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中圖分類號(hào): TU997文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、橋梁的抗震設(shè)計(jì)原理
目前橋梁的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算原理是建立在一定假設(shè)條件基礎(chǔ)上的,盡管分析的手段不斷的在提高,分析的理論不斷的在完善,但由于地震作用的復(fù)雜性,地基影響的復(fù)雜性以及橋梁結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性,可能會(huì)導(dǎo)致理論計(jì)算分析和實(shí)際情況相差很大。現(xiàn)常見(jiàn)的橋梁抗震設(shè)計(jì)方法有:設(shè)計(jì)靜力法、反應(yīng)譜法和動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法。下面就分別對(duì)應(yīng)不同的假設(shè)條件和設(shè)計(jì)原理做一探討。
(一)靜力法
靜力法把地震加速度看作是橋梁結(jié)構(gòu)破壞的惟一因素,忽略了結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響,應(yīng)用存在較大局限性[
]。事實(shí)上只有絕對(duì)剛性的物體才能認(rèn)為在振動(dòng)過(guò)程中各個(gè)部分與地震動(dòng)具有相同的振動(dòng),所以只對(duì)剛度很大的結(jié)構(gòu)例如重力橋墩、橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)適用靜力法近似計(jì)算。
(二)反應(yīng)譜法
反應(yīng)譜方法是目前我國(guó)公路及鐵路橋梁采用的重要方法。其思路是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性分析,對(duì)各主振動(dòng)應(yīng)用譜曲線作某強(qiáng)震記錄的最大地震反應(yīng)計(jì)算,最后一般通過(guò)統(tǒng)計(jì)理論對(duì)各主振型最大反應(yīng)值進(jìn)行組合,近似求得結(jié)構(gòu)的整體最大反應(yīng)值。
(三)動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法
動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法是上世紀(jì)60年代以后伴隨有限元法、計(jì)算機(jī)技術(shù)兩方面的發(fā)展而出現(xiàn)的。該法把大型橋梁結(jié)構(gòu)離散成多節(jié)點(diǎn)、多自由度的結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型,將地震強(qiáng)迫振動(dòng)的激振直接輸入,借助計(jì)算機(jī)逐步積分求解結(jié)構(gòu)反應(yīng)時(shí)程。
二、橋梁抗震設(shè)計(jì)原則
合理的抗震設(shè)計(jì),要求設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性等指標(biāo)上有最佳的組合,使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。要達(dá)到這個(gè)要求,就需要設(shè)計(jì)工程師深入了解對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本因素,并具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造力,而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行[]。以下為抗震設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遵循的一些基本原則,這些原則基于歷次的橋梁震害教訓(xùn)和當(dāng)前公認(rèn)的理論認(rèn)識(shí)。
1場(chǎng)地選擇
除了根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析盡可能選擇比較安全的廠址之外,還要考慮一個(gè)地區(qū)內(nèi)的場(chǎng)地選擇。選擇的原則是:避免地震時(shí)可能發(fā)生地基失效的松軟場(chǎng)地,選擇堅(jiān)硬場(chǎng)地。
2體系的整體性和規(guī)則性
橋梁的整體性要好,上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)被震散掉落,同時(shí)它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。無(wú)論是在平面還是在立面上,結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻,對(duì)稱、規(guī)整,避免突然變化。
3提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性
橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng),因此抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量為最小,并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度和延性,以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下,提高總體強(qiáng)度和延性是兩個(gè)有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形;強(qiáng)度與延性則是決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震動(dòng)可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形,使其剛度與強(qiáng)度逐漸退化,因此,只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對(duì)不是良好的抗震設(shè)計(jì)。
4能力設(shè)計(jì)原則
能力設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度安全度差異,即在不同構(gòu)件(延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件-不適宜發(fā)生非彈性變形的構(gòu)件統(tǒng)稱為能力保護(hù)構(gòu)件)和不同破壞模式(延性破壞和脆性破壞模式)之間確立不同的強(qiáng)度安全度。通過(guò)強(qiáng)度安全度差異,確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng),不發(fā)生脆性的破壞模式。在我國(guó)以前的建筑抗震設(shè)計(jì)中,普遍采用“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想。
三、橋梁的抗震設(shè)計(jì)方法和抗震要點(diǎn)
1、橋梁抗震的設(shè)計(jì)方法
采用減隔震支座。
采用減、隔震支座(鉛芯橡膠支座、高阻尼橡膠支座等)在梁體與墩、臺(tái)的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁的地震反應(yīng);采用減、隔震支座橋梁結(jié)構(gòu)的梁體通過(guò)支座與墩、臺(tái)相聯(lián)結(jié),大量的試驗(yàn)和理論分析都表明采用減震支座對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)有很大的影響,在梁體與墩、臺(tái)的聯(lián)結(jié)處安裝減、隔震支座能有效地減小墩、臺(tái)所受的水平地震力。
利用橋墩延性減震。
利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中常用的方法,橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計(jì)得具有足夠的延性,以便在強(qiáng)震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸產(chǎn)生彈塑性變形來(lái)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量。
采用減震的新結(jié)構(gòu)。
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土上包裹型鋼做成的結(jié)構(gòu)。它與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比具有一系列優(yōu)點(diǎn),其承載力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構(gòu)件承載力一倍以上,具有較好的抗剪能力,延性比明顯高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),滯回曲線較為飽滿,耗能能力有顯著的提高,從而呈現(xiàn)出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量,同時(shí)可以節(jié)約材料,降低造價(jià)。
2、減震設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)稱有利于抗震,不等跨的橋梁容易發(fā)生震害。
特別是一座橋內(nèi)墩身高度相差過(guò)大,在較矮的橋墩上會(huì)產(chǎn)生很大的地震水平力,跨徑不同。在大跨徑的橋孔的橋墩上也產(chǎn)生大的地震力。設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量避免在高烈度區(qū)采用這種橋型,如無(wú)法避免,宜在不利墩上設(shè)置消能措施降低墩頂集成剛度,如設(shè)置抗震支座等。
斜橋的抗震性能較差。
由于斜交橋的質(zhì)心和扭轉(zhuǎn)中心并不重合,導(dǎo)致了在地震反應(yīng)當(dāng)中上部結(jié)構(gòu)有旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。在地震中,斜交橋相對(duì)于正交橋更易遭到破壞。另外,地震時(shí)橋臺(tái)處河岸不穩(wěn),易向河心滑移,使橋長(zhǎng)縮短,橋孔發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或扭轉(zhuǎn),造成墩臺(tái)身開裂或折斷。如地基條件允許,可采用T型或型這類整體性強(qiáng)、抗扭剛度大的橋臺(tái)。如在松軟的地基上,橋梁宜正交,并適當(dāng)增加橋長(zhǎng),使橋臺(tái)放在穩(wěn)定的河岸上。
四、小結(jié):
橋梁結(jié)構(gòu)有效的抗震措施還有許多, 此我們?cè)跇蛄涸O(shè)計(jì)過(guò)程中須認(rèn)真分析和了解結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)和特性,精心設(shè)計(jì)并采取一系列有效的抗震措施。橋梁抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,需要認(rèn)真對(duì)待。
參考文獻(xiàn):
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體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)推動(dòng)了橋梁工程行業(yè)的迅速發(fā)展,這種橋梁技術(shù)不僅僅能夠減輕橋梁施工的難度,并且有效的提高了建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,加強(qiáng)減少建設(shè)成本的力度,并且建筑物的安全系數(shù)較高,所以在建筑行業(yè)被廣泛的應(yīng)用。體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用是非常廣泛的,其技術(shù)原理是把木條一一圍成桶的形狀,然后用竹篾拉緊,讓木條呈現(xiàn)出一個(gè)擠壓的現(xiàn)象,這樣就會(huì)形成了一個(gè)水桶,并且不會(huì)漏水,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人類把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在了橋梁設(shè)計(jì)中,大大提高了橋梁施工的便利程度,也加強(qiáng)了橋梁建筑物的安全性和穩(wěn)定性,是一項(xiàng)優(yōu)秀的施工技術(shù)。
1應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的意義
體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)橋梁建筑物的硬度,并且這種預(yù)應(yīng)力能夠有效的應(yīng)用在橋梁的截面外,這樣不僅僅能夠有效的減弱橋梁建筑物的重量,并且也能夠提高工程的進(jìn)度,這種橋梁技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)養(yǎng)護(hù),以往的橋梁技術(shù)在于養(yǎng)護(hù)工作上有很大的難度,而體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)中能夠?qū)κ艿搅烁g的建筑物進(jìn)行替換,這樣不僅僅提高了橋梁建筑物的安全性,也有效的減少了施工實(shí)踐的次數(shù),從而縮小了施工的難度,有效的改善了橋梁的結(jié)構(gòu)性能,但是此橋梁技術(shù)也存在很多不足的地方,例如,橋梁建筑中的混凝土比較容易遭到損壞,并且這種橋梁技術(shù)的計(jì)算方法非常復(fù)雜,加工的費(fèi)用也很高,所以要不斷的優(yōu)化橋梁技術(shù)的設(shè)計(jì),這樣才能有效的提高工作效率和質(zhì)量,建筑企業(yè)提交高質(zhì)量的橋梁建筑物。
2體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
2.1體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)模式主要是呈現(xiàn)一種折現(xiàn)的狀態(tài),這樣能夠有效的減弱摩擦帶來(lái)的損失,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,防止出現(xiàn)材料資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。其次是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力筋是在腹板的外面,這樣能夠減少腹板的振動(dòng)頻率,并且這樣更加容易去檢查預(yù)應(yīng)力筋的工作狀態(tài),阻止發(fā)生補(bǔ)拉應(yīng)力的損失,有效的減少了施工難度,也更加加強(qiáng)了建筑施工的精確性。因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力是能夠在結(jié)構(gòu)的截面上進(jìn)行施工,這樣有效的提高了建筑物的承載力,施工也比較容易,提高了施工的進(jìn)度,因?yàn)榭梢栽诮孛嫔线M(jìn)行施工,所以截面的尺寸可以妥善的控制,有效的為建筑企業(yè)節(jié)約了原材料的支出,提高了跨越能力。
2.2體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)
因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)在不斷的更新,得到完善,人們對(duì)其中存在的缺陷也就越加的重視,此技術(shù)也存在眾多的缺點(diǎn),其中包括:體外的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的錨固是在建筑物端部,這就形成了錨固端部與轉(zhuǎn)向塊兩個(gè)方位需要和配筋有很好的配合程度,這就導(dǎo)致在施工中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,必須改變易性和水灰比才能解決問(wèn)題,并且此項(xiàng)技術(shù)不具備預(yù)警功能,使得在極限狀態(tài)下也不容易發(fā)現(xiàn)。在體外預(yù)應(yīng)力的計(jì)算中也比較復(fù)雜,需要非常的精確的計(jì)算結(jié)果才能進(jìn)行施工。
3體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)的方法
在體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)工作中要考慮很多因素,包括橋梁建筑物的重量、載重量等,如果一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題會(huì)影響整個(gè)工程的順利運(yùn)行,還會(huì)加大建筑物工程存在很大安全隱患,所以不管是在施工前還是在施工中都要詳細(xì)的進(jìn)行分析與計(jì)算,最大程度的提高建筑工程的安全性和穩(wěn)定性,提高工程的質(zhì)量和效率。
3.1結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)完成技術(shù)分析工作
因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)需要很精確的計(jì)算結(jié)果才能順利的開始施工,所以在此項(xiàng)技術(shù)中結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完成工作是非常有必要的,包括橋梁的截面、承載力、摩擦阻力等都要應(yīng)用相關(guān)的方程式進(jìn)行分析和計(jì)算,這樣能夠有效的提高計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量和效率,充分的縮短了設(shè)計(jì)的時(shí)間,雖然此類方法比較復(fù)雜,工序較多,但是結(jié)果的精確度非常的高。
3.2有限元的技術(shù)分析
這種方法是把橋梁的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和混凝土鋼筋非線性的集合分析原理相互結(jié)合起來(lái),這樣就能夠?qū)蛄汗こ踢M(jìn)行簡(jiǎn)單的單元?jiǎng)澐郑?jì)算出橋梁的受力情況和狀態(tài),雖然此類方法的計(jì)算精確度不高,但是能夠把受力情況較為仔細(xì)的呈現(xiàn)出來(lái)。
3.3把有限元與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合
如果把有限元方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合起來(lái),不僅僅能夠提供精確的信息,還能夠把仔細(xì)的原理過(guò)程體現(xiàn)出來(lái),既提高了工作效率,也提高了工作質(zhì)量,是很好的應(yīng)用方案,把混凝土鋼筋非線性集合分析原理和橋梁的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái),在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算,較大的提高了分析的效率。
4總結(jié)
體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)被較為廣泛的應(yīng)用著,所以要不斷的提高該項(xiàng)技術(shù)的水平,這樣才能使得建筑企業(yè)提交出高質(zhì)量的橋梁工程,提高橋梁建筑物的安全性和穩(wěn)定性,有效的促進(jìn)橋梁企業(yè)的可持續(xù)性、健康的發(fā)展之路。體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)有著很大的優(yōu)勢(shì),不管是在準(zhǔn)確性還是效率上,都是非常好的一項(xiàng)技術(shù),所以要加大此項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新工作,尤其是在施工過(guò)程中要重視每一個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題,做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,從而更好的促進(jìn)橋梁建筑業(yè)的發(fā)展。
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Abstract: Many viaduct construction due to socio-economic development, the growing scale of the city, are gradually starting to focus on the needs of landscape; vase pier because of aesthetics has been widely used in urban viaduct construction, but the pier at the top bit expanding head force is more complex, and therefore there are great difficulties in the design calculations. Based on this, With examples vase pier of bridge engineering design analysis.
Keywords: Design and analysis of bridge engineering; vase pier;
中圖分類號(hào):TU997文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展,致使人們對(duì)橋梁建設(shè)提出了更高的要求,除了注重經(jīng)濟(jì)實(shí)用性外,還將重點(diǎn)放在了以環(huán)境協(xié)調(diào),經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)合理性為基礎(chǔ)的景觀效果方面。如果想設(shè)計(jì)出更加美觀的橋梁,和附近環(huán)境更加協(xié)調(diào)的橋梁,則橋梁上部以及墩臺(tái)結(jié)構(gòu)是否美觀合理是非常關(guān)鍵的。現(xiàn)今得到廣泛使用的箱梁以及T梁等這些梁式橋結(jié)構(gòu),對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否平淡以及單調(diào)有直接的影響,不易于進(jìn)行大幅度的改變。不管是在我國(guó)還是在國(guó)際上處于不斷變化中的橋梁,其實(shí)是以橋墩結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在這之上結(jié)合了多種新型結(jié)構(gòu)形式構(gòu)建而成的一種結(jié)構(gòu)。因此城市中很多橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)逐漸拋棄了以往的那種結(jié)構(gòu),即重力式圬工結(jié)構(gòu),逐漸朝著纖細(xì)以及美觀的趨勢(shì)前進(jìn),大量造型獨(dú)特的橋墩在實(shí)踐工程中得到了運(yùn)用,比如花瓶墩、懸臂墩、T形墩以及門形墩等。因?yàn)檫@些橋墩選擇了梁柱結(jié)構(gòu),該種結(jié)構(gòu)受力異常復(fù)雜,不易于進(jìn)行計(jì)算,所以對(duì)該異形橋墩進(jìn)行設(shè)計(jì)以及計(jì)算時(shí)需選擇合理的分析模型, 對(duì)構(gòu)架所有構(gòu)件的具體變形程度以及內(nèi)力進(jìn)行認(rèn)真驗(yàn)算以及配筋,確保其穩(wěn)定性,強(qiáng)度以及剛度等與要求相符。所以,本文主要舉了某一大橋的例子,在文中介紹了引橋橋墩的計(jì)算以及設(shè)計(jì),并重點(diǎn)講解了異形橋墩的具體設(shè)計(jì)以及計(jì)算過(guò)程,分析了其受力特點(diǎn)。
1實(shí)例概況
某大橋所處地理位置非常關(guān)鍵,其不僅具備了交通功能,而且也屬于城市橋梁的一部分,在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合了景觀以及交通這兩方面的需求,努力使橋型與眾不同。正是因?yàn)槿绱耍摯髽蛑鳂蜻x擇了(64+88)m長(zhǎng)度的獨(dú)塔而且是單索面的斜拉橋(天鵝型預(yù)應(yīng)力混凝土),而且南北引橋各自選擇4×25m以及2×25m的截面連續(xù)箱梁(預(yù)應(yīng)力混凝土),橋梁長(zhǎng)度合計(jì)達(dá)到了308.4m,圖1 是其具體橋型布置圖。
圖1大橋橋型布置圖
引橋上部結(jié)構(gòu)選擇了25m長(zhǎng)的跨等高度連續(xù)箱梁(預(yù)應(yīng)力混凝土),左幅和又幅單獨(dú)布置,關(guān)于該橋梁的單幅橋面,其寬度達(dá)到了10.25m。箱梁梁高,頂板寬度以及地板寬度分別是1.4m,10.25m以及4.45m,其每側(cè)懸臂大約是2.5m。關(guān)于引橋的單幅橫向,其具體布置是這樣的:即防撞護(hù)欄0.5m合并人行道1.75m合并車行道8m , 圖2是引橋斷面圖。
圖2引橋斷面形式
2 引橋橋墩部位的結(jié)構(gòu)選取
關(guān)于該大橋,其引橋單幅橋面以及箱底寬度分別是10.25m以及4.45m,整座橋都位于直線段。通常來(lái)說(shuō),只有邊支點(diǎn)處安置了雙支撐,而中支點(diǎn)處都設(shè)計(jì)成了獨(dú)柱支撐。因?yàn)闃蛎嬖跈M方向上的布置不具有對(duì)稱性 運(yùn)營(yíng)過(guò)程中汽車荷載較為偏載, 箱梁要承受較大扭矩,如果全部支點(diǎn)都選擇雙支撐, 那么扭矩就會(huì)降低很多。表1是單支撐以及雙支撐各自對(duì)汽車荷載帶來(lái)的扭矩。
表1 汽車荷載產(chǎn)生的扭矩
墩臺(tái)號(hào)4#5#6#7# 8#
雙支撐 支座間距(m)3.52.5 2.52.5 3.5
最大扭矩(kN.m)1947 1959195919591947
單支撐 支座間距(m)3.5-- -3.5
最大扭矩(kN.m)4139 26271373 26274139
由上表數(shù)據(jù)我們可以看出, 如果只于4#以及8#墩安置雙支座,別的橋墩安置單支座,則汽車荷載帶來(lái)扭矩的最大值是4139kN·m。若4#~8#墩都安置成雙支座,則汽車荷載帶來(lái)的箱梁扭矩最大值只有1959kN·m。
此外通過(guò)表1還能得出,在中支點(diǎn)處選擇雙支座有利于上部結(jié)構(gòu)。由于引橋箱梁底板部位相對(duì)狹窄,橋墩最好不要選擇雙柱式,因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中引橋橋墩采取雙支撐, 而橋墩型式選擇為實(shí)體墩,也可以是獨(dú)柱加擴(kuò)頭,具體情況見(jiàn)圖3。由于該橋墩具有這樣的外形特點(diǎn),所以通常也被叫做花瓶墩。在本工程中,該橋墩型式不僅與支座布置要求相符,而且和上部處的斜腹板箱梁相互協(xié)調(diào),與美觀需求相符。
圖3 引橋橋墩結(jié)構(gòu)圖
3 對(duì)橋墩受力情況進(jìn)行的分析
結(jié)合對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分析以及計(jì)算結(jié)果,針對(duì)橋墩順橋向以及橫橋向的具體受力情況,分別進(jìn)行計(jì)算以及分析。
3.1 順橋向方面
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展繁榮,橋梁建筑行業(yè)無(wú)論從規(guī)模或是速度都實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展和進(jìn)步,為路橋的設(shè)計(jì)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。“橋是跨越障礙的通道”。橋梁與人們的生活息息相關(guān),在城市建設(shè)中,橋梁不僅僅是交通系統(tǒng)中的重要組成部分,同時(shí)也是城市化建設(shè)中的標(biāo)志性的建筑物。
1 橋梁設(shè)計(jì)原則和條件分析
1.1 道路、橋梁設(shè)計(jì)原則
對(duì)資源利用是否經(jīng)濟(jì)合理,技術(shù)先進(jìn),尊重實(shí)際,實(shí)事求是,是否科學(xué),在很大程度上取決于設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。具體而言,在設(shè)計(jì)中應(yīng)堅(jiān)持以下原則:
1.1.1 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范和國(guó)家批準(zhǔn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);
1.1.2 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),積極推廣應(yīng)用“可靠性設(shè)計(jì)方法”、“結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法;
1.1.3 注意因地制宜,就地取材,節(jié)省建設(shè)資金。在切實(shí)滿足建設(shè)功能要求的同時(shí),千方百計(jì)地節(jié)約投資、節(jié)約多種資源,縮短建設(shè)工期;
1.1.4 積極采用技術(shù)上更加先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上更加合理的新結(jié)構(gòu)、新材料。
道路橋梁的設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)施工處的氣象、水文、地質(zhì)、河道等基本狀況熟悉,對(duì)施工中存在疑問(wèn)之處應(yīng)重新調(diào)查或是勘察。從而能有效避免由于基礎(chǔ)資料原因造成的安全問(wèn)題。
1.2 橋梁的線形安全
在以往的道路橋梁的設(shè)計(jì)中,為了便于施工,無(wú)論橋梁的長(zhǎng)短,在橋梁的布線設(shè)計(jì)中往往布置成直線,造成了大規(guī)模的橋梁形成了超長(zhǎng)的直線橋梁,而大量的小河以及山區(qū)的橋梁則做成了超短的直線急彎橋梁,增加了事故發(fā)生的概率性。
1.3 橋梁的安全直線長(zhǎng)度
根據(jù)交通心理學(xué)的研究成果,橋梁的直線段長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)以車輛計(jì)算形成速度70秒的長(zhǎng)度距離。在橋梁的平面設(shè)計(jì)中,中長(zhǎng)直線的橋梁使駕車者的反應(yīng)敏感度降低,車速較高,從而引發(fā)了交通安全事故。同向平曲線之間以短直線相連,形成了所謂的“斷背曲線”,相應(yīng)的車輛在行駛經(jīng)過(guò)這樣的線路時(shí),往往將直線段看做兩端曲線相反的彎曲,線形并不連接在一起,由此,同向曲線之間的最小直線長(zhǎng)度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)車速(以Km/h)的6倍(長(zhǎng)度以m)。綜合上述研究成果,道路橋梁的直線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)和過(guò)短都將影響行車的安全,根據(jù)交通安全的理論分析,可通過(guò)計(jì)算得出道路橋梁適宜長(zhǎng)度的數(shù)值。
1.4 橋梁平曲線
根據(jù)實(shí)際調(diào)查分析的結(jié)果可知,就平曲線半徑與事故關(guān)系的研究說(shuō)明,小半徑曲線段所發(fā)生的事故的可能性更大。時(shí)速為100km/h的道路橋梁,當(dāng)橋梁的平曲線半徑小于2000m,發(fā)生事故的概率明顯提高,由此可作為曲線半徑的安全下限。其他道路則以設(shè)計(jì)時(shí)速按照相應(yīng)的比例進(jìn)行取值。與此同時(shí),緩和曲線的設(shè)置對(duì)圓曲線上的安全特性具有明顯的影響。由此,一般而言,平曲線都應(yīng)設(shè)置緩和曲線。
2 平縱線形組合以及銜接設(shè)計(jì)
2.1 平面直線與曲線的聯(lián)接
在以前的設(shè)計(jì)過(guò)程中,橋梁的設(shè)計(jì)為了適應(yīng)地形,從而造成了長(zhǎng)直線與小半徑的曲線相連,而根據(jù)道路行駛安全分析表明,長(zhǎng)直線與小半徑的曲線銜接處往往由于車輛高速行駛的慣性容易引發(fā)安全的隱患。具體恰當(dāng)?shù)闹本€長(zhǎng)度以及銜接曲線的半徑取值,應(yīng)根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)車速以及橋位的地形,確定道路安全的設(shè)計(jì)區(qū)間范圍。
2.2 彎坡疊加橋梁
平面曲線階段有縱坡存在,形成了彎坡疊加狀況,是高速公路橋梁設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)的形式。根據(jù)直觀狀況分析,這樣的設(shè)計(jì)形式并不利于行車。可通過(guò)對(duì)坡和彎的組合進(jìn)行安全特性的研究和設(shè)計(jì),利用設(shè)計(jì)指標(biāo)求的DC的值,并利用經(jīng)驗(yàn)公式得到預(yù)測(cè)事故的值。同時(shí)對(duì)于預(yù)測(cè)事故值相對(duì)較大的區(qū)域,可采用工程改造,以增加標(biāo)志等措施減少交通安全隱患。
2.3 縱坡與平曲線的銜接
道路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,較長(zhǎng)的下坡接上下半曲線是具有危險(xiǎn)傾向的設(shè)計(jì),容易導(dǎo)致車輛在高速行駛狀況下駛?cè)肫角€,從而造成事故隱患。縱坡在于平曲線進(jìn)行銜接的過(guò)程中,坡長(zhǎng)越長(zhǎng)、坡度越大,其所銜接的平曲線半徑越小,發(fā)生事故的概率也將越大。根據(jù)相應(yīng)的規(guī)律,在橋梁設(shè)計(jì)中通過(guò)計(jì)算由相同銜接方式的區(qū)段,并進(jìn)行一定的改進(jìn)。
2.4 平衡橋梁上平面曲線與豎曲線
橋梁位于小半徑如2000m以下平曲線上并且豎曲線部分或全部重疊時(shí),應(yīng)充分考慮平曲線的半徑大小平衡狀況,從而有益于交通安全,根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果表明,平豎曲線平衡的半徑推薦值的設(shè)置應(yīng)綜合考慮安全和成本等要素。
3 橋面橫向布置
3.1 行車道數(shù)量
行車道的數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的道路形成安全運(yùn)營(yíng)調(diào)查比較,高速公路的橋梁應(yīng)采用四個(gè)車道,從而保證了車道數(shù)量的設(shè)置滿足了橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全經(jīng)濟(jì)原則。當(dāng)車輛的速度為120km/h,交通量超過(guò)四車道的道路橋梁可采用六車道或是八車道。當(dāng)車輛形成速度小于120km/h,六車道或是八車道的采用應(yīng)經(jīng)過(guò)相關(guān)的技術(shù)認(rèn)證。我國(guó)的二級(jí)和三級(jí)公路一般采用的是雙車道,而四級(jí)公路則采用的是單車道。當(dāng)二級(jí)公路的混合交通量較大時(shí)和,可采用兩快兩慢四個(gè)車道。城市的橋梁設(shè)置一本可采用六車道和八車道,只有很少的部分采用兩個(gè)快車和兩個(gè)慢車道等四個(gè)車道。根據(jù)實(shí)際的交通事故的調(diào)查表明,不應(yīng)采用三車道的斷面布置形式。
3.2 行車道寬度
高速公路、一級(jí)公路橋梁采用3.75m的車道寬度,四級(jí)公路橋梁采用3.5m的車道寬。
3.3 殘疾人通道
城市橋梁的人行道設(shè)計(jì),應(yīng)專門考慮殘疾人輪椅的上下行走要求,相應(yīng)的道路橋面施工則應(yīng)滿足殘疾人能自主推行的寬度確定。
4 橋孔布置
4.1 通航河流的橋孔布置
通航河流上,橋下的通航孔位置以及孔的數(shù)量直接影響了橋梁的是施工規(guī)模以及設(shè)計(jì)的難度。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)船運(yùn)、筏運(yùn)等的通航特點(diǎn),充分考慮河床演變?cè)斐傻暮降雷兓瑢⑼ê娇自O(shè)定在穩(wěn)定的航道上,必要時(shí)還應(yīng)預(yù)留通航孔。
4.2 存在流冰及漂浮物河流橋孔布置
具有封凍以及流冰現(xiàn)象的河段,首先應(yīng)調(diào)查冰層的厚度、冰塊的最大尺寸、冰塊的密度以及流冰的速度等基本的資料。橋孔布置過(guò)程中還應(yīng)充分考慮到冰塊的排泄,橋梁的墩臺(tái)應(yīng)建立破冰和防撞等措施。在具有大量的漂浮物以及沖積物的河流中,橋孔的布置應(yīng)保證河流中洪水和泥沙的順利宣泄。
5 結(jié)論
設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工,設(shè)計(jì)過(guò)程不能隨心所欲,也不能生搬硬套,設(shè)計(jì)中盡可能考慮到施工中的環(huán)節(jié),做到心中有數(shù),才不至于發(fā)生施工人員比照設(shè)計(jì)圖無(wú)法順利施工或按圖施工卻出現(xiàn)不良效果的現(xiàn)象。施工到一定程度發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采取補(bǔ)救措施,整個(gè)工程造價(jià)勢(shì)必受到影響。
參考文獻(xiàn):
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前言
山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜惡劣,導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)繁雜。優(yōu)質(zhì)的橋梁設(shè)計(jì),可以為山區(qū)高速公路的施工提供便利,因此加強(qiáng)對(duì)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)分析是非常必要的。
是非常必要的。
1 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)原則
1.1使用舒適
山區(qū)高速公路橋梁在滿足承載力的同時(shí),還應(yīng)盡量減少伸縮縫,加長(zhǎng)連續(xù)段長(zhǎng)度,同時(shí)還要充分考慮構(gòu)件具有充足的剛度,以滿足乘車舒適性的要求。
1.2經(jīng)濟(jì)性好、施工養(yǎng)護(hù)容易:
山嶺地區(qū)地形起伏大,路線布設(shè)困難,高速公路橋梁結(jié)構(gòu)物多,導(dǎo)致造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平原區(qū)高速公路,所以橋梁的設(shè)計(jì)要考慮其技術(shù)的可行性以及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是否達(dá)到最佳范圍。山嶺地區(qū)地形起伏復(fù)雜,施工場(chǎng)地布設(shè)十分困難,在有預(yù)制條件時(shí),中小跨徑橋梁盡量采用預(yù)制結(jié)構(gòu),大跨徑橋梁由于施工場(chǎng)地受限,盡量采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),在材料的選擇上應(yīng)縮短運(yùn)距,就地取材。處在不良自然條件的橋梁必須具有良好的耐候性,而且便于養(yǎng)護(hù)管理。造型優(yōu)美與自然相協(xié)調(diào):橋梁修建應(yīng)避免對(duì)自然環(huán)境的破壞,盡量減少對(duì)自然界平衡的破壞,確保植被的恢復(fù),在施工期間還應(yīng)注意減少對(duì)河流的污染,使其降低到最小程度。
2 高架橋與高路堤的比較
山區(qū)由于地形起伏大,縱橫坡陡,橋梁多受地形控制而不受水文控制設(shè)置為高架橋,山區(qū)高速公路通過(guò)“V”形谷地或“U”形山間平原時(shí)形成高路堤。高架橋最大優(yōu)勢(shì)在于能與山區(qū)特有的地形、地貌特征相融合,減少對(duì)自然環(huán)境的干擾與破壞,防洪抗災(zāi)能力也優(yōu)于高路堤方案,但山區(qū)橋梁施工場(chǎng)地比較狹窄,材料和構(gòu)件的運(yùn)輸較為困難;高路堤設(shè)計(jì)方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于能充分利用前后路段的挖余廢方,減少棄方困難,但路堤方案占用土地多,在環(huán)境保護(hù)、自然景觀等問(wèn)題上也造成很大的破壞,此外高路堤的穩(wěn)定性受基底地質(zhì)條件、路堤填料性質(zhì)影響較大,工程可靠度低。路基規(guī)范規(guī)定,“路基中心填方高度超過(guò) 20m 時(shí),宜結(jié)合路線方案與橋梁作方案比選。”,高架橋與高路堤方案的論證比選涉及面廣,比選因素多,要從路線總體布局的角度審視方案是否合理,環(huán)境保護(hù)、自然景觀、工程可靠度、工程造價(jià)等因素進(jìn)行論證。
3 半邊橋與擋墻的比較
山區(qū)高速公路路線不可避免的沿半坡布設(shè),當(dāng)?shù)匦螜M向陡峭時(shí),處在半填半挖的路段非常多。對(duì)于中心填挖不高,但路基邊緣填方很大,填方坡腳無(wú)法收斂的情況下,主要通過(guò)設(shè)置擋墻收縮坡腳和半邊橋方案來(lái)處理。采用擋墻方案征地較多,運(yùn)營(yíng)階段影響路基穩(wěn)定性的因素較多,半邊橋方案可以節(jié)約用地,降低工程風(fēng)險(xiǎn),但造價(jià)較高。當(dāng)最大填土高度 15m 附近時(shí),應(yīng)結(jié)合地形、地物、地貌、工程地質(zhì)等因素進(jìn)行論證后確定。
4 橋梁結(jié)構(gòu)體系
山嶺地區(qū)山高谷深,地形復(fù)雜,坡陡流急,路線布設(shè)要么順山沿水,要么橫越山嶺,山區(qū)橋梁不可避免的出現(xiàn)平面曲線半徑小,縱、橫坡大,橋長(zhǎng)較長(zhǎng)。為保證橋梁在運(yùn)營(yíng)使用階段的安全、舒適、耐久性,橋梁多設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力砼曲線連續(xù)梁橋的特點(diǎn)是彎扭耦合作用,在彎扭耦合作用下,曲線梁橋會(huì)沿著某一不動(dòng)點(diǎn)變形;而對(duì)于大長(zhǎng)縱坡橋梁,在汽車制動(dòng)力頻繁、反復(fù)作用下,上部結(jié)構(gòu)具有沿著下坡方向滑移的趨勢(shì),而且梁體的下滑很難恢復(fù)。當(dāng)橋梁上下構(gòu)間采用支座連接時(shí),梁體的錯(cuò)動(dòng)將導(dǎo)致支座受力不平衡,甚至脫空、破壞,而采用墩梁固結(jié)的連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)混合體系可避免這種情況引起的梁體開裂現(xiàn)象。當(dāng)縱坡較大、墩高較高時(shí),為防止梁體的縱向滑移,增強(qiáng)橋梁的整體剛度,聯(lián)內(nèi)取較高的中墩作墩梁固結(jié)。對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋,一聯(lián)中主墩剛度相差較大,可通過(guò)邊跨合攏前后加卸載、中跨合攏前頂推主梁的方法來(lái)調(diào)整墩身的受力。
5 橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
山區(qū)高速公路,橋梁所占比重大,種類繁多,幾乎囊括了所有的橋型,從縮短設(shè)計(jì)周期、加快施工進(jìn)度、節(jié)約工程造價(jià)來(lái)講,多數(shù)宜采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。高墩大跨橋梁因地形、地質(zhì)、地貌等不同,因此采用的方案也不盡相同,本文不在闡述,重點(diǎn)介紹預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)。5. 1 跨徑選擇山區(qū)高速公路橋梁多采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑 20、30、40m,從橋梁上、下部協(xié)調(diào)一致美觀角度來(lái)講,20m 跨徑一般適用墩高 25m以下的橋梁,30m 跨徑一般適用墩高 40m 以下的橋梁,40m 跨徑一般適用墩高 40m 以上的橋梁,這樣可以減少跨徑的種類,以使設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)化。同一標(biāo)段的結(jié)構(gòu)物應(yīng)盡量采用相同跨徑,保證施工方便,節(jié)約造價(jià)。部頒標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制結(jié)構(gòu)斷面有 T 梁、裝配箱梁以及空心板。相同跨徑,采用哪種橫斷面形式更合理,本文以路基寬 24. 5m 的橋梁進(jìn)行比較。跨徑 20m 時(shí),裝配箱梁造價(jià)比空心板高 10%左右,T 梁造價(jià)比空心板高 20%左右。本文還對(duì)跨徑 20m、30m、40m 的裝配箱梁與 T 梁進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:同跨徑 T 梁的經(jīng)濟(jì)性均比箱梁略差,但兩者造價(jià)相差不大,跨徑 20、30、40m 的 T 梁比裝配箱梁造價(jià)高 10% ~14%。裝配箱梁的安裝重量較大,運(yùn)輸、施工場(chǎng)地布設(shè)極其困難,后期維修養(yǎng)護(hù)困難,T 梁安裝重量較輕,施工簡(jiǎn)單、便捷安全,對(duì)施工場(chǎng)地要求較低,曲線上橫橋向可通過(guò)調(diào)整邊梁外翼緣板長(zhǎng)來(lái)適用曲線變化,先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的設(shè)置及施工較裝配箱梁簡(jiǎn)單,可以更好的適應(yīng)山區(qū)高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點(diǎn)。對(duì)于凈空受限制的通道、天橋等中小跨徑橋梁可優(yōu)先選用空心板,裝配箱梁吊裝重量大,經(jīng)濟(jì)性介于空心板和 T 梁之間。總之,高速公路橋梁跨徑和斷面的選擇,應(yīng)考慮路線平曲線對(duì)橋梁設(shè)計(jì)及施工的影響,同時(shí)考慮施工預(yù)制場(chǎng)地、模板、施工工藝和造價(jià)經(jīng)濟(jì)。
6 橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6. 1 橋墩
山區(qū)橋梁因地形條件的限制往往采用高橋墩,橋墩形式的選擇多從橋梁的整體剛度和構(gòu)件穩(wěn)定性來(lái)考慮。橋墩的種類主要有柱式墩、薄壁墩及空心墩。高度較矮的橋墩(h < 40m)多采用施工方便、結(jié)構(gòu)輕巧的圓柱橋墩,墩柱直徑可以隨墩高階梯變化,既適應(yīng)高墩受力特點(diǎn),又節(jié)約工程造價(jià)。對(duì)于矮橋墩,設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制,但當(dāng)墩高較高時(shí),設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其穩(wěn)定性以及墩頂因活載或溫度荷載產(chǎn)生過(guò)大水平位移對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范,L0/h >30 時(shí),構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)坡。當(dāng)墩高大于 40m 時(shí),應(yīng)考慮采用薄壁墩,對(duì)于空心薄壁墩應(yīng)注意預(yù)留通氣孔,已調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差,改善受力性能。6. 2 橋臺(tái)山區(qū)橋梁橋臺(tái)的設(shè)計(jì)往往受山區(qū)地形的限制,橋臺(tái)型式的選擇直接影響到兩側(cè)山體開挖和臺(tái)前填土是否可以實(shí)施。橋臺(tái)常用的型式有重力式 U 型臺(tái)、肋式臺(tái)、樁柱式臺(tái)。位于傾角較大的山體斜坡上的橋臺(tái)不宜采用臺(tái)前設(shè)有填土錐坡的橋臺(tái)類型,如肋板臺(tái),避免臺(tái)前錐坡的不穩(wěn)定性,只有在地形較為平緩的地段可以采用填土錐坡橋臺(tái),如樁柱式橋臺(tái);對(duì)邊坡穩(wěn)定性有十分的把握可采用 U 型臺(tái),擴(kuò)大基礎(chǔ)外,一般應(yīng)采用樁式橋臺(tái)或組合式橋臺(tái)較安全。根據(jù)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》規(guī)定,U 臺(tái)的高度宜控制在 10m 以內(nèi),由于縱橫坡較陡,根據(jù)地形、地質(zhì)、地貌做成臺(tái)階狀,節(jié)省臺(tái)身材料數(shù)量。當(dāng)山體較為平緩,填土高度小于 5m 時(shí),可以采用樁主式橋臺(tái)。
6.2 基礎(chǔ)
山區(qū)高速公路橋梁由于地形條件復(fù)雜,兩側(cè)的地質(zhì)巖性差異較大,往往將一側(cè)設(shè)置成擴(kuò)大基礎(chǔ)而另一側(cè)則采用樁基礎(chǔ),擴(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)是山區(qū)橋梁最常用的基礎(chǔ)類型。由于山區(qū)一般地質(zhì)情況較好,樁基礎(chǔ)多為嵌巖樁,地質(zhì)情況較差地段采用摩擦樁。根據(jù)橋梁縱、橫斷面地形變化以及巖性差異情況,基礎(chǔ)可采用臺(tái)階式。
7 結(jié)束語(yǔ)
高速公路橋梁由于地形條件復(fù)雜,巖性差異大,設(shè)計(jì)人員需要先收集完整的資料,并根據(jù)具體地段的實(shí)際情況,進(jìn)行充分的對(duì)比分析和論證,選取最佳的山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)方案確保高速公路橋梁的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)性。
參考文獻(xiàn):
隨著城市橋梁病害的增多,橋梁養(yǎng)護(hù)與維修工作日趨繁重,管理者亟需一套針對(duì)城市橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全性能,進(jìn)行遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)評(píng)估的智能管理系統(tǒng),以確保城市橋梁以及整個(gè)交通運(yùn)輸體系的安全運(yùn)營(yíng)。因此將現(xiàn)代城市橋梁管理理論與“數(shù)字城市”技術(shù)相結(jié)合從而形成城市橋梁集群化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測(cè)管理,將是未來(lái)城市橋梁信息化管理的新模式。
1 城市橋梁健康監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀
我國(guó)已有約60座以上的大型橋梁安裝了橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其中包括了一部分城市橋梁,這些健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由少則50、多則500個(gè)以上的傳感器組成,其費(fèi)用約占到橋梁總造價(jià)的0.5-2.0%,但是按照功能要求和效益-成本分析兩大準(zhǔn)則來(lái)看,系統(tǒng)還存在著以下問(wèn)題。
1)監(jiān)測(cè)范圍滿足不了需求。開展監(jiān)測(cè)的范圍較小,一般只注重大江大河,而隨著城市橋梁的發(fā)展,城市干道橋梁的管養(yǎng)任務(wù)日益繁重。
2)只針對(duì)具體某一座或某幾座橋梁,還只能作為單個(gè)的“信息孤島”,并沒(méi)有從城市橋梁管理的角度集成為統(tǒng)一的平臺(tái),信息不共享,缺乏與其它管理系統(tǒng)的有機(jī)銜接。
3)缺乏引導(dǎo)與規(guī)劃,系統(tǒng)功能還不夠全面,偏重監(jiān)測(cè)內(nèi)容和技術(shù)輕視測(cè)試數(shù)據(jù)處理和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)方案越來(lái)越不易被橋梁業(yè)主所接受,系統(tǒng)投入使用后,后續(xù)升級(jí)及再開發(fā)困難。
4)軟硬件開發(fā)平臺(tái)不統(tǒng)一,由于城市橋梁的類型眾多,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不盡相同,針對(duì)每一座具體橋梁開發(fā)出一套專用的監(jiān)測(cè)軟件,存在著開發(fā)周期長(zhǎng),代碼可移植性差,不能重復(fù)等缺點(diǎn),造成人力資源和開發(fā)成本的增加。
5)目前的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于監(jiān)測(cè)時(shí)間較短,尚未能充分利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在各種時(shí)間尺度上蘊(yùn)含的信息,實(shí)現(xiàn)從中挖掘數(shù)據(jù)演變規(guī)律的長(zhǎng)效機(jī)制,也還沒(méi)有將橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)上升為對(duì)結(jié)構(gòu)整個(gè)生命過(guò)程的跟蹤式監(jiān)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)管理的目的。
2 城市橋梁集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素
城市橋梁集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)“開放”式的系統(tǒng),它的建立和完善是一個(gè)相當(dāng)龐大的工程,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí),應(yīng)考慮以下關(guān)鍵因素:
1)資金規(guī)劃
目前我國(guó)大規(guī)模的橋梁建設(shè)其投入是巨大的,進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)有充足的資金支持,這也是目前健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立的主要資金來(lái)源,但對(duì)于大范圍的城市在役橋梁,其養(yǎng)護(hù)管理的投入嚴(yán)重不足。因此,城市橋梁集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)資金的一次性籌集存在一定的困難,在現(xiàn)階段,提倡“綜合規(guī)劃,分步實(shí)施”的集散型方式更具有現(xiàn)實(shí)意義。
2)技術(shù)規(guī)劃
在技術(shù)上,由于健康監(jiān)測(cè)所面臨問(wèn)題的解決不可能一蹴而就,高新技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備的研制和應(yīng)用在我國(guó)還剛剛起步,許多關(guān)鍵性的技術(shù)還有待突破,目前的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用還存在著較大差距,需要在實(shí)踐中逐步發(fā)展完善,以達(dá)到最佳的效果。
3)橋梁壽命
對(duì)于新建橋梁,其建成初期安全狀況大多良好,此時(shí)建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是為橋梁積累重要的原始數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)突發(fā)性事故(地震、撞擊等)下結(jié)構(gòu)的響應(yīng),因此只需在關(guān)鍵部位布設(shè)測(cè)點(diǎn)即可。
4)儀器壽命
橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自身也有使用期及壽命的問(wèn)題,而且由于系統(tǒng)大多使用電子設(shè)備,在惡劣環(huán)境中損壞的可能性更大。根據(jù)橋梁的實(shí)際情況采取分階段實(shí)施的方案,不僅可以節(jié)省費(fèi)用,還可以延長(zhǎng)系統(tǒng)使用周期。
2.2 集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其功能分析
在國(guó)內(nèi)外橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則研究的基礎(chǔ)上,城市橋梁集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以基于GIS的城市橋梁管理系統(tǒng)為基礎(chǔ),增加分布式遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成管理平臺(tái)等三個(gè)核心部件,具體由不同的模塊組成,如圖1所示。GIS系統(tǒng)的電子地圖技術(shù)將與橋梁屬性相關(guān)聯(lián),方便對(duì)城市全部范圍的橋梁分布狀況及屬性的把握。
2.2.1 分布式遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
主要包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集模塊和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊。其中傳感器模塊由各種類型的傳感器及二次儀表等部分組成,主要監(jiān)測(cè)載荷變化、結(jié)構(gòu)所處環(huán)境變化及結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況;數(shù)據(jù)采集模塊主要由微機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集儀器組成,功能是收集由傳感器傳來(lái)的原始信號(hào),并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、根據(jù)系統(tǒng)功能要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換等預(yù)處理,以獲取所需要的參數(shù);數(shù)據(jù)傳輸模塊主要是建立遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐ㄓ嶆溌罚瑢?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。分布式遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最前端和最基礎(chǔ)的系統(tǒng)。
2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
主要由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)局域網(wǎng)模塊、與其它局域網(wǎng)或主干網(wǎng)的連接模塊及遠(yuǎn)程控制模塊組成,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊、傳輸及遠(yuǎn)程控制功能,是聯(lián)系分布式遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與系統(tǒng)集群管理平臺(tái)的橋梁。
2.2.3 系統(tǒng)集群管理平臺(tái)
系統(tǒng)集群管理平臺(tái)由中心數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制管理與維護(hù)模塊組成。
上述三個(gè)組成部分分別在不同的硬件和軟件環(huán)境下運(yùn)行,承擔(dān)著各自不同的功能,它們之間的協(xié)同工作,將實(shí)現(xiàn)集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)城市重要橋梁的在線監(jiān)測(cè)及評(píng)估的功能。
3 結(jié)論
本文為保障城市橋梁的公共安全,提出了城市橋梁集群監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念,此系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)覆蓋城市重要橋梁的結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)保障城市交通安全暢通具有極其重要的意義和價(jià)值,并隨著研究的深入,逐步實(shí)現(xiàn)橋梁管理的信息化和科學(xué)化。
參考文獻(xiàn):
302線阿爾山段公路地處內(nèi)蒙古東部大興安嶺中段,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)公路,設(shè)計(jì)速度80km/h。項(xiàng)目區(qū)屬典型高寒山區(qū),年最高氣溫34.5℃,最低氣溫-47.4℃,最冷月平均氣溫-27.6℃,年平均氣溫-2℃。冬季漫長(zhǎng),全年冰凍期和霜期8~9個(gè)月,無(wú)霜期70~120天,年平均最大凍土深度達(dá)3.1m。惡劣的的自然條件給橋梁施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)及結(jié)構(gòu)耐久性帶來(lái)極為不利的影響,本文主要就冰雪嚴(yán)寒地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的普遍病害及該公路橋梁設(shè)計(jì)中采取的對(duì)策措施進(jìn)行總結(jié)分析,以期為后續(xù)類似項(xiàng)目提供相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)。
1橋梁平縱面設(shè)計(jì)經(jīng)搜集整理并分析
2005~2014年阿爾山地區(qū)公路交通事故,冬季交通事故占全部事故率的76%。排除超速、超載、人為等因素后,路線縱坡大于4%路段或平曲線半徑小于250m路段交通事故占比41%,主要是由于冰面行駛時(shí)車輛制動(dòng)失效、車輛爬坡能力喪失導(dǎo)致下滑或彎道側(cè)滑引起。縱坡小于3%且平面半徑較大路段交通事故下降巨大,占比僅8%,說(shuō)明在積雪冰凍地區(qū)路線指標(biāo)對(duì)安全運(yùn)營(yíng)影響較大。橋梁作為架空結(jié)構(gòu),在嚴(yán)寒氣候下橋面溫度較路基段落路面溫度低,橋面更易形成積雪冰凍現(xiàn)象。路線平縱擬定時(shí)橋梁路段宜提高標(biāo)準(zhǔn)并加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)置,保證后期運(yùn)營(yíng)安全。國(guó)道302線阿爾山段公路采用分幅設(shè)計(jì),橋梁路段上坡時(shí)最大縱坡按3%控制,下坡路段最大縱坡按4%控制,平面半徑不低于規(guī)范規(guī)定的一般值,同時(shí)在橋梁路段加強(qiáng)交通安全標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)置,以加強(qiáng)后期運(yùn)營(yíng)安全。
2上部結(jié)構(gòu)選型
考慮到項(xiàng)目區(qū)年施工周期短,設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用可大規(guī)模生產(chǎn)的預(yù)制結(jié)構(gòu),以便在霜期仍可進(jìn)行架梁施工。常規(guī)的預(yù)制結(jié)構(gòu)主要有空心板、T梁及箱梁。空心板梁以其施工便捷,造價(jià)經(jīng)濟(jì)在國(guó)內(nèi)中小跨徑橋梁使用較多,但由于空心板鉸縫配筋較少,在重載交通下鉸縫易開裂,嚴(yán)寒地區(qū)鉸縫進(jìn)水后引起透水、泛白、凍脹等情況發(fā)生,大大降低結(jié)構(gòu)耐久性,嚴(yán)寒地區(qū)盡量避免使用預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目對(duì)20m跨徑以下橋梁上部均采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板,20m及以上采用預(yù)制箱梁,避免空心板梁在該項(xiàng)目的使用。
3混凝土橋梁常見(jiàn)病害及相應(yīng)對(duì)策措施
3.1基礎(chǔ)凍脹
阿爾山地區(qū)廣泛分布季節(jié)性凍土,凍脹是該地區(qū)橋梁的一種主要病害,寒冷季節(jié)橋梁基礎(chǔ)地下水向上集聚并凍結(jié)成冰即發(fā)生凍脹,使橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生上拔力,造成橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降,嚴(yán)重時(shí)甚至影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。影響凍脹的主要因素有地基土種類、土體含水量及地下水源、凍結(jié)時(shí)間、地基土壓實(shí)度等。易發(fā)生凍脹的土體主要有粉土、粘土、砂土、腐殖土等,其中尤以粉土、腐殖土為重,粘土、砂土次之。粉土主要是由于土體中毛細(xì)水上升快,水流聚集嚴(yán)重,且含水量較高時(shí)土體強(qiáng)度降低較快,導(dǎo)致凍脹程度高。腐殖土主要是由于土體中含有大量腐殖質(zhì)和易溶鹽加大了水流聚集,導(dǎo)致凍脹程度高。粘土中毛細(xì)水上升高度雖高,但上升速度慢,發(fā)生凍脹的程度不強(qiáng)。砂土孔隙率較大,毛細(xì)水上升高度小,發(fā)生凍脹程度小。土體含水量越高,越易發(fā)生凍脹。地下水的高度及補(bǔ)給也是影響凍脹程度的重要因素,地下水位較高且補(bǔ)給充足時(shí),凍脹易發(fā)生,反之則不易發(fā)生。如內(nèi)蒙、新疆等干旱地區(qū),土體、溫度都滿足凍脹要求,但由于地下水位低,土體干燥,則不會(huì)發(fā)生凍脹病害。凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng),表層土體凍結(jié)后下部毛細(xì)水仍源源不斷向上聚集,凍脹越大。地基土壓實(shí)度與土體含水量也有直接關(guān)系,壓實(shí)度低則含水量大,凍脹程度大。凍脹對(duì)橋梁基礎(chǔ)的病害主要有基礎(chǔ)不均勻沉降、墩臺(tái)側(cè)移、結(jié)構(gòu)開裂等,大大降低橋梁使用功能及耐久性,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生塌橋風(fēng)險(xiǎn),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)應(yīng)引起高度重視。設(shè)計(jì)防治措施:(1)凍脹嚴(yán)重路段墩臺(tái)盡量采用樁基礎(chǔ),若采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或輕型基礎(chǔ),基礎(chǔ)底務(wù)必埋置于最大凍深線下不低于50cm。(2)墩臺(tái)系梁、承臺(tái)等埋置于最大凍深線下不小于50cm,同時(shí),墩臺(tái)四周1米寬度內(nèi)換填不易發(fā)生凍脹的土體。(3)對(duì)于基礎(chǔ)凍脹上拔力大于上部恒載的中小跨徑橋梁,當(dāng)樁長(zhǎng)較短時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大樁基長(zhǎng)度,并在樁基外側(cè)凍土深度內(nèi)增設(shè)分離式套筒,避免切向凍脹力。(4)臺(tái)后路基采用不易凍脹的土體進(jìn)行填筑,避免凍脹產(chǎn)生橋臺(tái)側(cè)向變形。
3.2凍融環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞
當(dāng)混凝土抗?jié)B能力不足時(shí),水進(jìn)入混凝土毛細(xì)孔或裂縫內(nèi),溫度降低時(shí),毛細(xì)孔或裂縫水體結(jié)冰膨脹,對(duì)周邊混凝土產(chǎn)生擠壓,長(zhǎng)期凍融現(xiàn)場(chǎng)易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)疏松進(jìn)而失去強(qiáng)度或剝落,導(dǎo)致鋼筋外露銹蝕,影響結(jié)構(gòu)安全及耐久性。當(dāng)水體或土體有腐蝕性時(shí)此類情況更加嚴(yán)重,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。設(shè)計(jì)防治措施:(1)通過(guò)混凝土內(nèi)添加引氣劑增強(qiáng)混凝土密實(shí)性,減少孔隙率。(2)加強(qiáng)主筋保護(hù)層厚度及主筋配置,降低裂縫寬度。對(duì)于大體積混凝土如承臺(tái)、橋臺(tái)等結(jié)構(gòu)外側(cè)增設(shè)防裂鋼筋網(wǎng),避免混凝土干縮裂縫。(3)采用高標(biāo)號(hào)混凝土,并添加必要的添加劑,提高混凝土抗凍、抗?jié)B性能。(4)對(duì)于土體或水體有腐蝕的路段,查明腐蝕性質(zhì),并在混凝土內(nèi)根據(jù)腐蝕性質(zhì)增加對(duì)應(yīng)的添加劑,保證混凝土耐久性。
3.3受鹽蝕結(jié)構(gòu)的防護(hù)
阿爾山地區(qū)年降雪期長(zhǎng),路面冰凍積雪嚴(yán)重,公路養(yǎng)護(hù)時(shí)為除雪需大量使用除冰鹽,除冰鹽中氯離子對(duì)橋梁護(hù)欄、橋面鋪裝、伸縮縫等損害嚴(yán)重。若橋面防水措施未施做好,氯離子對(duì)梁體也產(chǎn)生損害。伸縮縫破損時(shí),鹽水自伸縮縫下滲至蓋梁及墩柱處,引起橋墩蓋梁及墩柱的鹽蝕,以上種種大大降低橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用功能及耐久性。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)主要從提高混凝土性能、提高保護(hù)層厚度、結(jié)構(gòu)選型、材料選用解決鹽蝕病害。(1)提高混凝土保護(hù)層厚度及混凝土密實(shí)性、抗凍、抗?jié)B性,明確混凝土中氯離子含量及堿含量,并在混凝土增加阻銹劑。(2)加強(qiáng)橋面防水設(shè)計(jì),橋面整體化層采用防水混凝土并在表層增加防水層,采用柔性防水和剛性防水相結(jié)合的雙保險(xiǎn)方案,同時(shí)要求做好精細(xì)化施工并嚴(yán)格控制施工工序。(3)防撞護(hù)欄內(nèi)側(cè)鹽水腐蝕嚴(yán)重部位,刷涂防腐涂層,兼顧防腐及警示功能,提高護(hù)欄美觀性。(4)取消橋面盲溝設(shè)置,避免鹽水進(jìn)入梁體與防水混凝土之間。同時(shí)適當(dāng)增加泄水管數(shù)量,避免橋面積水。泄水管采用高性能抗凍PVC管材,不宜采用鑄鐵管。(5)做好伸縮縫防水設(shè)計(jì),防水帶采用天然橡膠或合成橡膠,保證低溫環(huán)境的拉伸性能,防治脆性破壞。同時(shí),加強(qiáng)伸縮縫下橋梁下部結(jié)構(gòu)的混凝土性能。
3.4橋梁支座
在低溫環(huán)境下,板式橡膠支座的剪切模量、容許轉(zhuǎn)角、剪切變形、橡膠與鋼板的剝離強(qiáng)度、滑板支座的摩阻力均較正常環(huán)境下降較大,支座較易發(fā)生破壞,經(jīng)調(diào)研阿爾山地區(qū)公路橋梁支座使用情況,支座破損率達(dá)18%,主要破損部位是四氟滑板支座及聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)的次邊墩固定支座。破壞機(jī)理主要是剪切破壞,支座變形達(dá)不到實(shí)際梁體變形要求,導(dǎo)致支座剪切破壞。常規(guī)的氯丁橡膠支座已經(jīng)不適用于嚴(yán)寒地區(qū),而天然橡膠支座與合成橡膠支座則能夠較好的適應(yīng)低溫環(huán)境,嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)選用此類橡膠支座,如三元乙丙橡膠支座等。同時(shí),考慮到項(xiàng)目區(qū)年溫差大,橋梁聯(lián)長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng),以減少支座的變形要求,且應(yīng)適當(dāng)提高橡膠支座高度,減小支座剪切剛度,提高支座變形能力。
4結(jié)語(yǔ)
積雪冰凍地區(qū)橋梁病害類型多樣,除設(shè)計(jì)人員對(duì)此類地區(qū)建設(shè)條件認(rèn)識(shí)不足導(dǎo)致的橋梁先天不足外,混凝土材料、防水材料、橡膠、瀝青等筑路材料的性能也是影響橋梁耐久性的主要因素,如何利用項(xiàng)目區(qū)地材合理配比出適合項(xiàng)目區(qū)建設(shè)環(huán)境的高性能材料也是設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。橋梁安全、耐久的使用除設(shè)計(jì)因素外,施工質(zhì)量及后期管養(yǎng)也是橋梁結(jié)構(gòu)安全耐久的控制性因素,只有優(yōu)良設(shè)計(jì)、精細(xì)施工、精心保養(yǎng)三者結(jié)合才可減少橋梁病害的產(chǎn)生。
參考文獻(xiàn):
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[3]王爽.寒冷地區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)凍脹的防治.黑龍江交通科技,2009(1):95-96.
1 工程基本情況
某大橋的橋位處于平原區(qū)蜿蜒型河段,其中左岸是河漫灘,已經(jīng)建有人工的江堤,右岸則為高漫灘,河床坡降小,河床土質(zhì)為低液限粘土、細(xì)砂、中砂。該處河段左岸修有圍堤,經(jīng)建國(guó)以來(lái)多年的治理,圍堤已具備抵御100年一遇洪水的防洪能力。
橋位區(qū)屬于吉黑褶皺系松遼中斷陷中央凹陷,與東南隆起相臨。橋址區(qū)地層主要為三層:第一層為第四系全新統(tǒng)的沖積層,以粉細(xì)砂、中砂為主,厚度20~22m,第二層為上第三系的半成巖內(nèi)陸湖盆相沉積層,以粉質(zhì)粘土層及砂層呈互層狀產(chǎn)出,厚度25~30m,第三層為白堊系泥巖,埋深46~54m,全風(fēng)化層3~10m厚,其下為弱風(fēng)化泥巖。
主要技術(shù)指標(biāo):
1)荷載標(biāo)準(zhǔn):汽車―超20級(jí),掛車―120。
2)設(shè)計(jì)洪水頻率:特大橋?yàn)?/300。
3)橋面寬度:特大橋采用上、下行分離式斷面,單幅橋面寬度為12.70m(0.50+凈-11.75+0.45)。
4)橋面采用單向橫坡2%。
5)護(hù)欄防撞等級(jí):特大橋行車道內(nèi)側(cè)護(hù)欄防撞等級(jí)為Sm級(jí),外側(cè)護(hù)欄防撞等級(jí)為PL3級(jí)。
2 橋型方案總體設(shè)計(jì)原則
橋型方案的研究是橋梁設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。橋型方案研究不僅僅是對(duì)橋梁方案本身的研究,事實(shí)上應(yīng)首先考慮橋梁總體設(shè)計(jì),即橋位處所在區(qū)域政治、經(jīng)濟(jì)、文化及歷史背景,橋位處的自然、人文、景觀、地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣象條件等因素,提出可供比選的橋型方案。
橋型方案的選擇在滿足使用功能和經(jīng)濟(jì)適用的前提下,力求技術(shù)先進(jìn),結(jié)構(gòu)新穎,行車舒適安全,同時(shí)考慮泄洪、通航、地質(zhì)、地震條件以及城市交通發(fā)展的要求,富有時(shí)代氣息,考慮和地形、地貌和周圍環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)配合,充分體現(xiàn)現(xiàn)代化橋梁建設(shè)新水平。
通過(guò)對(duì)各比選方案就橋長(zhǎng)、跨徑組合、結(jié)構(gòu)體系、施工工藝、工程造價(jià)、橋梁美學(xué)等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較,提出橋型推薦方案。
結(jié)合該大橋工程實(shí)際,橋型方案構(gòu)思原則如下:
1)該大橋在滿足使用要求的前提下,結(jié)構(gòu)形式的確定以符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的要求。標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、因地制宜、方便施工和養(yǎng)護(hù)為原則,注重環(huán)保設(shè)計(jì),并考慮美觀,使其富有時(shí)代氣息。
2)橋孔劃分考慮因素,一般為橋位處地形、地質(zhì)、水文以及通航要求等,諸如地質(zhì)條件、水面寬度、水深、流速、河床斷面變化及堤防、通航凈空等。充分考慮橋孔的合理配置,盡量達(dá)到結(jié)構(gòu)受力和理、造型美觀。
3)盡量使橋梁上、下部結(jié)構(gòu)工程造價(jià)總和最小,全壽命造價(jià)最小。
3 方案比較
3.1 方案提出
該大橋?yàn)樵摱蔚目刂菩怨こ蹋跇蛐头桨高x擇上,根據(jù)地質(zhì)、地震、通航、水文等要求,對(duì)主橋提出了5個(gè)方案橋梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較。
第一方案:裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁,橋孔布置33×40+(12×50)+6×40,橋長(zhǎng)2160m。
第二方案:100m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,橋孔布置32×40+(65+5×100+65)+6×40,橋長(zhǎng)2150m。
第三方案:368m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,橋孔布置30×40+(39.4+160+368+160+39.4)+4×40,橋長(zhǎng)2126.8m。
第四方案:107m中承式鋼管混凝土拱,橋孔布置34×40+(36.5+5×107+36.5)+4×40,橋長(zhǎng)2128m。
第五方案:648m連續(xù)鋼箱梁懸索橋,橋孔布置26×40+(230+648+230),橋長(zhǎng)2128m。引橋采用跨徑40m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁,聯(lián)孔長(zhǎng)度為4孔一聯(lián)和5孔一聯(lián),簡(jiǎn)支T梁現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制,在橋上現(xiàn)澆連續(xù)段接頭,完成體系轉(zhuǎn)換,形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)型式詳見(jiàn)表1。
表1 結(jié)構(gòu)型式
項(xiàng)目 第一方案 第二方案 第三方案 第四方案 第五方案
平橋上部結(jié)構(gòu)型式 裝配式預(yù)應(yīng)力棍凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱形梁 雙塔雙索而預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋 中承式鋼管混凝土拱 三跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋
上部 主橋橋孔布置(孔×m) 12×50 65+5×100+65 160+368+160 36.5+5×107
+36.5 230+648+230
雅達(dá)虹岸引橋(m) 33×40 32×40 30×40+39.4 34×40 25×40
煉油廠岸引橋(m) 6×40 6×40 39.4+4×40 4×40
下部 主橋主墩結(jié)構(gòu)型式 圓柱式墩 矩形墩倒 Y形塔 重力式墩 H形塔
主橋邊墩結(jié)構(gòu)型式 矩形柱式墩 圓柱式墩 矩形柱式墩 圓柱式墩
引橋橋墩結(jié)構(gòu)型式 圓柱式墩
引橋橋臺(tái)結(jié)構(gòu)型式肋 板式橋臺(tái)
基礎(chǔ) 主橋主墩結(jié)構(gòu)型式 鉆孔灌注樁基礎(chǔ) 沉井基礎(chǔ)
其它墩臺(tái)結(jié)構(gòu)型式鉆 孔灌注樁基礎(chǔ)
3.2 方案必選
各方案從結(jié)構(gòu)受力、施工養(yǎng)護(hù)難易程度、使用舒適性、橋梁美觀等方面進(jìn)行如下的比較。
第一方案:該種結(jié)構(gòu)形式采用較普遍,主梁集中預(yù)制,雙導(dǎo)梁安裝,在橋上完成體系轉(zhuǎn)換,形成連續(xù)結(jié)構(gòu),施工工藝簡(jiǎn)單,施工工期短,造價(jià)低,可以滿足使用功能和通航要求,但橋型單調(diào)、呆板,孔徑小,橋墩多,由于航道在橋位處為彎道,通航條件差。
第二方案:造型簡(jiǎn)潔、線條明快,結(jié)構(gòu)剛度較大,對(duì)固接墩下部的抗震性能要求高,為了滿足橋梁的抗震要求,主橋需采用兩個(gè)固接橋墩,由于橋墩高度不高,因此由于溫度變形對(duì)主梁及橋墩受力均不利,中孔合攏前需對(duì)兩側(cè)主梁進(jìn)行頂壓,以降低收縮、徐變、降溫與升溫的不對(duì)稱程度。主梁截面采用分離式單箱單室斷面,三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),主梁采用懸臂澆筑方法施工,設(shè)計(jì)及施工技術(shù)成熟,造價(jià)略高。
第三方案:該方案跨徑大、主塔高,造型宏偉美觀,景觀效果好,技術(shù)先進(jìn),體現(xiàn)時(shí)代精神和現(xiàn)代氣息,結(jié)構(gòu)采用全飄浮體系,抗震性能大大提高。主塔采用倒Y型或A型,拉索為空間雙索面,主梁采用雙主肋斷面,主塔采用爬模施工,主梁采用懸臂澆筑施工,設(shè)計(jì)、施工及控制復(fù)雜、要求高,造價(jià)高。
第四方案:該方案橋型新穎,主橋主梁高度小,與橋高配合協(xié)調(diào),但結(jié)構(gòu)抗震性能較差,設(shè)計(jì)及施工工藝復(fù)雜,且引道路基需加寬;橋位處地質(zhì)情況差,沉井基礎(chǔ)工程量大,使該方案造價(jià)較高。
第五方案:該方案跨徑較大,造型宏偉,技術(shù)先進(jìn),主梁采用混凝土主梁,自重較重,造價(jià)較高,主橋錨碇采用重力式錨,施工復(fù)雜,該方案造價(jià)最高。
通過(guò)論證可以看出:第三方案雙塔雙索面斜拉橋、第四方案中承式鋼管拱、第五方案三跨懸索橋均較美觀,但造價(jià)較高,施工困難,橋面以下的高度較矮,較難發(fā)揮這幾種橋的立面美觀的特點(diǎn)。第一方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但下部多,總造價(jià)雖較低,但對(duì)通航不利。綜合考慮各方面因素,采用第二方案體系較合理,主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)-連續(xù)箱形梁,引橋?yàn)檠b配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁。
4 結(jié)束語(yǔ)
橋型方案設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)復(fù)雜和靈活的工作,特別是對(duì)于一些橋位比較復(fù)雜的橋梁,具有曲線、大超高、大縱坡、高墩和長(zhǎng)橋等特征的橋型方案設(shè)計(jì),還處于摸索階段,有很多新的問(wèn)題需要進(jìn)一步的探討和研究。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和公路事業(yè)的日益發(fā)展,大力發(fā)展高速公路將成為必然,因而高速公路橋型方案設(shè)計(jì)必將日趨成熟。
參考文獻(xiàn):
在橋梁建設(shè)過(guò)程中,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其抗震能力。為了設(shè)計(jì)出抗震性能較強(qiáng)的橋梁,相關(guān)工程師應(yīng)不斷深化對(duì)隔震設(shè)計(jì)的研究,以降低地震產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)虧損與人員傷亡。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)與隔震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)在理論聯(lián)系實(shí)際的基礎(chǔ)上,綜合考慮多方面要素,展開分析與研究,找到合理的抗震理論。
1橋梁工程隔震技術(shù)的原理與特征
1.1橋梁的隔震設(shè)計(jì)
在進(jìn)行道路建設(shè)時(shí),橋梁是重要的連接裝置,需要對(duì)其制定科學(xué)且合理的設(shè)計(jì)方案,從而不斷提升橋梁工程的安全與抗震能力,可以從如下幾個(gè)方面展開詳細(xì)處理。首先,應(yīng)做好充足的前期準(zhǔn)備工作。眾所周知,橋梁的抗震能力受到各個(gè)方面要素的影響,比如地質(zhì)、氣候等,在橋梁隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)充分考察各個(gè)相關(guān)要素的實(shí)際情況,并獲取精確的考察數(shù)據(jù),之后精準(zhǔn)計(jì)算出橋梁的隔震設(shè)計(jì)周期。其次,加強(qiáng)橋梁隔震裝置的應(yīng)用穩(wěn)固性。隔震裝置對(duì)于隔震設(shè)計(jì)而言十分重要,應(yīng)給予充分的重視。在設(shè)計(jì)橋梁隔震裝置時(shí),只要發(fā)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)存在移動(dòng)情況,就應(yīng)立即進(jìn)行處理,保證橋梁的安全,合理規(guī)避安全事故的發(fā)生;要想全面提升抗震裝置的有效性,應(yīng)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化,從而制作出高質(zhì)量的隔震裝置。最后,改善橋梁的抗震能力。在設(shè)計(jì)橋梁工程的抗震能力時(shí),應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)法律文件展開設(shè)計(jì)工作,并保障符合具體需要,同時(shí)在設(shè)計(jì)具有抗震能力的橋梁過(guò)程中,其強(qiáng)度應(yīng)高于普通橋梁。
1.2隔震設(shè)計(jì)基本原理
建設(shè)橋梁工程時(shí),應(yīng)大量采用隔震技術(shù),其設(shè)計(jì)原理是為了減弱地震對(duì)橋梁工程產(chǎn)生的重大危害,進(jìn)而降低主體結(jié)構(gòu)的損壞程度,提升橋梁抗震能力。同時(shí),應(yīng)完善隔震設(shè)計(jì)方式,確保提升橋梁抗變形能力與強(qiáng)度。還可應(yīng)用防震設(shè)計(jì)方式與柔性設(shè)備來(lái)降低地面移動(dòng)與結(jié)構(gòu)部件間的聯(lián)系所引發(fā)的橋梁變形現(xiàn)象。如果出現(xiàn)地震或其他自然災(zāi)害時(shí),橋梁工程顯著低于地面的反應(yīng)速度,如此有利于降低橋梁工程受損程度。在橋梁工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,運(yùn)用隔震設(shè)計(jì)手段,能有效消除地震災(zāi)害引起的負(fù)面影響,地震出現(xiàn)時(shí),造成的破壞性能量會(huì)不斷向橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞,能夠有效減弱其帶來(lái)的負(fù)面影響。此外,工程師在進(jìn)行橋梁工程抗震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)按照如下原則進(jìn)行設(shè)計(jì):首先根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況,合理設(shè)立隔震等級(jí);其次,橋梁設(shè)計(jì)人員還應(yīng)建立相應(yīng)模型開展對(duì)隔震裝置以及橋梁主體架構(gòu)的模擬研究,利用合適的相關(guān)理論模型,得到最接近施工實(shí)際的受力數(shù)據(jù),以確保橋梁的安全性。
1.3隔震設(shè)計(jì)的技術(shù)特征
在橋梁工程隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,其主要目的是提供良好的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。在橋梁工程結(jié)構(gòu)的相關(guān)隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)將橋梁的各個(gè)部分單獨(dú)設(shè)立隔震設(shè)施,要特別關(guān)注在此過(guò)程中采用柔性支柱,進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的完好無(wú)損,保證有效降低橋梁構(gòu)部件的損壞。設(shè)置隔震裝置是隔震設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)單且基礎(chǔ)的部分,應(yīng)強(qiáng)化隔震設(shè)備等效阻尼與剛度的計(jì)算,并保證選取合適的隔震裝置。在隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,還可以通過(guò)輔助附屬結(jié)構(gòu)展開相關(guān)工作,同時(shí),在開展設(shè)計(jì)工作時(shí),務(wù)必精細(xì)化處理相關(guān)細(xì)部設(shè)計(jì),確保提升橋梁建筑的抗震能力。附屬結(jié)構(gòu)主要包括伸縮縫裝置與防水落梁裝置等[1]。
2橋梁工程中隔震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)探討
2.1隔震裝置的設(shè)計(jì)策略
在設(shè)計(jì)橋梁過(guò)程中,設(shè)立隔震裝置是完成隔震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),優(yōu)化隔震裝置并改善主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是其重要組成部分,進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)其主要部分是設(shè)立良好的隔震裝置。為提升橋梁抗震能力,應(yīng)最大程度地運(yùn)用隔震裝置提升結(jié)構(gòu)周期來(lái)減弱地震能量,進(jìn)而減弱結(jié)構(gòu)響應(yīng)。如今,我國(guó)重點(diǎn)使用彈性反應(yīng)譜法進(jìn)行隔震裝置設(shè)計(jì),此方法被廣泛使用,并且能達(dá)到較好的應(yīng)用成效。這是由于該方法所應(yīng)用的相關(guān)理論等通俗易懂,而且能夠根據(jù)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行有效約束,進(jìn)而確保設(shè)計(jì)精度的準(zhǔn)確性。將隔震裝置主體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置,可以大大減小隔震裝置被地震襲擊后遭受的震蕩變形。隔震裝置自設(shè)計(jì)到運(yùn)行的每一個(gè)步驟均需要參與其中。為了有效提升橋梁工程抗震性能,應(yīng)不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的隔震技術(shù)。橋梁設(shè)計(jì)工程師應(yīng)掌握隔震裝置設(shè)計(jì)的隔震原理及相應(yīng)周期等重點(diǎn)內(nèi)容,提升橋梁建筑的抗震能力,進(jìn)而提高其安全性能。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中,已有的計(jì)算方式存在較大偏差,相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理規(guī)避這一問(wèn)題,尋找能夠精確計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)程度的方法,進(jìn)而制定有效方案,提升橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性。在設(shè)計(jì)橋梁隔震裝置過(guò)程中,也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注橋梁的附屬結(jié)構(gòu),比如限位裝置、防落梁裝置等,應(yīng)開展對(duì)地震災(zāi)害與動(dòng)力過(guò)程的相關(guān)分析,從而得出細(xì)部構(gòu)件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)程度與隔震成效的影響程度。然而實(shí)際情況下,由于附屬結(jié)構(gòu)計(jì)算公式難以快速計(jì)算,大部分工作人員忽視了細(xì)部構(gòu)件的作用。
2.2隔震設(shè)計(jì)的相關(guān)原則
在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)設(shè)計(jì)完善的橋梁隔震裝置,以提高橋梁的抗震能力。要想有效提高橋梁的抗震能力,應(yīng)按照如下原則進(jìn)行隔震設(shè)計(jì):第一,采取實(shí)地調(diào)研的方式檢查其隔震設(shè)計(jì)是否合理,橋梁工程已有的隔震設(shè)計(jì)是否適當(dāng),以及運(yùn)用這一體系提升震后能量吸收能力的判斷依據(jù)等。在設(shè)計(jì)相關(guān)的隔震策略時(shí),應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便并且能有效加強(qiáng)隔震能力的設(shè)備。第二,應(yīng)選擇對(duì)稱結(jié)構(gòu)以預(yù)防由于地震引發(fā)的橋梁倒塌現(xiàn)象。在加入相關(guān)隔震策略后,應(yīng)轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu)周期,預(yù)防地震引起的共振作用,進(jìn)而減弱橋梁遭受的地震沖擊力,增強(qiáng)穩(wěn)定性與防震功效。第三,應(yīng)重視橋梁的整體性能,如果橋梁整體能力較弱,則不能充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間作用,極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件被震掉。應(yīng)盡可能選用持續(xù)不斷的上部結(jié)構(gòu),并使用能提高結(jié)構(gòu)整體性能的連接方式,于所有連接點(diǎn)制定減震措施,進(jìn)而高效地提高橋梁穩(wěn)固性。第四,在進(jìn)行具體抗震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)制定構(gòu)造措施,采取冗余的方式,加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。如此能有效地提升橋梁的安全與穩(wěn)定,最大化規(guī)避橋梁坍塌的情況[2]。
2.3隔震設(shè)計(jì)的相關(guān)方法
首先,可以采用橋梁延性控制方法加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力,這種方式主要利用結(jié)構(gòu)確定相關(guān)部位的塑性變形,從而有效抵御地震作用。通過(guò)相應(yīng)部位的塑性變形,能夠減弱地震能量并增加結(jié)構(gòu)周期,進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)。由于地震作用致使彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不符合具體情況,且具有較低的性價(jià)比。存在嚴(yán)重的地震災(zāi)害時(shí),容許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性,進(jìn)而產(chǎn)生局部塑性變形,此時(shí)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)延展性展開有效抗震。在地震出現(xiàn)概率較低的地區(qū),設(shè)置延性結(jié)構(gòu)能夠有效節(jié)約成本。然而這種方法在具體應(yīng)用時(shí)仍存在一定的限制,原因是地震強(qiáng)弱引發(fā)的災(zāi)害等級(jí)不一定,并且在不同地震作用下,橋梁的抗震能力不確定,在產(chǎn)生地震時(shí),所造成的嚴(yán)重破壞力會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能,嚴(yán)重會(huì)引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效,進(jìn)而造成橋梁坍塌。其次,在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),還可采用減隔震技術(shù)有效提升橋梁的抗震能力。當(dāng)出現(xiàn)地震時(shí),隔震支座與阻尼器能快速降低震力,減小橋梁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng),從而提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。通過(guò)選擇摩擦力小的滑動(dòng)摩擦型減震支座(此類支座是由不銹鋼與聚四氟乙烯材料制成),水平地震作用會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)的橫向移動(dòng),致使支座間存在滑動(dòng)摩擦力,上部結(jié)構(gòu)到下部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)很大的地震力,致使支座出現(xiàn)最大摩擦力,支座移動(dòng)使力量減弱的同時(shí),材料間的相互摩擦力又使得部分地震能量被削弱。然而這種支座不能主動(dòng)恢復(fù)原位,并且上下結(jié)構(gòu)造成的位移大,不易掌握支座響應(yīng)時(shí)的相關(guān)性質(zhì),因此應(yīng)與阻尼器或其他支座共同使用[3]。最后,在減隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中,要想充分展現(xiàn)減隔震裝置的減耗能作用,應(yīng)在減隔震裝置中加入非彈性變形與耗能環(huán)節(jié),如此能有效避開下部結(jié)構(gòu)的屈服作用,并確保下部結(jié)構(gòu)剛度高于減隔震裝置的水平剛度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)考慮上部與下部結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性。總之,在開展結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中,提升延性的方法之一是加大相應(yīng)結(jié)構(gòu)斷面尺寸與配筋比率,能有效降低縱橋向地震作用。在嚴(yán)重地震災(zāi)害作用下,使用減隔震裝置能夠減弱固定墩和主梁間的剛性約束力,極大減弱橋墩的地震響應(yīng),然而利用橋墩梁會(huì)使相對(duì)位移變大,應(yīng)建立合適的阻尼裝置與構(gòu)造策略,來(lái)掌控橋墩的相對(duì)位移。
3結(jié)語(yǔ)
總之,橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提升自身隔震設(shè)計(jì)意識(shí),掌握隔震設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識(shí)并運(yùn)用到實(shí)際建設(shè)中,進(jìn)而有效改善地震對(duì)橋梁的沖擊作用。在我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制不斷完善的背景下,橋梁工程快速轉(zhuǎn)型,要最大程度地提升橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量,工程師應(yīng)按照橋梁場(chǎng)所、結(jié)構(gòu)特征等開展隔震設(shè)計(jì)工作,來(lái)提升其抗震能力與穩(wěn)固能力。工程施工單位與設(shè)計(jì)單位,也應(yīng)主動(dòng)選取有效的設(shè)計(jì)理論與隔震技術(shù),以提升有關(guān)橋梁工程的抗震能力與安全性能,進(jìn)而確保橋梁工程的快速進(jìn)步與發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
[1]紀(jì)丹琳,樂(lè)玥.橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].交通世界,2020(33):66-67.
中圖分類號(hào):U448文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路橋梁建設(shè)取得了巨大的成就,但是從當(dāng)前我國(guó)公路橋梁的建設(shè)情況來(lái)看,公路橋梁的安全性和耐久性仍然存在一定的問(wèn)題,一些公路橋梁的改建、加固、維修工程普遍存在,這些問(wèn)題的存在給公路橋梁設(shè)計(jì)有關(guān)安全性和耐久性的內(nèi)容提出了新的問(wèn)題。在我國(guó)當(dāng)前的公路橋梁設(shè)計(jì)中,安全性和耐久性問(wèn)題很多只是停留在一種概念的基礎(chǔ)上,對(duì)于公路橋梁的使用年限并沒(méi)有提出具體的要求,公路橋梁耐久性也沒(méi)有相關(guān)專門的設(shè)計(jì)要求,這也直接導(dǎo)致了當(dāng)前我國(guó)公路橋梁安全性和耐久性經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。
一、我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性和耐久性的現(xiàn)狀
在我國(guó)現(xiàn)階段公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中存在這樣明顯的傾向:公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中更多的對(duì)橋梁的強(qiáng)度進(jìn)行考慮,而對(duì)橋梁的耐久性考慮相對(duì)較少;重視橋梁的強(qiáng)度極限,而對(duì)于橋梁的使用極限并沒(méi)有特定的設(shè)計(jì)要求,而公路橋梁的使用極限則是橋梁的整個(gè)生命周期中最重要的組成部分;重視公路橋梁結(jié)構(gòu)的建造,而對(duì)于公路橋梁結(jié)構(gòu)的維護(hù)工作重視程度不夠。這些公路橋梁設(shè)計(jì)中存在的普遍傾向使得當(dāng)前的公路橋梁工程事故經(jīng)常發(fā)生,橋梁的整體使用性能普遍不高,公路橋梁的整體使用壽命較短等問(wèn)題,這不僅與當(dāng)前國(guó)際上對(duì)公路橋梁安全性和耐久性不斷重視的實(shí)際相反,而且還會(huì)給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的隱患,同時(shí),還與公路橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)和綜合經(jīng)濟(jì)性等要求相違背。我國(guó)近些年來(lái)發(fā)生了很多公路橋梁安全性和耐久性事故問(wèn)題,給人民群眾的生活帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和生命威脅。
二、影響公路橋梁安全性和耐久性的主要問(wèn)題
1、設(shè)計(jì)方案不合理
公路橋梁安全性和耐久性差的原因主要是由于公路橋梁建筑工程設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的,部分的設(shè)計(jì)人員由于缺少足夠的理論知識(shí)和實(shí)際的操作能力,致使公路橋梁工程的設(shè)計(jì)方案不夠科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn),很多的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行公路橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí),只側(cè)重于對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中的安全性的設(shè)計(jì),而忽視了公路橋梁建筑工程的具體施工形狀、公路橋梁建筑工程由那些部分構(gòu)成、建筑材料的選用、以及施工路線的設(shè)計(jì)等方面的考慮,沒(méi)有對(duì)公路橋梁施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的和可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)想。這些問(wèn)題在一定程度上影響了公路橋梁建筑工程的,公路橋梁建筑工程的施工質(zhì)量得不到保證,自然就會(huì)影響公路橋梁的安全性和耐久性。
2、施工單位能力不足,管理力度薄弱
近些年來(lái),我國(guó)頻繁的發(fā)生公路橋梁坍塌的事故,給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅。日前,據(jù)一家媒體不完全統(tǒng)計(jì),自2001年開始至今,我國(guó)在短短的5年來(lái)共有37座橋梁垮塌,其中13座在建橋梁發(fā)生事故,共致使182人喪生、177人受傷。平均每年都會(huì)有7.4座橋梁發(fā)生垮塌,在對(duì)橋梁事故原因的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),公路橋梁事故頻發(fā)的主要原因與施工單位能力不足是分不開的。部分的施工單位在進(jìn)行公路橋梁建筑工程施工過(guò)程中對(duì)公路橋梁的重要性認(rèn)識(shí)不足,為了節(jié)省公路橋梁建筑工程的施工成本、牟取私利,在公路橋梁建筑工程的建筑材料的選用過(guò)程中以次充好,弄虛作假;缺乏專業(yè)的管理部門對(duì)工程施工進(jìn)行監(jiān)督和管理,從而導(dǎo)致公路橋梁建筑工程在施工過(guò)程中管理力度薄弱;同時(shí),部分的公路橋梁施工單位的施工隊(duì)伍大多是由農(nóng)民工組成的,施工人員的專業(yè)技能過(guò)低,對(duì)混凝土的配制以及振搗技術(shù)等常用的技能掌握不足,在施工過(guò)程中缺乏安全意識(shí)和質(zhì)量意識(shí),這些問(wèn)題在一定程度都嚴(yán)重影響了公路橋梁建筑工程的安全性和耐久性。通常我國(guó)對(duì)公路橋梁的使用壽命定為100年左右,而實(shí)際上,很多的公路橋梁在投入使用5年~10年左右就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,甚至是發(fā)生垮塌事故。
三、公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性的完善
1、公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中重視耐久性問(wèn)題
我國(guó)對(duì)于公路橋梁耐久性的研究,主要是從施工材料和統(tǒng)計(jì)分析兩個(gè)角度來(lái)進(jìn)行,但是對(duì)于如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度以及設(shè)計(jì)和施工人員易于接受的方式來(lái)進(jìn)行公路橋梁的耐久性進(jìn)行改善問(wèn)題研究相對(duì)較少。總的來(lái)講,公路橋梁的耐久性設(shè)計(jì)與普通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間存在明顯的不同,應(yīng)該努力將傳統(tǒng)的橋梁耐久性定性分析朝著定量分析的方向發(fā)展。當(dāng)前,國(guó)外將公路橋梁的耐久性設(shè)計(jì)作為公路橋梁設(shè)計(jì)的重要組成部分,對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)布局以及構(gòu)造細(xì)節(jié)等進(jìn)行綜合細(xì)致的考慮,并注重橋梁結(jié)構(gòu)便于檢查和維修的設(shè)計(jì)方式,盡量保證橋梁的安全以,減少不必要的維修費(fèi)用。
2、重視公路橋梁疲勞損傷的設(shè)計(jì)研究
對(duì)于公路橋梁而言,它所承受的各種荷載,如車輛荷載、風(fēng)荷載等都會(huì)在橋梁的內(nèi)部產(chǎn)生一種循環(huán)變化的應(yīng)力,而這種應(yīng)力會(huì)使得公路橋梁的不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng),從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)累積疲勞損傷。由于累積損傷不斷擴(kuò)大,最終導(dǎo)致公路橋梁宏觀性裂縫的產(chǎn)生,這些宏觀性的裂縫如果得不到有效地控制,最終將導(dǎo)致公路橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂坍塌的等事故。通常公路橋梁的早期疲勞損傷不容易被發(fā)現(xiàn),但是這種損傷給橋梁帶來(lái)的影響缺失非常巨大的,甚至是無(wú)法挽回的。通常疲勞損傷一般被認(rèn)為是鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中最重要的問(wèn)題之一,主要是由于疲勞損傷導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)開裂和橋梁坍塌事故較多,近些年來(lái),疲勞損傷的研究開始向混凝土橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展。此外,對(duì)于疲勞損傷的研究不單單局限于橋梁的整個(gè)結(jié)構(gòu)而言,公路橋梁結(jié)構(gòu)中,往往是由于某一個(gè)部位或構(gòu)建出現(xiàn)疲勞損傷,使得這一部分失去其原有的效用,最終導(dǎo)致整個(gè)公路橋梁由于疲勞損傷出現(xiàn)失效現(xiàn)象,最常見(jiàn)的就是斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。
3、重視公路橋梁的超載問(wèn)題
公路橋梁的汽車超載一般有三種基本的情況:(1)橋梁超出使用年限的超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng);(2)公路橋梁上通行的車輛超出橋梁設(shè)計(jì)流量;(3)車輛自身超載行駛。前面兩種情況的主要原因是橋梁荷載變化和交流流量變化,而第三種情況則是司機(jī)違法運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致的。公路橋梁超載問(wèn)題,一方面會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)疲勞損傷現(xiàn)象。橋梁的超載使得橋梁所受的疲勞應(yīng)力變大,橋梁自身的疲勞損傷變得更為嚴(yán)重,嚴(yán)重的時(shí)候甚至可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞;另一方面,橋梁超載問(wèn)題導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷是無(wú)法得到恢復(fù)的,這使得橋梁在正常的荷載情況下,工作狀態(tài)出現(xiàn)變化,最終導(dǎo)致橋梁的安全性和耐久性出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。例如,混凝土橋梁一直被認(rèn)為具有足夠的耐久性,但在汽車超載作用下,可能發(fā)生開裂;裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合,但由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷,構(gòu)件的開裂彎距降低、剛度下降;于是在正常使用荷載作用下,本來(lái)不該開裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或本來(lái)較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形。這些都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響,因此除了交管部門要加強(qiáng)管理外,也需要對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。
結(jié)束語(yǔ)
總而言之,公路橋梁建筑工程是十分復(fù)雜和繁瑣的,在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中涉及的專業(yè)知識(shí)特別的多。公路橋梁建筑工程是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,更是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程,國(guó)家和政府一定要加大對(duì)公路橋梁工程的監(jiān)督和管理力度,加大對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性的研究力度,為促進(jìn)公路橋梁建筑工程的可持續(xù)發(fā)展提供保障。
參考文獻(xiàn)
1 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋簡(jiǎn)介
鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)較為特殊,是將墩臺(tái)與主梁整體固結(jié)。其承擔(dān)豎向荷載時(shí),主梁通過(guò)產(chǎn)生負(fù)彎矩減少跨中正彎矩。橋墩作為鋼構(gòu)橋的主體部分,主要承擔(dān)水平推力、壓力以及彎矩三種力。墩梁固結(jié)形式較為特殊,可通過(guò)節(jié)省抗震支座減少橋墩厚度,借助懸臂施工從而省去體系轉(zhuǎn)換,減少了施工工序。該結(jié)構(gòu)可保持連續(xù)梁無(wú)伸縮縫,使行車平順。此外還具有無(wú)需設(shè)置支座和體系轉(zhuǎn)換功能,橋梁結(jié)構(gòu)在順橋向和橫橋向分別具有抗彎和抗扭剛度,為施工提供具有便利。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋形式優(yōu)缺點(diǎn)并存,其缺點(diǎn)在于受混凝土收縮、墩臺(tái)沉陷等因素影響,結(jié)構(gòu)中可產(chǎn)生附加內(nèi)力。作為高柔性墩,可允許其上部存在橫向變位。其優(yōu)點(diǎn)在于弱化墩臺(tái)沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力,并減輕其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。
其突出受力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為橋墩與橋梁固結(jié)為整體,通過(guò)共同承受荷載進(jìn)而較少負(fù)彎矩;該橋梁結(jié)構(gòu)受力合理,抗震與抗扭能力強(qiáng),具有整體性好,橋型流暢等優(yōu)點(diǎn)。作為高柔性橋墩,可允許橋墩縱橫向存在合理變位。
2 橋梁震害的具體表現(xiàn)
2.1 支座
在地震中支座損壞極為常見(jiàn),支座遭到破壞后能夠改變力的傳遞,進(jìn)而影響橋梁其它結(jié)構(gòu)的抗震能力,其主要破壞形式有移位、剪斷以及支座脫落等。
2.2 上部結(jié)構(gòu)
上部結(jié)構(gòu)遭受震害主要是移位,即縱向、橫向發(fā)生移位。移位部位通常位于伸縮縫處,具體表現(xiàn)為梁間開脫、落梁、頂撞等。有資料顯示,順橋向落梁在總數(shù)中所占比例高達(dá)90%,由于這種落梁方式會(huì)撞擊到橋墩側(cè)壁,對(duì)下部結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊力,因而破壞力極大。
2.3 下部結(jié)構(gòu)
橋梁的下部包含基礎(chǔ)、橋墩以及橋臺(tái),其遭受破壞后可導(dǎo)致橋梁坍塌,且震后修復(fù)難度大,基本不能再投入使用。受水平力影響,薄弱的截面經(jīng)過(guò)反復(fù)震動(dòng)后受到嚴(yán)重破壞。延性破壞多指長(zhǎng)細(xì)的柔性墩,表現(xiàn)為混凝土開裂、塑性變形,其產(chǎn)生原因?yàn)楹附硬焕巍⒉考湓O(shè)不足等。脆性破壞多指粗矮橋墩,表現(xiàn)為鋼筋切斷,究其原因?yàn)槎罩羟袕?qiáng)度不足。橋臺(tái)多表現(xiàn)為滑移、顛覆。基礎(chǔ)的破壞表現(xiàn)為不均勻沉陷、樁基剪切等,其破壞具有隱蔽性,修復(fù)難度極大。
3 橋梁震害原因
造成橋梁震害原因較多,主要有地震強(qiáng)度過(guò)大,超出橋梁的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn);橋梁所處的地理位置不佳,致使地基變形;此外認(rèn)為原因也可導(dǎo)致橋梁抗震能力不足,例如設(shè)計(jì)不合理,原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo),施工出現(xiàn)操作失誤等。
4 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析
4.1 重視高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋的總體布置
地震時(shí)橋墩頂部位移較大,采用連續(xù)鋼構(gòu)結(jié)構(gòu)有助于減少落梁。墩梁固結(jié)為整體,則多余的約束可形成塑性鉸,從而提高橋梁的抗震能力。建設(shè)高墩橋時(shí),受地理位置影響,易出現(xiàn)剛度和質(zhì)量問(wèn)題。合理調(diào)整相鄰橋墩高度,對(duì)于連續(xù)梁橋,應(yīng)盡可能保持其剛度相近,并根據(jù)橋墩剛度比與周期比進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算,減少誤差,增強(qiáng)高墩橋整體抗震能力。
4.2 選擇合適橋墩
在地震中,橋墩形式影響橋梁結(jié)構(gòu),因而其設(shè)計(jì)與選型對(duì)于抗震安全性具有重要意義。地形與地貌均對(duì)橋墩設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響,常見(jiàn)的橋墩形式有門架墩、雙柱墩等,但抗彎與抗扭剛度較差,當(dāng)橋墩超過(guò)30m時(shí),易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋根據(jù)實(shí)際情況多采用空心薄壁墩(如圖1、2所示)或者獨(dú)柱T型墩,二者各個(gè)方向抗扭與抗彎剛度都較好,具有整體性好等優(yōu)點(diǎn)。而獨(dú)柱T型墩適用于高度低于60m時(shí),其原理是將懸挑式蓋梁與墩柱充分結(jié)合,其截面尺寸與剛度均較小。而心薄壁墩適用于高度低于80m時(shí),外觀與獨(dú)柱T型墩相似,其截面尺寸與剛度均較大。
5 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋的抗震計(jì)算
5.1 計(jì)算時(shí)所需考慮的因素
通常受地形、斷層、橋身長(zhǎng)度限制,應(yīng)考慮多點(diǎn)激勵(lì)的影響。同一地震,其在地表所呈現(xiàn)的反應(yīng)不同,因而幅值、頻譜特征各異,再加上空間變化復(fù)雜,因而需考慮多方面因素。
地震時(shí),受到高墩自身質(zhì)量或周期影響,可形成兩個(gè)及其以上塑性鉸,而忽略高階振型會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差,從而影響橋梁抗震時(shí)安全性,因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將橋墩高階振型的影響計(jì)算在內(nèi)。
5.2 反應(yīng)譜方法
在橋梁抗震分析中,反應(yīng)譜方法較為常用,但其弊端在于地震時(shí)假設(shè)支座運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同,沒(méi)有考慮運(yùn)動(dòng)的不一致性。對(duì)于處于地形復(fù)雜的高墩橋而言,這種不合理的假設(shè)造成非線性問(wèn)題出現(xiàn)較大誤差。
5.3 隨機(jī)震動(dòng)法
該方法是公認(rèn)的較為合理方法,其結(jié)合地震發(fā)生的概率,但是計(jì)算量較大,同樣也會(huì)使非線性問(wèn)題出現(xiàn)誤差。隨著科技的發(fā)展,隨機(jī)震動(dòng)虛擬激勵(lì)法應(yīng)運(yùn)而生,不僅解決計(jì)算量的問(wèn)題,同時(shí)確保計(jì)算的精度,具有效率高,使用方便等優(yōu)勢(shì),在高墩橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛,但在處理罕見(jiàn)地震時(shí)存在局限。
6 高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋抗震措施
6.1 重視橋墩臺(tái)處檔塊設(shè)計(jì)
地震中抗震檔塊出現(xiàn)剪裂現(xiàn)象,表明其設(shè)計(jì)對(duì)于提高橋梁整體抗震能力具有重要作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)重視其余主梁剛度的比值、剪裂的程度,此外針對(duì)不同跨徑與結(jié)構(gòu)的橋梁,應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)不同尺寸的檔塊。
6.2 可對(duì)支座M行隔振處理
設(shè)計(jì)高墩橋梁時(shí),可采用疊層、鉛芯橡膠等隔震支座,在橋梁與橋墩的連接處增加柔性,從而降低對(duì)地震的反應(yīng)。
綜上所述,分析高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),有助于完善橋梁總體設(shè)計(jì),提高橋梁抗震能力,減少經(jīng)濟(jì)損失,并提高橋梁安全性。
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