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桥梁工程结构受力安全设计

日期: 2016-12-21
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     【摘 要】本文论述了桥梁工程结构受力安全设计理念,尤其是结构变形协调、力的合理传递或转移及其路径等问题,对桥梁结构设计具有一定的指导意义。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3611354.htm
  【关键词】桥梁;变形协调;路径

  1. 前言
  19世纪80~90年代的许多桥梁发生 重大事故;从这时起,正在发展中的结构力学理论得到了重视,而在它的静力分析理论完全确立并广泛普及之后,桥梁因强度不足而造成的事故明显大为减少, 究其原因,尚有深层次的力学理论问题(尤其是结构变形协调、力的合理传递或转移及其路径等问题)没有引起足够重视。特别是柔性结构、刚柔组合结构等。 事实上,工程结构安全事故,既有建设质量问题,更有工程结构建造和使用全过程的受力是否安全的设计理念问题,合理的结构是工程安全的根本。可以发现,如果桥梁刚度较大,不产生有害变形,能够满足功能合理转换和力的合理传递,则桥梁安全;而部分桥梁刚度过小,使用过程中易产生局部的有害变形,甚至引起桥梁过早损坏。目前桥梁设计规范只规定了力的关系、力与变形的关系,但没有全面规定变形协调关系。而本文结合工程实践论述
  力与变形协调关系及结构受力安全设计理念,以供借鉴。
  2. 桥梁工程结构受力应满足三个关系及其解决方法
  2.1 三个关系:①三维力学稳定平衡、②三维力与变形协调、③三维变形稳定与协调。传统结构系统研究了关系①、关系②和关系③的专门问题应用研究,则工程结构体系的传统力学平衡方程是不变的;而合理结构应该系统研究关系①、关系②和关系③对关系①、关系②的影响,则当变形不协调时,会改变结构体系力的合理传递或转移路径,使得设计状态与实际状态不一致,其力学平衡方程在实际施工和使用过程中是变化的,只有采用合理的结构和有效的过程控制,保障结构体系变形协调,才能最终确保结构体系处于稳定平衡状态。
  2.2 解决不同工程结构满足三个关系的形式。
  2.2.1 关系①可由牛顿力学、有限元等理论解决;关系②由虎克定律、本构关系等理论解决;对于简单问题关系③认定已解决或自然满足相对简单成熟工程问题。
  2.2.2 构件之间或非均匀构件内部或组合变形不协调问题,可能会产生两方面现象。
  2.2.2.1 功能不能合理转换。
  2.2.2.2 力不能合理传递或转移。可能导致两种结果:(1)在重复荷载作用下会加速结构或构件积累损伤过程,甚至引起结构或构件破坏;(2)工程结构受力全过程存在安全隐患甚至引起结构或构件破坏或破坏前变形出现突变过程的类似结构分支点失稳破坏形式,这种破坏形态往往难于监控预警。 
  2.2.3 (1)传统力与变形关系的解决办法:关系①+关系②(认定关系③自然满足,只适用于类似相对简单成熟工程问题);(2)改进力与变形协调关系的综合解决办法:关系①+关系②+关系③,特别是柔性结构、刚柔组合结构、不良地质环境地下结构等,采用整体控制与细节把握,围绕目标才能简单有效利用传统解决方法去解决相对复杂新型工程问题。 
  3. 桥梁结构累积损伤与变形突变问题 
  3.1 疲劳引起的结构累积损伤问题。
  受重复荷载作用,在高应力、应力集中、大变形构件、变形不协调构件组合等情况下,结构处于非完全弹性状态,外力做功除转换为弹性应变能外,还产生其他形式的能量(例如热能:受拉杆件断口发热等),就会由因材料疲劳引起结构累积损伤,最后造成强度破坏,影响结构使用寿命,因此,需要结合疲劳引起的累积损伤进行分析。 
  3.2 桥梁受力与变形出现突变问题。
  (1)当结构变形不协调时,结构虽然平衡但状态不同。即结构质点加速度a=0,而结构质点速度、位移可以是v=0、s=0;也可以是v=v1、s=s1;…或是v=vn、s=sn。这样的复杂结构(特别是柔性结构)会改变力的合理传递路径,或产生较大的附加内力甚至超过荷载内力,那么结构就可能出现开裂或破坏,而处于不稳定平衡状态。 
  (2)结构变形不协调时,重复荷载作用、外力做功较大或结构处于非稳定平衡状态,可能会使结构受力与变形进入突变阶段。结构处于不稳定平衡状态,即可能产生类似结构分支点失稳问题(难于监控预警),应该提前加以防范或通过加固改造变为合理结构,使其破坏前有明显的变形过程,易于监测预警,即转为类似结构极值点失稳问题(能监控预警)。 
  (3)当工程结构系统的变形不协调时,结构体系受力方式将发生变化,力的传递或转移路径亦会出现变化,可能会在某些部位出现不应有的应力集中或受力方式(如拉压得改变),破坏结构体系原有或设计的稳定平衡状态,形成新的设计没有研究的稳定平衡状态,这些风险因素或在结构安全范围之内、或使结构带病害或裂缝工作、或使结构施工或运营风险不可控和安全没有保障。 

       原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-3611354.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
交通运输部关于印发《公路养护工程管理办法》的通知各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委):   为进一步加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量和效益,部对《公路养护工程管理办法》(交公路发〔2001〕327号)进行了修订,现印发给你们,请认真遵照执行。交通运输部 2018年3月2日  (此件公开发布)公路养护工程管理办法第一章 总 则  第一条 为加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量与效益,根据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等法律、行政法规,制定本办法。   第二条 本办法所规定的公路养护工程是指在一段时间内集中实施并按照项目进行管理的公路养护作业,不包括日常养护和公路改扩建工作。   第三条 本办法适用于国道、省道的养护工程管理工作。县道、乡道、村道和专用公路的养护工程管理可参照执行。   第四条 养护工程应当遵循决策科学、管理规范、技术先进、优质高效、绿色安全的原则。   第五条 养护工程管理工作实行统一领导、分级负责。   交通运输部负责全国养护工程管理工作的指导和监督。   地方各级交通运输主管部门或公路管理机构,依据省级人民政府确定的对国道和省道的管理职责,主管本行政区域内的养护工程管理工作。   第六条 公路经营管理单位和从事公路养护作业的单位应当根据交通运输主管部门或公路管理机构提出的养护管理目标,按照标准规范、有关规定及本办法要求组织实施养护工程,并接受其指导和监督。   第七条 各级交通运输主管部门、公路管理机构和公路经营管理单位应当筹措必要的资金用于养护工程,确保公路保持良好技术状况。   非收费公路养护工程资金以财政保障为主,主要通过各级财政资金解决。收费公路养护工程资金主要从车辆通行费中解决。   第八条 养护工程资金使用范围包括公路技术状况检测与评定、养护决策咨询、养护...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】桥梁桥面的施工质量,是保证桥梁安全和平稳的前提条件。桥面铺装层作为桥梁系的一部分,相对于桥梁其他部分它直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。桥面铺装层施工质量的好坏直接影响桥梁使用的耐久性和行车的舒适性、安全性。本文主要就桥梁桥面铺装病害及防治措施进行了分析,以供参考。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6894584.htm  【关键词】桥梁;桥面铺装;病害;控制措施   1、桥面铺装的破坏形式   沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。   设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。   2、桥面铺装层病害分析   2.1 结构理论与设计。桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在备等级公路中运用了几十年。桥冲击桥结构的变铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。粱设计的箱粱骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。...
发布时间: 2017 - 04 - 27
摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】交通情况的复杂让交通事故频发,其中超高车辆与桥梁上部结构的碰撞更是频繁发生,不仅对桥梁结构安全性产生较大威胁,同时对交通运行也有一定影响。目前我国关于对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算的研究不仅存在数量上的不足,在研究深度上也存在一定不足,为此,本文将研究的重点放在超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算方面,了解超高车辆在撞击到桥梁上部结构的破坏模式与荷载,从而对后期的防护有一定指导意义。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7030491.htm  【关键词】超高车辆-桥梁上部结构碰撞;破坏模式;荷载计算   引言   近几年,我国城市立体交通的发展越来越迅速,导致超高车辆碰撞桥梁上部结构的事故也越来越多。2008年在我国成渝高速公路,一辆超高货车强行通过一座正在建的跨线公路桥时将桥梁的主轴直接撞歪,直接导致前两个月的施工作废,金额损伤近百万元,其中还未包括对社会的影响。不仅是在我国,在发达国家这种超高车辆撞击桥梁上部结构的事件也频频发生。可以看出,导致桥梁损坏的主要原因就是受到超高车辆的撞击。对其破坏模式与荷载计算进行分析,从而对优化桥梁上部结构具有一定重要意义。   1.超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式   (1)破坏类型:通过对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的事故调查与有限元仿真分析发现,其出现的破坏模式可以分为两种,一种是局部性破坏,另一种则是整体性破坏。局部性破坏是桥梁上部结构受到局部冲剪作用引起的损坏[1]。如果是钢筋混凝土T梁桥,这种局部破坏的程度将会更加明显,整个碰撞区域不仅会出现开裂、崩落,钢筋屈服,甚至整个腹板―面板交界处的混凝土出现纵向开裂。如果是T型钢梁桥,局部破坏也会十分明显,会产生严重的塑性变形。如果是钢箱梁桥,破坏形式表现为钢材屈服。...
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