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对现代化曲线桥梁设计的探索

日期: 2016-12-07
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        【摘要】作为公路的重要组成部分, 桥梁在交通运输中发挥了关键作用。 随着我国城市化进程的飞速发展, 行车密度、 交通量及车辆载重越来越大, 科学的桥梁工程设计是保证交通运输安全和提高运输效率的重要因素。 本文研究了我国桥梁设计中所存在的问题并给出相应对策, 然后探讨了曲线桥梁的设计计算方法。

          【关键词】板式桥梁;计算分析;曲线桥

              前言

    目前,随着经济的快速增长,城市交通的发展也越来越迅猛,由于受原有地物或地形的限制,以及城市交通功能的需要,曲线桥梁在城市立交中应用越来越广泛。曲线桥梁的结构线条平顺、流畅、明快,给人以美的享受。因而曲线梁桥有着广阔的应用前景。本文主要是详述曲线桥梁设计的基本方法:一般构造拟定、内力计算、纵横配筋设计等,并提出了弯梁受力改善的措施。

现代化曲线桥梁设计中存在的问题

    2.1施工和管理水平低

    国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌,已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌,多是由于施工质量没有达到规范和设计要求,典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等;也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题,更是对桥梁安全造成致命的损害。

    2.2桥梁设计理论和结构构造体系不够完善

    在当前的关于桥梁施工、使用期及安全性等设计领域中,存在较多问题以及可以改善的地方。众所周知,如何选择经济合理的结构方案是结构设计的首要任务,其次就是结构分析、构件设计和连接设计,并严格遵循规范中的可靠性指标或安全系数以保证其安全性【1】。但在桥梁的实际设计过程中,多数设计者通常只遵循规范中对结构强度在计算上的安全度要求,却无视或忽略结构构造和体系、结构的材料及结构维护、耐久性,也未能保证尽量地避免从桥梁的设计、施工到使用的全过程中可能发生的人为错误。

现代化曲线桥梁设计的意义

3.1为了跨越各种障碍,如河流,沟谷等,这就必须修建各种桥梁,因此桥梁建筑是城市交通线路中重要的组成部分【2】。我国的桥梁建筑在世界建筑史上就有辉煌的记载,如举世闻名的赵州桥,都是我国桥梁设计的典型代表,桥梁的设计必须遵循基本原则,如安全,适用,经济,美观,在当今还必须有环保观念。社会发展的今天,新兴技术日新月异的改变,在桥梁设计方面也是如此,必须与时俱进,采用新技术的同时采用新结构,新设备,新材料,认真学习国外的先进桥梁设计理念。

3.2曲线桥梁与直线桥梁的区别。曲线桥梁是现代城市建筑中常用的设计方案,比以往的直线桥梁具备更多的良好性能,更加的符合桥梁设计遵照基本原则,无论从结构上,受力上,曲线桥梁的设计都比直线桥梁要好,从整体上把握,预应力混凝土桥梁的支座平面要合理一些 桥梁要承受很多作用,在承载能力方面曲线桥梁设计更全面。

现代化曲线桥梁设计的措施

4.1结构构造设计

本桥平面位于曲线上,在沿跨长的各个控制截面上,除承受弯矩和剪力外,还承受一定的扭矩,故主桥采用单箱双室预应力混凝土连续箱梁,梁高2.0m,跨中截面,箱梁底板保持4%的倾斜,顶板倾斜同桥面横坡,桥面横坡通过箱梁腹板高度调整而成 全桥除在支点处设横隔梁外,由于本桥处于曲线上,为增加整体横向整体性和抗扭作用,还在各跨跨中设置1道30cm厚横隔板,端横梁宽1.5m,独柱中横梁宽2.2m,其他中横梁宽2.0m。

4.2内力计算

    连续曲线箱梁桥的内力包括弯矩、剪力、轴力、扭矩。在曲线桥梁中,由于存在较大的扭矩,通常会使外侧边梁超载,内侧梁卸载,内力分布不均匀,外梁受力最大,内梁受力最小。同样,内外梁的支点反力也相差悬殊,外侧大,内侧小,当活载偏置时,内梁有可能产生负反力,构造上应采取相应措施避免负反力的存在。

    连续曲线箱梁桥内力(即弯矩、 剪力、 轴力、 扭矩)计算是超静定结构,应用变形协调方程来求解内力。如果结构单跨跨宽比不小于2,称为窄桥,则按杆 系结构来计算;如果结构单跨跨宽比小于2,称为宽桥, 则按平面结构来计算。通过计算,可以得到结构的内力包络图,图1为三跨连续曲线箱梁按杆系程序计算 的单元划分,图2~图4分别为用杆系程序计算的弯矩、 剪力和扭矩内力包络图。

    

    图1 三跨连续曲线

    

    图2 弯矩内力包络图

    

    

    图3 剪力内力包络图

    

    

    图4 扭矩内力包络图

    

    4.3纵横配筋设计

    梁格模型中可以直接提取中横梁边横梁内力包络图,进行配筋计算 单梁模型无法直接提取横梁内力,通常可使用腹板剪力法或等效剪力法等简便方法计算横梁内力通过建立实体空间有限元模型,计算对比发现:腹板剪力法计算结果较为符合实际,满足工程精度需求腹板剪力法就是把支点反力看作是腹板剪力作用给横梁造成的,这样可以按照结构力学计算横梁内力【3】。如果桥面宽度较大时,尚需验算桥面板一般方法:1)按公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范计算;2)截取梁截面单位长度,采取带支承框架分析方法。

4.4桥梁施工技术规范

    随着我国经济的发展,桥梁建设在施工方法上有了较大的创新,已经涌现出多种新型技术,通过大量的施工实践,积累了丰富的桥梁施工技术的施工经验,这样能够有效的提高我国现代化曲线桥梁的技术与施工水平首先桥梁施工必须做好施工前的准备工作和施工技术中的管理工作,应该严格执行规范,也必须严格遵照有关技术操作流程施工,在施工中应采用新技术,新材料,新结构等等在施工过程中应该保证桥梁的安全性,遵守安全操作规程,加强施工人员的安全生产教育,并且应该建立健全的安全生产管理制度。

    4.5曲梁病害及预防

    值得一提的是曲梁的两种重要病害:支座 横向 爬移,端支座(内侧)局部或全部脱空现象,特别是在支点间曲率角较大且桥面宽度较小的情况更容易出现。计算研究表明:恒载作用下,箱梁向外翻转;升温时,端支座向外爬,中墩支座向内爬,箱梁向外翻转; 降 温时,端支座向内爬,中墩支座向外爬,箱梁向内 翻转; 升温梯度,箱梁向外翻转;降温梯度,箱梁向内翻转;移动荷载布置在曲线外侧,箱梁向外翻转;预应力作用下,箱梁向外翻转,端支座内侧容易出现拉力。常用的防止曲 梁爬移 破坏 的方法是通过特殊措施增大梁端双支座之间的距离,最好是箱梁外侧在 端部加宽,再将外侧支座向外偏移,同时适当向外偏移中支座位置,以抵消曲梁部分横向扭矩的影响。内侧支座也可向内侧偏移,但效果没有偏移外侧支座明显。这种方法几乎不增加成本,就能很好的避免内侧支座脱空现象,有效增强端部梁体的抗扭性能。

结束语

城市桥梁的设计不同于公路的设计,在城市交通日益剧增的情况下,桥梁的设计也就摆在了重要的地位上。现代化的曲线桥梁设计必须综合考虑,如在功能,经济,结构,安全系数,美观等,对桥梁设计进行方案比选,最后在桥梁设计还是施工过程中都能达到预期效果曲线桥梁受力复杂,对结构的抗弯,抗扭性要高于同等跨径的直线桥梁。许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。

【参考文献】

【1】杨永贤.小半径预应力混凝土曲线桥梁抗扭设计方法探讨[J].公路交通技术,2010,(5),45-48.

【2】JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S] .

【3】韦定超.基于性能的桥梁抗震设计方法的讨论[J].价值工程.2011.(11).

 

本文地址: http://www.diyilunwen.com/lwfw/jianzhu/3360.html

 

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