梁設(shè)計(jì)管理和監(jiān)督不力
為了更好的對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行審核,國(guó)家制定了相應(yīng)的制度,但是在一些情況下,會(huì)出現(xiàn)審核制度被外力介入的情況,這樣也使得橋梁設(shè)計(jì)中缺乏競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,失去了審核的意義,在公平和公正方面沒(méi)有得到體現(xiàn)。
2道路橋梁隱患的解決措施
2.1提高道路橋梁設(shè)計(jì)的工程質(zhì)量
一方面,在道路橋梁設(shè)計(jì)中要將耐久性和安全性作為首要問(wèn)題,要在道路橋梁設(shè)計(jì)中堅(jiān)持科學(xué)的觀點(diǎn),加強(qiáng)對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)的監(jiān)督與檢查,做到對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程的全過(guò)程管理。另一方面,道路橋梁設(shè)計(jì)要結(jié)合道路橋梁施工,應(yīng)該對(duì)道路橋梁項(xiàng)目的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行工程學(xué)和地質(zhì)學(xué)的全面檢驗(yàn),以此來(lái)確保道路橋梁的功能與壽命,使道路橋梁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到最大的開(kāi)發(fā),確保道路橋梁社會(huì)效益的持續(xù)發(fā)揮。在道路橋梁設(shè)計(jì)中提倡對(duì)先進(jìn)理念和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,要通過(guò)對(duì)道路橋梁外觀和結(jié)構(gòu)的調(diào)整確保道路橋梁的安全與功能,當(dāng)前應(yīng)該在道路橋梁設(shè)計(jì)中大量運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真和模擬技術(shù),達(dá)到對(duì)道路橋梁施工和運(yùn)行各種情況的有效預(yù)防,實(shí)現(xiàn)對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)隱患的先期控制和解決。
2.2提高道路橋梁設(shè)計(jì)的水平
一方面,道路橋梁設(shè)計(jì)工作要做好前期的準(zhǔn)備,要對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)中所需的資料和信息做到全面整理與加工,這樣不但可以提高道路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)目標(biāo)工程的熟悉程度,更可以提升道路橋梁設(shè)計(jì)人員運(yùn)用自身能力和素質(zhì)的水平,充足的設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備還可以為整個(gè)道路橋梁設(shè)計(jì)提供充足的時(shí)間,讓道路橋梁設(shè)計(jì)人員可以加深對(duì)設(shè)計(jì)和工程的全面認(rèn)知,在充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上,使道路橋梁設(shè)計(jì)的隱患得到控制,進(jìn)而做到道路橋梁工程質(zhì)量的保證。另一方面,道路橋梁設(shè)計(jì)工作要具有風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),要在安全與風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量與進(jìn)度之間做好權(quán)衡,盡量減小道路橋梁設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn),這是防范道路橋梁設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)隱患的重要措施,同時(shí)也是提高道路橋梁設(shè)計(jì)的基本保障;道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮實(shí)際施工,要力爭(zhēng)道路橋梁質(zhì)量和施工進(jìn)度間良性的互動(dòng),在確保建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)做到對(duì)道路橋梁施工方經(jīng)濟(jì)效益的維護(hù),這是高水平道路橋梁設(shè)計(jì)工作的重要體現(xiàn)。
2橋梁設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
橋梁設(shè)計(jì)最主要的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就在于結(jié)構(gòu)分析的到位與否以及結(jié)構(gòu)方案制定得是否合理,其次是構(gòu)件與連接的設(shè)計(jì),為保證安全性,所有設(shè)計(jì)都必須采用規(guī)范要求的安全系數(shù)和可靠指標(biāo)。在現(xiàn)代橋梁的設(shè)計(jì)中,不少設(shè)計(jì)者并沒(méi)有為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性,而從設(shè)計(jì)到施工再到使用整個(gè)過(guò)程上進(jìn)行全面綜合的考慮。
2.1重視結(jié)構(gòu)耐久性
我國(guó)大約從20年前開(kāi)始重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性,當(dāng)時(shí)僅僅局限于從材料的角度,利用模擬實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行研究,雖然也取得了不少的成果,但要想與時(shí)俱進(jìn),在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)飛躍,必須適當(dāng)?shù)馗淖兯悸?,從結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)上來(lái)分析改善橋梁的耐久性。同時(shí)要考慮到施工人員的接受度、操作方式和實(shí)際完成情況,重視細(xì)節(jié)處理。在研究結(jié)構(gòu)計(jì)算方法時(shí)不僅要考慮橋梁總體構(gòu)造,還要將自然災(zāi)害、交通事故等偶然因素包括在內(nèi)。
2.2對(duì)疲勞損傷的進(jìn)一步研究
橋梁在投入使用后,由于幾乎每時(shí)每刻都在承受車輛以及風(fēng)帶來(lái)的荷載,而這些荷載都屬于動(dòng)荷載,這會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力不斷變換,一般橋梁在建造過(guò)程中采用的都是混合材料,其或多或少都會(huì)存在一些微小的縫隙,而這些縫隙長(zhǎng)期受到變化應(yīng)力的作用,極有可能逐漸發(fā)展、合并,最終形成橋梁表面的宏觀裂紋,影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,例如在橋梁工程中被廣泛使用的鋼筋砼,由于其抗拉性能差,往往會(huì)出現(xiàn)裂縫,這就是累積造成的橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷,若不及時(shí)有效地采取措施處理和控制,將會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)脆性斷裂等災(zāi)難性的后果。疲勞損傷在早期是很難被檢測(cè)和發(fā)覺(jué)的,所以必須重視這項(xiàng)研究,防范于未然。
2.3橋梁的超載問(wèn)題
目前國(guó)內(nèi)超載現(xiàn)象屢禁不止,車輛超載對(duì)橋梁造成的損害不容忽視。由于超載,作用于橋體結(jié)構(gòu)的荷載應(yīng)力增大,加劇了疲勞損傷,嚴(yán)重的甚至造成橋梁表面結(jié)構(gòu)被破壞;另外,作為橋梁安全性與耐久性的重要威脅,超載會(huì)對(duì)橋體內(nèi)部造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷,從而改變了橋梁正常負(fù)載下的工作狀態(tài),嚴(yán)重影響橋體結(jié)構(gòu)的壽命。
2.4借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)與成果
縱觀國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀,由于施工質(zhì)量與管理水平不夠高,造成橋梁使用壽命較短,維護(hù)費(fèi)用昂貴,安全事故頻發(fā)。就目前來(lái)看,這些現(xiàn)象是有其存在的必然性的,設(shè)計(jì)人員必須正視這一點(diǎn)。在基礎(chǔ)設(shè)施條件上,我們與國(guó)外是有差別的,在設(shè)計(jì)時(shí)要采用符合國(guó)情的安全度與設(shè)計(jì)方法來(lái)調(diào)節(jié)匹配施工管理與材料工藝,主動(dòng)且有效地保證橋梁的使用性能。同時(shí),對(duì)歐美國(guó)家先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果可以適當(dāng)?shù)啬脕?lái)借鑒。特別是在結(jié)構(gòu)體系的選材以及細(xì)節(jié)處理上,這點(diǎn)在國(guó)外做得比較到位,比如歐洲國(guó)家在建筑設(shè)計(jì)上十分重視結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)內(nèi)容會(huì)考慮到結(jié)構(gòu)的裂縫和形變、受振動(dòng)的情況以及美觀性、疲勞度等,力求制造出來(lái)的成品具有美觀、強(qiáng)健、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)良的性能。我國(guó)應(yīng)學(xué)習(xí)并吸取這套結(jié)構(gòu)物性能設(shè)計(jì)理論,從本質(zhì)上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中體現(xiàn)出的服務(wù)性能進(jìn)行研究,分析其發(fā)生的規(guī)律與機(jī)理以及該性能受到弱化的原因,從而掌握并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與理念。
2.5仿生材料與新功能橋梁的探索
當(dāng)今的橋梁建造技術(shù)主要得益于鋼筋混凝土材料的發(fā)現(xiàn)和使用,而這亦是源于人類對(duì)大自然天然材料庫(kù)的加工重塑。當(dāng)初園丁通過(guò)對(duì)植物根部的探索與觀察,受到啟發(fā),從而發(fā)明了鋼筋混凝土材料,對(duì)建筑行業(yè)帶來(lái)了極大的推動(dòng),在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域更是帶來(lái)了革命性的轉(zhuǎn)變。材料作為橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展不可或缺的因素,需要與時(shí)俱進(jìn)地開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新。如今倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展,在建造橋梁方面,設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)探尋如何運(yùn)用現(xiàn)有建筑材料使其發(fā)揮最大特性的方法。隨著科學(xué)的發(fā)展,仿生材料作為新生的物資,極有可能對(duì)橋梁工程改革發(fā)展的未來(lái)再一次掀起浪潮,它將完美地對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料進(jìn)行改良,若設(shè)計(jì)精妙,甚至可以取而代之。工程師在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該適當(dāng)融入些大自然的規(guī)律,在提升橋梁使用性能的同時(shí)豐富橋體結(jié)構(gòu)。比如利用研究自然界水消融和腐蝕的原理來(lái)設(shè)計(jì)研發(fā)橋梁防水材料與涂裝層材料;新型蓄光型自發(fā)光材料憑借其優(yōu)良的“自給自足”特性已廣泛用于公路標(biāo)志,設(shè)計(jì)師可嘗試將其運(yùn)用于橋梁涂裝上,結(jié)合各種染色料,使橋梁結(jié)構(gòu)白天充滿豐富的色彩感,到了夜間可自發(fā)光照明,從而取代原始的電力照明,大大降低了能耗,實(shí)現(xiàn)了橋梁的可持續(xù)發(fā)展。
2山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)的選擇
一座安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的山區(qū)公路橋梁的建成,離不開(kāi)科學(xué)、合理并與之特點(diǎn)相符合的橋梁結(jié)構(gòu)。山區(qū)由于地形地質(zhì)情況比較復(fù)雜,溝深坡陡,且多為季節(jié)性深溝,因此,很多情況下公路橋梁設(shè)計(jì)不僅受地形地質(zhì)條件限制,還受水文條件影響,因此最好采用高橋墩的構(gòu)造形式,不宜采用路基方案[2]。山區(qū)公路橋梁大部分都要跨越山谷,如果采用高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式,不僅可以應(yīng)對(duì)季節(jié)性洪水問(wèn)題,利于穩(wěn)定路基,還不易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響,既安全又經(jīng)濟(jì)。
3山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)策略
本文將山區(qū)公路橋梁設(shè)計(jì)分為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容,下面將具體分析上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略,以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的相關(guān)問(wèn)題。
3.1橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1結(jié)構(gòu)形式的選擇
在山區(qū)有著很多的季節(jié)性河流,為了跨越這些河流往往需要架設(shè)橋梁,使得橋梁在山區(qū)公路中占有很大的比重,無(wú)形中加大了成本投入。為了使成本投入經(jīng)濟(jì)又合理,施工方便,橋梁上部結(jié)構(gòu)經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)[3]。但是因?yàn)槊總€(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)有著不同工程地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)方案也會(huì)有所不同,為此,以下將重點(diǎn)分析公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。近幾年,山區(qū)公路橋梁工程常用的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)跨徑基本有16m、20m、25m、30m、40m、50m等,橫斷面形式基本采用空心板、T梁、小箱梁等。如果橋梁跨徑小于30m,可從空心板、T梁、小箱梁中任意選擇一種橫斷面形式,但是如果跨徑大于30m,最好選擇T梁形式的橫截面形式。山區(qū)公路橋梁一般對(duì)凈空無(wú)嚴(yán)格限制,加上山區(qū)公路平面半徑比較小,超高緩和段及豎曲線不可避免,如果選擇空心板和小箱梁形式的橫截面,架梁時(shí)不易調(diào)平一片梁的4個(gè)指支點(diǎn)。4個(gè)支點(diǎn)如果不在一個(gè)水平線上,可能導(dǎo)致支座受力不平衡[4]。所以,大跨徑的橋梁應(yīng)盡量選擇T梁形式的橫截面,條件允許時(shí)小跨徑的橋梁也應(yīng)該選擇T梁式橫截面,利于保持受力點(diǎn)平衡、穩(wěn)定。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是,由于山區(qū)受到地形限制,基本上不存在較好的運(yùn)輸和預(yù)制條件,但是50mT梁架設(shè)對(duì)運(yùn)輸和安裝的要求很高,為此,山區(qū)最好不易選擇跨徑大于50m的橋梁結(jié)構(gòu)。
3.1.2橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題
(1)處理好跨徑和墩高之間的關(guān)系從美學(xué)角度出發(fā),橋梁跨徑與墩高之間的比值應(yīng)在0.5~1.0之間,即橋梁跨徑如果是30m,墩高最好在15~30m之間。將橋梁跨徑與墩高之間最佳比值固定在0.5~1.0間,原因在于這樣的設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用,既不影響橋梁外形的美觀度,也能達(dá)到控制投資成本的效果。但山區(qū)公路地形變化頻繁,不易根據(jù)墩高來(lái)決定跨徑,應(yīng)根據(jù)公路地形的變化情況選擇一種跨徑。但是,如果地形起伏變化非常頻繁,也可以選擇組合跨徑。通常一個(gè)公路橋梁工程不止有一種跨徑方案,這種情況下,要經(jīng)過(guò)多方對(duì)比分析,選擇造價(jià)低、質(zhì)量有保障的方案。
(2)處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系若不能處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系,可能導(dǎo)致出現(xiàn)曲線橋。曲線橋一般表現(xiàn)為內(nèi)外弧差和中矢高。在布置墩臺(tái)徑向時(shí),內(nèi)外橋梁因受到曲率半徑的影響會(huì)出現(xiàn)梁長(zhǎng)不等的情況,半徑越小,內(nèi)外梁之間長(zhǎng)度差距越大[4]。為了有效解決這一問(wèn)題,必須處理好上部結(jié)構(gòu)與平面線形之間的關(guān)系,否則極容易影響到內(nèi)外橋梁的等長(zhǎng)情況,并最終導(dǎo)致出現(xiàn)曲線橋。針對(duì)內(nèi)外弧差這一問(wèn)題,可以采用以下兩種應(yīng)對(duì)措施:根據(jù)平面半徑的變化適當(dāng)調(diào)整梁長(zhǎng);不改變梁長(zhǎng)的前提下,通過(guò)加大帽梁、封錨端或加長(zhǎng)現(xiàn)澆連續(xù)段的方式以適應(yīng)平面半徑的變化。第一種應(yīng)對(duì)措施設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,規(guī)格統(tǒng)一,但往往需要很大場(chǎng)地堆放預(yù)制梁,場(chǎng)地不僅不易尋找,而且管理起來(lái)難度較大[5]。如果采用第二種應(yīng)對(duì)措施,在半徑比較大時(shí)可以采用內(nèi)弧長(zhǎng)等于標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置,如果半徑比較小,可以采用中線弧長(zhǎng)等于標(biāo)準(zhǔn)跨徑布置。針對(duì)中矢高這一問(wèn)題,如果中矢高在10cm以內(nèi),一般可通過(guò)調(diào)整護(hù)墻內(nèi)緣的方式適應(yīng)平面線形。在中矢高超過(guò)10cm時(shí),不易調(diào)整護(hù)墻,以免影響橋梁整體外形的美觀度和消弱護(hù)墻功能。最好的解決方式就是按照實(shí)際曲線情況預(yù)制梁外緣,以此來(lái)適應(yīng)平面線形。
(3)彎梁橋橫坡設(shè)置問(wèn)題在山區(qū)公路上看到的橋梁,平面上多呈扇形。為了使彎梁橋滿足行車要求,要求在結(jié)構(gòu)橫斷面上做成一個(gè)外弧側(cè)高、向內(nèi)弧側(cè)傾斜的橫坡。橫坡的設(shè)置方法有兩種:一種是將梁橫斷面上的每根梁肋做成不等高;另外一種是將梁橫斷面上的每根梁肋做成等高,然后將內(nèi)弧側(cè)做成傾斜,同時(shí)將橋墩蓋也做成傾斜,利用支座墊石和梁底設(shè)置的楔形墊塊所產(chǎn)生的力量使支座受力均勻,保持穩(wěn)定。
(4)結(jié)構(gòu)體系公路橋梁結(jié)構(gòu)體系基本包括全鋼構(gòu)體系、全連續(xù)結(jié)構(gòu)體系等幾大類。全鋼構(gòu)體系如果應(yīng)用于多跨梁橋,由于多跨橋梁的橋墩高相差很大,必須通過(guò)調(diào)整橋墩的線剛度來(lái)改善橋墩的受力情況,這樣必然存在著多種橋墩尺寸,不僅影響橋梁外形的美觀,也不利于施工。全連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的舒適性比較差、墩臺(tái)水平位移比較大,相應(yīng)的墩柱尺寸也要比較大一些,既不利于節(jié)省材料也不利于結(jié)構(gòu)優(yōu)化。山區(qū)地形復(fù)雜,地形起伏變化比較頻繁,因此橋梁多是彎橋或坡橋。無(wú)論是彎橋還是坡橋,作為曲線橋梁中的一種類型,在彎扭耦合作用下必然沿著某一點(diǎn)變形。如果采用全連續(xù)結(jié)構(gòu)式的橋梁,當(dāng)橋梁整體沿著某一點(diǎn)向下滑動(dòng)時(shí),必然不能保證橋梁結(jié)構(gòu)受力平衡、均勻,如再出現(xiàn)支座脫空或破壞的問(wèn)題,橋梁必然會(huì)受到前所未有毀壞[6]。從以上分析內(nèi)容可知,選擇某一種結(jié)構(gòu)體系作為橋梁整體的構(gòu)造并不是明智的選擇。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)受力均勻、平衡,使用壽命長(zhǎng),設(shè)計(jì)人員應(yīng)適當(dāng)根據(jù)地形的高低合理調(diào)整墩高,保證中間橋墩較高,然后將剛度基本一致的相鄰橋墩連接在一起,滿足橋墩水平受力的要求,矮一些的橋墩則可通過(guò)設(shè)置滑板支座或橡膠支座以滿足橋墩水平受力的要求,這樣就可形成連續(xù)梁,無(wú)論是高橋墩還是矮橋墩,其受力性能都會(huì)得到有效的改善,橋梁整體也就能更加適應(yīng)地形特點(diǎn)。由此,山區(qū)公路橋梁可以采用連續(xù)-剛構(gòu)混合體系,既能滿足橋梁的受力特點(diǎn),又能適應(yīng)平面線形。
3.2橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1橋墩
橋梁跨徑的大小決定著橋墩的高矮,一般情況下,矮橋墩設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制,高橋墩設(shè)計(jì)時(shí)要考慮穩(wěn)定性問(wèn)題。山區(qū)公路橋梁經(jīng)常采用柱式墩,柱式墩中又分為圓柱墩和方柱墩。從外形來(lái)看,圓柱墩的外形比較好控制,質(zhì)量也比較容易控制,也便于與樁基銜接。但方柱墩因?yàn)橛欣庥薪?,在外形上沒(méi)有圓柱墩看起來(lái)那么美觀,質(zhì)量控制上沒(méi)有什么區(qū)別,只要方法得當(dāng),橋墩質(zhì)量都會(huì)得到有效控制。從受力角度來(lái)看[6],在圓柱墩和方柱墩截面積相等的情況下,方柱墩的抗彎剛度一般要大于圓柱墩,有著比圓柱墩好的受力性。至于為什么存在這樣一種情況,主要原因在于當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)體系為連續(xù)鋼構(gòu)時(shí),方柱墩可通過(guò)調(diào)整墩柱兩個(gè)方向的剛度以達(dá)到調(diào)整墩柱受力的目的。但是,圓柱墩每個(gè)方向的剛度都是一樣的,受力性的調(diào)整效果會(huì)比較差。盡管方柱墩在調(diào)整受力性上有一定的優(yōu)勢(shì),但也有一定的缺點(diǎn)。除了外形不夠美觀外,墩柱與樁基之間要通過(guò)樁帽來(lái)連接,無(wú)形中增加了工程量。所以,具體設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定選擇方柱墩還是圓柱墩。如果地面比較陡,可適當(dāng)采用雙柱墩以增加穩(wěn)定性。
3.2.2橋臺(tái)
通過(guò)對(duì)大量資料分析得到,山區(qū)公路橋梁橋臺(tái)一般采用U型臺(tái)、肋板臺(tái)、樁柱式臺(tái),其中U型臺(tái)最常用。U型臺(tái)的設(shè)計(jì)要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)條件而決定,以達(dá)到減少工程量、適應(yīng)地形的目的。如果施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件比較惡劣,可以在U型臺(tái)下設(shè)置樁基,維持橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
3.2.3基礎(chǔ)樁
基礎(chǔ)是山區(qū)公路橋梁最常用的基礎(chǔ),除此之外,擴(kuò)大基礎(chǔ)也是比較常見(jiàn)的方式。在地形地質(zhì)條件比較好的情況下,適宜采用擴(kuò)大基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)適用于地質(zhì)情況比較惡劣的情況。地質(zhì)條件非常惡劣,則可采用摩擦樁[7]。如果橋梁架構(gòu)在斜坡上,無(wú)論采用擴(kuò)大基礎(chǔ)還是樁基礎(chǔ),在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度,以及在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。樁基礎(chǔ)的施工方法多為挖孔樁和鉆孔樁。盡管挖孔樁造價(jià)比較低,但是由于其不適用于地下水位比較高、易形成塌孔的地質(zhì)條件,為此,是否選擇挖孔樁應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定。