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對(duì)橋梁設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題分析

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:建筑工程時(shí)間:瀏覽:

一、橋梁設(shè)計(jì)的總原則
橋梁設(shè)計(jì)幾乎涵蓋了所有的橋梁類型, 橋梁結(jié)構(gòu)自身的安全性需靠可靠的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析成果和合理的構(gòu)造處理措施來保證。除了要考慮恒載、活載、地震荷載、施工荷載及其它荷載等, 還應(yīng)注重考慮強(qiáng)風(fēng)荷載、雪荷載、凍脹力、水力等對(duì)橋梁產(chǎn)生的影響。對(duì)于一些受地形條件限制較嚴(yán)格的路段, 橋梁布設(shè)會(huì)出現(xiàn)高墩大跨結(jié)構(gòu), 因此下部結(jié)構(gòu)的剛度分配、穩(wěn)定性分析等都是橋梁設(shè)計(jì)時(shí)不可缺少的考慮內(nèi)容。
對(duì)于無法采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑結(jié)構(gòu)的橋梁以及互通式立交中彎曲半徑較小的匝道橋梁則常采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)橋梁。另外, 所選橋型的造價(jià)是否合理是一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題, 所以橋梁設(shè)計(jì)不但要考慮其技術(shù)的可行性, 更重要的是要考慮所選橋型的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否達(dá)到了最佳范圍。因此橋梁應(yīng)根據(jù)工程所處的地理環(huán)境和施工條件進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)論證, 以期獲得最佳方案, 從而節(jié)約工程費(fèi)用, 取得良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。同時(shí), 橋梁建設(shè)更應(yīng)該在注重環(huán)保的基礎(chǔ)上與周圍自然景觀環(huán)境相協(xié)調(diào), 盡量減少對(duì)植被的破壞, 降低對(duì)河流的污染。
總之, 橋梁設(shè)計(jì)的總原則可以歸結(jié)為: 結(jié)構(gòu)安全, 使用舒適, 經(jīng)濟(jì)性好, 施工養(yǎng)護(hù)容易, 造型優(yōu)美與自然相協(xié)調(diào)。
二、橋梁預(yù)制梁、板布設(shè)問題
橋梁最常見的橋梁結(jié)構(gòu)就是預(yù)制結(jié)構(gòu)。預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁就是橋梁的上部結(jié)構(gòu)(板、箱梁或T梁)在預(yù)制場(chǎng)地提前預(yù)制好后, 通過施工機(jī)械直接架設(shè)到橋梁的下部結(jié)構(gòu)上。預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、施工方便快捷、節(jié)省造價(jià)。因而, 可以從設(shè)計(jì)到施工上批量生產(chǎn)的預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁成為橋梁設(shè)計(jì)方案的首選。但是, 對(duì)于預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁來說, 它也有一些局限性。首先, 預(yù)制橋梁的上部結(jié)構(gòu)理論上講必須是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度跨徑。因而, 如何合理的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)跨徑板、梁來布設(shè)橋孔方案是預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁最基本的問題。其次, 預(yù)制結(jié)構(gòu)板、梁除了跨徑都為標(biāo)準(zhǔn)跨徑外,它自身結(jié)構(gòu)也都為直線結(jié)構(gòu)。然而, 有時(shí)由于地形地勢(shì)的影響, 往往其平面線型均帶有一定的曲線半徑, 因此, 直線預(yù)制的板梁如何布設(shè)到平曲線上, 并且整體線型必須滿足平曲線的線型布置便是預(yù)制結(jié)構(gòu)又一突出的問題, 也就是直線結(jié)構(gòu)在曲線線形上的擬合問題。總之, 預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁方案擬定的合理與否以及預(yù)制梁、板布置方法的優(yōu)劣將會(huì)對(duì)該橋的施工進(jìn)程、造價(jià)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。只有合理的方案擬定, 科學(xué)的板、梁布置才能充分發(fā)揮預(yù)制結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的優(yōu)點(diǎn)。
需要注意的是, 預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁方案擬定好之后, 在做細(xì)部設(shè)計(jì)時(shí),最先遇到的問題就是預(yù)制板或預(yù)制梁的布置問題。預(yù)制的板、梁結(jié)構(gòu)一般都是直線結(jié)構(gòu), 往往就會(huì)產(chǎn)生出很多細(xì)節(jié)上的矛盾。如果板、梁布置的精巧合理, 就可以充分發(fā)揮預(yù)制結(jié)構(gòu)可批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì), 加快施工進(jìn)度, 降低造價(jià)。反之, 如果板、梁布置不當(dāng), 往往非但不能提高施工效率, 反而會(huì)給工程建設(shè)增加難度, 影響施工進(jìn)度, 為了求快反而慢, 增加費(fèi)用, 得不償失。因而, 解決好上部構(gòu)造梁、板布置與平面曲線的適應(yīng)關(guān)系是設(shè)計(jì)好預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁的一個(gè)關(guān)鍵問題。因此, 橋梁設(shè)計(jì)工作者,做預(yù)制結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)時(shí), 在梁、板布置方法上需下功夫, 選擇一個(gè)更加巧妙的布置方法, 盡可能的充分發(fā)揮預(yù)制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
三、預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁橋上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力問題
在橋梁方案擬定中, 對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)跨徑的結(jié)構(gòu), 都采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋梁或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 關(guān)鍵問題就是做好上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算, 尤其是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鋼束配束和應(yīng)力分析。
預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁橋的配束原則: ① 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力束筋的型式與錨具型式, 對(duì)不同跨徑的梁橋結(jié)構(gòu), 要選用預(yù)加力大小恰當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力束筋, 以達(dá)到合理的布置型式。避免造成因預(yù)應(yīng)力束筋與錨具型式選擇不當(dāng), 而使結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸加大。因?yàn)? 當(dāng)預(yù)應(yīng)力束筋選擇過小, 每束的預(yù)加力不大, 在大跨結(jié)構(gòu)中造成布束過多, 因構(gòu)造尺寸限制布置不下時(shí), 則要求增大截面。反之, 在跨徑不大的結(jié)構(gòu)中, 如選擇尺寸與預(yù)加力很大的單根束筋, 也可能使結(jié)構(gòu)受力過于集中而不利;② 預(yù)應(yīng)力束筋的布置要考慮施工的方便, 也不能如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中任意切斷鋼筋那樣去切斷預(yù)應(yīng)力束筋, 而導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)中布置過多的錨具。由于每根束筋都是一巨大的集中力, 這樣錨下應(yīng)力區(qū)受力復(fù)雜, 因而必須在構(gòu)造上加以保證, 為此常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜, 而使施工不便; ③預(yù)應(yīng)力束筋的布置, 既要符合結(jié)構(gòu)受力的要求, 又要注意在超靜定結(jié)構(gòu)體系中避免引起過大的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力; ④預(yù)應(yīng)力束筋的配置, 應(yīng)考慮材料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性, 這往往與梁橋體系, 構(gòu)造尺寸、施工方法的選擇都有密切關(guān)系; ⑤預(yù)應(yīng)力束筋應(yīng)避免使用多次反向曲率的連續(xù)束, 因?yàn)檫@會(huì)引起很大的摩阻損失, 降低預(yù)應(yīng)力束筋的效應(yīng)。
需要注意的是, 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí), 各個(gè)截面的應(yīng)力是有一定的取值范圍的。最好將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu), 各個(gè)截面沒有拉應(yīng)力而有一定量的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。若無法通過調(diào)束使各個(gè)截面均為壓應(yīng)力, 則允許個(gè)別截面存在拉應(yīng)力, 拉應(yīng)力的取值以不超過2MPa為宜, 即各控制截面允許出現(xiàn)不使截面開裂的拉應(yīng)力。
四、橋梁下部柔性高墩的設(shè)計(jì)方法
近年來, 為了減少工程材料、降低工程造價(jià), 設(shè)計(jì)人員在高墩橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中希望應(yīng)用柔性墩臺(tái)的理論設(shè)計(jì)出柔性橋墩, 利用橋墩自身的變形(即墩頂水平位移) , 通過上部結(jié)構(gòu)傳遞橋梁及墩臺(tái)承受的各種水平力(包括溫度力)來實(shí)現(xiàn)橋梁下部構(gòu)造輕型化, 同時(shí)也減少水平外力對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的影響。但同時(shí), 柔性高墩的結(jié)構(gòu)計(jì)算工作也成為高墩橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)難點(diǎn)問題。
首先, 集成剛度法的概念。集成剛度法是指把單層多跨結(jié)構(gòu), 逐跨濃縮為兩端具有抗推的彈性支承的單跨結(jié)構(gòu), 從而逐跨解析結(jié)構(gòu)內(nèi)力。結(jié)構(gòu)抗推(拉)的剛度用一彈簧表示, 利用彈簧模型的串、并聯(lián)關(guān)系模擬剛度的集合。集成剛度法計(jì)算柔性橋墩的主要概念有兩點(diǎn), 一是用串聯(lián)的和并聯(lián)的彈簧結(jié)構(gòu)來模擬柔性墩及其支座, 二是由一端岸墩起逐孔的將若干孔橋梁的總抗推剛度推算出來, 稱為集成剛度, 用以解算全橋的位移和受力。對(duì)于連續(xù)梁橋, 墩頂橡膠支座可視作水平彈性支承,故橋墩與其支座的集成剛度可認(rèn)為是串聯(lián)關(guān)系, 而各個(gè)橋墩之間, 由于有共同的上部結(jié)構(gòu)連接因而位移相同受力卻各自分擔(dān), 可認(rèn)為各個(gè)橋墩之間是并聯(lián)關(guān)系。在應(yīng)用集成剛度法的具體計(jì)算過程中, 應(yīng)該注意在首次水平力計(jì)算完畢后, 應(yīng)對(duì)各墩臺(tái)分配到的水平力和橋梁支座摩阻力進(jìn)行比較, 確定是否需要再分配計(jì)算。
下部墩柱水平力的計(jì)算。下部墩柱水平力主要包括汽車制動(dòng)產(chǎn)生的水平力和溫度變化產(chǎn)生的水平力。集成剛度法就是通過計(jì)算出一聯(lián)橋墩臺(tái)各自的剛度以及該聯(lián)橋的總抗推剛度, 通過各墩臺(tái)自身剛度占該聯(lián)橋總抗推剛度的比例來分配該聯(lián)橋的制動(dòng)力和溫度力, 以求解各墩臺(tái)所承受的水平力。然后通過該水平力求得墩臺(tái)所承受的最大彎矩, 并計(jì)算出墩臺(tái)的豎向力, 進(jìn)行配筋計(jì)算和裂縫驗(yàn)算, 完成整個(gè)墩臺(tái)的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
四、結(jié)語
綜上所述, 文章對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)制結(jié)構(gòu)的方案擬定和梁、板布置問題進(jìn)行了全面的分析, 對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)配束過程中應(yīng)力做了分析, 對(duì)柔性高墩的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析研究,給出了相應(yīng)的研究結(jié)論, 希望對(duì)于我國橋梁設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

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