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关键词:道路桥梁,设计问题,改善对策
中图分类号:U445 文献标识码: A
一、道路桥梁工程的设计现状
随着我国社会主义市场经济体制的不断完善,我国对于道路桥梁工程等基础设施项目也已经加大了投入的力度,因此,道路桥梁工程建设项目的数量越来越多,规模也越来越大了。在道路桥梁工程刚投入使用后,其功能以及强度还是可以满足实际的使用需求的,然而随着使用时间的不断推移,却几乎都出现了质量安全问题,如跳车、裂缝以及路基沉降等。所以,在我们进行道路桥梁的设计工作时,应对国外类似工程项目的先进案例进行详细的分析和探讨,同时综合的考虑施工材料、设计结构、交通流量以及外界环境等各种影响因素,不断的优化工程设计的方案,从而尽可能的保证项目的施工质量以及安全性和耐久性。对于桥梁工程的设计工作,我国已经颁布相应的设计规范,但是在我国科学技术水平快速发展的大背景下,出现了大量的新材料、新工艺和新技术,原有的设计规范与现代化的建设需求也无法真正的匹配了。因此,进行设计工作时,我们应该在满足设计规范标准的同时,还应鼓励设计人员利用自己的专业素质大胆创新,应用新材料和新技术,提高项目工程的建设质量。
二、关于道路桥梁设计阶段存在的隐患
1、设计的方式有待革新
前面已经说到,随着社会的不断发展,各种各样的交通需求不断的增加,所以这就要求道路桥梁的强度达到一定的要求,在这样的要求下,道路桥梁在建设的过程中应该以更高的标准来进行。但是目前道路桥梁发展的情况却是很多的设计师的设计思维还停留在上个世纪,不仅仅如此,在技术方面,我国的发展水平与国外的很多发达国家相比也存在很大的差距。因为现在的社会正处于一个快速发展的时代,所以在设计的过程中不应该仅仅将眼光放在现在的发展水平上,应该以发展的眼光进行设计,但是很明显的目前的道路桥梁的设计根本无法满足这样的要求。
2、陈旧的道路桥梁设计方案
由于经济的飞速发展,道路桥梁建设的规模正在逐步扩大,社会对道路桥梁的设计标准要求也相应提高。然而,在实际设计时,许多城市很少考虑自身的经济实力、人为因素乃至于自然因素,仍然沿用过去的道路桥梁设计方案,这样的敷衍态度自然无法满足城市发展的现实需求。面对目前迅猛发展的交通事业,有的设计理念已经无法满足现实的交通需求。而作为道路桥梁工程的灵魂,设计在很大程度上都决定了道路桥梁工程的质量、造价、施工难易度等环节。设计观念的落后,设计人员的敷衍心态,缺少创新意识等造成的安全性问题,已经对我国的桥梁工程建设造成很多负面影响。鉴于此,道路桥梁设计方案的创新已经刻不容缓。这种现状,大致由以下几个方面的因素造成: 首先,由于桥梁设计的周期时间过短、承办方承接的任务量过重、而开发方只是在追求带来的巨大经济效益,导致设计单位没有足够的时问和资金研究如何创新,更无法进行同行业间的平行比较,只能在单位内部利用有限资金模仿或抄袭已有方案,造成了设计创新意识上的停步不前。其次,虽然我国颁布了严格的桥梁设计审核制度和管理制度,但是在某些不正当的外力介入影响之下,桥梁设计的竞争机制仍然无法做到真正意义上的公正、公平。最后,由于国内的各类评优评奖活动的选评机制不够完善,导致了其只注重工程规模大小,而不顾设计理念是否符合时代需求,经济指标是否符合标准等重要环节,极大地影响设计人员的设计积极性。
三、道路桥梁设计问题的改善对策
1、加强桥体耐久性设计
道路桥梁工程的耐久性是设计道路桥梁工程项目要达到的目的之一,而桥梁工程设计在施工的过程中与投入试用期间都会受到环境因素及人为因素的影响,所以在设计时要保证工程的耐久性就一定要综合考虑这些因素所可能产生的影响。针对越来越多桥梁桥体使用周期短的问题,就必须从桥体的耐久程度入手进行重点关注和考虑,要善于总结、思考桥体使用寿命短的原因,从桥梁设计初期入手,参照桥梁建设项目特征、施工环境以及未来的运输量等方面全面加以测试、分析,在综合平衡中探究出一套科学的设计方案,确保桥体强度能够上升到一个科学标准,提高其耐用性,维护桥体的安全、稳定。同时也要加强桥体的维护与保养工作,提高桥体的耐用度。
2、注意道路桥梁设计后期维护工作是否具有可行性
从道路桥梁加固的关键指标和耐久性来看,道路桥梁的设计主要依赖于施工质量的管理,特别应该重视桥梁的后期维护工作,因为桥路面层是直接与车辆相接触的,这样长期的镇压路桥,肯定对桥梁有所损伤。所以后期的维护工作就显得尤为重要,在后期的维护工作中可以采取适当措施,比如说严格控制车辆的负载,坚决制止超载现象的发生。此外,还要重视桥梁结构维护、定期保养、有效监督。并且对出现裂缝应及时采取措施,例如应严格管理和维护加强日常维护工作,实施定期检查,如果发现伸缩缝碎片应该及时的清理。所以,我们要实现建设单位的施工现场安全生产责任制的总体协调,推进建设维修和保养单位加强安全管理,建筑施工安全管理有序的后期制作,规格安全性的整体施工过程中,实现生产安全性,从而延长桥梁的使用寿命。
3、正确选择和确定桥梁的外部形状
我国传统的造桥艺术就很重视外观的形状,随着科学技术的发展,一些先进的建造工艺手段和施工建设材料被人们采纳,更加丰富了桥梁的桥型。在众多纷繁复杂的桥型中,如何确定,主要应该参考每一种桥梁桥型的优势和劣势因素,再结合当地的自然环境、地质条件等,最终从众多方案中确定最科学最合理的桥型。具体在确定桥型时应该注意以下几个相关的因素:①任何一种桥型的选择都是为整个桥梁的设计方案进行画龙点睛,也就是说,满通需求才是最基础的,确定桥型不能以牺牲交通的通畅度为代价,更不能够忽略桥梁建设后的交通运输通畅度。②一些复杂桥型的施工必须依靠特殊的建造工艺和建筑材料,因此在确定桥型时要考虑周边的环境,对于不可能施工建筑的桥型坚决否决,要确保广大人民群众的人身安全,杜绝一些安全隐患。③城市桥梁的建设施工是一笔比较大的财政支出,在确定桥型时还要考虑到经济因素。因此,应该避免不必要的经费支出,尽量保证桥梁施工的质量和使用寿命,以提高桥梁的整体价值。
4、激发设计人员的创造力,敢于应用新技术
对于道路桥梁工程项目的整体使用性能和服务质量,项目设计阶段的质量控制水平会产生重要的影响,因此,建设单位必须给设计单位预留足够的设计周期。设计时,设计人员应首先保证强度要求是符合国家相关的设计规范的,同时还应大胆创新,敢于在设计方案中应用新技术、新材料和新工艺。当然,保证创新技术与传统技术的和谐共存也是十分关键的,确定应用新技术之前,必须进行详细的试验检测工作,防止一切安全隐患的发生。负责道路桥梁项目的设计人员应掌握项目的施工工艺和施工技术,在设计环境阶段就应将施工风险降到最低,保证工程的整体质量,并且所选择的设计方案是易于进行施工和质量管理控制的。
5、项目设计阶段的质量控制
对桥梁工程设计质量的优劣和水平的高低,这将对使用安全与使用功能有着直接影响作用。因此,就需要项目的建设单位一定要给设计部门富余的时间去对桥梁项目进行勘察、分析和设计。而且项目的设计人员务必做到以下几点:(l)必须要保证项目设计强度符合相关规范与标准,与此同时,也要试着去研究整个设计所采用的创新工艺、新材料以及新技术使整个项目具备先进性;(2)设计人员不但要进行项目的创新设计而且要对传统成熟的技术与创新技术之间进行有机的结合确保未经使用过的新技术、新工艺以及新材料的使用不会埋下任何质量安全隐患;(3)项目的设计人员还需要为质量检查的时提供便捷性这样就可以方便随时对整个施工过程的风险进行把控,以设计出安全、先进的设计方案为目标。特别是对桥梁项目的关键部位进行设计时,设计人员务必要进行全面、精确的计算,对项目的质量控制进行严格把关,以确保施工安全和项目投入实际使用的安全。
6、要对桥梁中通行车辆的最大载重有所限制
设计人员在桥梁的设计过程中,要对桥梁中通行车辆的最大载重有所限制,这是为了减少桥梁中出现裂缝的几率,也是为了桥梁的使用寿命考虑。桥梁在使用中难免会出现超载的情况,对于设计方来说,需要特别关注由于通行车流量超过原设计最大流量的问题,因为这已成为我国桥梁运输的普遍问题。超载所带来的影响是巨大的,不仅会造成桥梁的疲劳问题,更重要的是使桥梁疲劳盈利幅度增加,以致损伤加剧,长久以往,极易造成桥梁结构的破坏从而引发事故,并且,因为超载所造成的桥梁内部损伤是不可恢复的,这对桥梁的安全性和耐久性是很大的威胁。因此,设计者在设计工作中要重视这一问题,充分考虑桥梁所在地区的车流量,经过充分调研,掌握最准确的数字,不仅考虑现在,还要考虑桥梁寿命内的将来,保证设计流量能满足该地区的最大负载量,只有这样才能保证充分安全。
结束语
在本研究中,主要谈论了道路桥梁在设计的过程中存在的隐患问题。随着交通量的不断增长,道路桥梁在人们的生活中占据着越来越重要的地位。首先介绍了道路桥梁发展的现状,然后笔者提出了几点比较常见的隐患问题,最后笔者针对隐患提出了几点浅显的看法。在道路桥梁的设计过程中,设计人员应该综合考虑各方面的因素,在保证质量的基础之上,延长道路桥梁的使用年限。随着时代的不断进步,道路桥梁将面临着更多其他的问题这就需要工作人员不断充实自我,跟上时代的发展。
参考文献
[1]吴洪量.路桥工程现场施工及质量管理探究[J].科技致富向导,2014,11:343.
[2]程华.路桥工程项目钢材采购招标问题及对策研究[D].华侨大学,2014.
Abstract: in recent years, our country many bridge design mostly on the surface to the design code intensity, but the actual process some Bridges only a few years time appeared different degree of bridge structure security problems. Therefore, in the road and bridge design should be comprehensive consideration of the structure, material and other factors, take feasible measures to strengthen the bridge structure durability design. In addition, still should notice, the environment is different, use different conditions, design object is different, the design requirement is different also, bridge structure system layout and structure will then adjust. This article on how to solve the hidden trouble of the existing in the design of Bridges is discussed.
Keywords: bridge; Hidden trouble; design
中图分类号:U445文献标识码:A 文章编号:
一、目前我国道路桥梁设计的现状
随着经济的飞速发展,道路桥梁建设规模日益加大,社会对道路桥梁的设计标准提出了更高层次的要求。然而在设计方面,许多城市仍在沿用过去的道路桥梁设计方案,自然无法满足现实需求。面对交通事业的迅猛发展,原有的设计理念已经无法满足现实的交通状况。设计是道路桥梁工程的灵魂,它在很大程度上决定了桥梁工程的质量、造价、施工难易程度和工期长短等。缺少创新意识、经济指标跟不上以及设计观念落后造成的资源浪费、安全性问题已经对我国桥梁工程技术进步带来许多负面影响。道路桥梁设计方案需要创新,但现实却不容乐观,我们的道路桥梁设计在新材料、新结构和新工艺等方面的运用不足。
二、桥梁设计上存在的隐患
设计的首要任务是选择经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。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。不少桥梁,虽然满足了设计规范的强度要求,但仅用了5~10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足解决这一隐患已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题,规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此,合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外,还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。三、如何解决桥梁设计中存在的问题1.健全规范
要减少桥梁使用期间的工程事故,提高桥梁的安全和耐久性,首先要有不断健全的规范、规程、指南、标准等管理体系的保证,它是避免人为错误的重要保证,特别是职责与权限的制定。
2.更新设计理念
目前在公路桥梁设计过程中,有这样的倾向:设计中考虑强度多而考虑耐久性少;重视强度极限状态而不重视使用极限状态,而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用性能表现;重视结构的建造而不重视结构的维护。所以我们应该在汲取目前经验事故的基础上开展新的设计理念和方法的研究。过去只限于设计、施工质量的单一层面上去寻求结构的安全性就不够了。从上世纪70年代后,国内外专家在分析研究、认真总结经验教训的基础上,除强调结构设计和建造时期的安全性、耐久性、整体牢固性的要求外,逐步讨论了结构在使用期间的检测、维修、加固的新技术,对不同工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入研究,提出了耐久性设计的概念。
3.结构耐久性设计所要解决的问题也就是经济、合理的使用年限问题,即结构寿命期问题。基于结构耐久性设计的新设计理念认为桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段共同努力的结果。新建一座结构时,业主确定建筑用途提出耐久性要求,即结构使用寿命期。在设计和建造阶段,应该特别注意到所有与耐久性有关的问题,比如材料的选择、施工的方便与否、使用和维护、功能过时、寿命期费用等,就耐久性要求与业主充分协商,根据业主的要求确定建筑物及其构件的设计使用寿命,确定设计方案,指定或选择材料、构件、组件和施工方案,设计和施工方法选取的依据基点不能离开投资成本的经济效益问题。但同时考虑到一座大型结构物要服务100a,试想近代的科学、经济的高速发展,这100a对结构而言,内、外因变化很大,特别是外因,试问结构功能如何适应变化而改变或增强它的服务功能?推论:如结构物的设计寿命期为100a,预测100a的使用要求,定出各个标准进行设计,这很难实现。
4.工程师能使结构物适应各种变化,采取各种措施使结构获得更强大的“体能”为交通服务。为解决这一问题,在设计和建造阶段就要挑战传统设计理念:对设计工程师要求结构设计时应使结构具有6大特性,即可检性,可修性,可换性,可强性,可控性及可持续性。因为如果建成的结构物,各个部件不可检查,不可更换,无法修复,不能控制,不加强,不可持续,那么结构在内、外因复合作用下,就会一天天衰退,破损,倒塌而“生命夭折”。
我们在桥梁工程设计中,桥梁存在的隐患是十分关键的,必须根据具体的桥梁做具体的工程设计,还应该注意桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。桥梁存在的隐患已成为迫切需要解决的问题,要积极借鉴成功的经验和做法,除了加强施工质量管理外,要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好防患设计。
结束语桥梁设计规范再详尽也无法也不可能涵盖应由桥梁设计人员解决的所有问题,桥梁设计规范更新再快也不可能完全适应新技术、新思想、新材料快速发展对桥梁设计提出的全新要求。因此,科学合理的道路桥梁结构设计除必须满足桥梁设计规范基本要求之外,还要求桥梁设计人员具有较高的专业素质、丰富的设计经验和正确的实践判断能力。
参考文献:
[1]杨大勇.我国公路桥梁建设现状和存在的问题[J].黑龙江科技信息,2008(27)
关键词:道路桥梁工程、质量控制、必要性、措施
Abstract: this article expounds the road and bridge project the importance of the quality control, reflected in the construction quality management the necessity, analyzes the present existing in the road and bridge project quality of many of the problems, and put forward the concrete in the construction process of quality control methods and measures.
Keywords: road and bridge engineering, quality control, necessity, the measures
中图分类号:O213.1文献标识码:A 文章编号:
引言:
随着城市规模的不断扩大和发展,道路桥梁工程成为城市硬件建设不可缺少的一道风景,道路桥梁工程质量的好坏,不仅影响城市精神文明的建设,而且给国家和人民财产带来不可估量的损失,也给社会带来消极影响。道路桥梁工程质量问题已成为加大城市基础设施建设和发展国民经济、实施扩大内需等重大决策成败的关键,因此,分析道路桥梁工程施工过程中存在的影响质量的问题,把握道路桥梁工程质量管理方法,对加强工程施工质量管理,提高工程质量水平极其重要。
一、道路桥梁工程的特点
1、准备期短,开工急。城市道路工程通常由政府出资建设,出于减少工程建设对城市日常生活的干扰这一目的,对施工周期的要求又十分严格,工程只能提前,不准推后,施工单位往往根据工期,倒排进度计划,难免缺乏周密性。
2、 施工场地狭窄,动迁量大。由于城市道路工程一般是在市内的大街小巷进行施工,旧房拆迁量大,场地狭窄,常常影响施工路段的环境和交通,给市民的生活和生产带来了不便,也增加了对道路工程进行进度控制、质量控制的难度。
3、地下管线复杂城市道路工程建设实施当中,经常遇到与供热、给水、煤气、电力、电信等管线位置不明的情况,若盲目施工极有可能挖断管线,造成重大的经济损失和严重的社会影响。同时也对道路工程进度带来负面影响,增加额外的投资费用。
4、原材料投资大城市道路工程材料使用量极大,在工程造价中,所占比例达到50%左右,如何合理选材,是工程监理工作质量控制的重要环节。施工现场的分布,运距的远近都是材料选择的重要依据。
二、道路桥梁工程项目质量管理的必要性
随着我国改革开放的深化,国民经济持续高速增长,基建投资项目的不断增加,使得施工企业也随之大量发展。但由于对施工质量未能进行有效地控制,重大工程质量事故时有发生,并出现了一批粗制滥造的“豆腐渣”工程,给国家和人民的生命财产造成重大的损失和危害,也给社会带来消极影响。工程质量问题已成为实施扩大内需、加大基础设施建设和发展国民经济等重大决策成败的关键。导致工程质量问题的原因很多,在施工过程中,各个环节都存在着影响质量的因素,如施工时材料的质量差异、施工工艺的改变、天气环境的变化、施工设备的磨损等,都会产生质量变异,造成质量事故。因而,分析道路桥梁工程项目质量控制因素,把握道路桥梁工程项目质量控制方法,这是项目质量管理的责任所在,对加强工程质量管理,提高工程质量水平极其重要。
三、道路桥梁工程施工质量管理中存在的问题
1、工程的设计规划问题
由于一部分设计人员专业素质能力不能适应科技发展要求,对于一些建设新项目的设计缺乏应有的知识和经验,使得施工单位依照图纸进行施工时,出现图纸自相矛盾,致使施工不能正常进行,这种因设计不合理造成的施工质量不合格和经济损失现象时有发生。因此,现在的设计和施工标准与实际发展相比,表现出标准落后、空缺,在一定程度上制约了工程质量水平的提高,造成质量先天不足。
2、建设单位质量管理问题
道路桥梁工程的建设单位多为本地建设行政主管部门或其下属单位,由于单位的性质和权力,常出现不依照基本建设程序行事,不执行项目法人制、招投标制、工程监理制和合同管理制;一些工程开工多日还未签订正式施工合同、监理合同,还有的工程常延迟规划许可证、工程质量监督手续和施工许可证,出现“三边工程”;甚至一些政府投资工程为彰显政绩,常缩短工期或降低设计周期;这些无证施工或工程项目设计上的功能不全带来的施工质量隐患,极易造成工程质量内在品质的降低,引起施工过程中的大量质量问题。
3、施工单位质量管理问题
施工企业在质量管理方面存在着薄弱环节,建筑企业内部项目承包制的类似转包挂靠的行为严重影响了企业对项目部的质量管理,难免出现质量问题,依赖挂靠施工的单位往往不具备相应的资质,存在质保体系不健全等。对宏观控制和微观把握能力还不强,直接导致工程施工组织不合理/现场施工质量混乱,更有甚者不按图纸施工,擅自变更设计。
4、监理单位存在的问题
监理在工程施工过程中主要发挥监督管理的作用。目前,道路桥梁工程监理单位较多,但大多数中小监理单位或中小监理项目的现场监理机构管理较差,缺乏进行质量监督的正常程序、制度、手段,在实际监理过程中,而且在部分监理机构中,监理制度执行不严,监理单位存在资质问题,监理人不具备专业的素质修养和知识能力,加上中小城市道路桥梁工程质检设备、仪器陈旧落后,精密仪器几乎为零,给工程监理单位进行质量监理带来很大困难。
四、提高道路桥梁工程施工质量管理的对策
1、强化各级部门工程质量管理意识,落实质量责任制
增强工程责任感和使命感,通过不断学习和掌握保障工程质量的先进工作经验,完善个人工作能力,提高工程质量水平。利用反面教材,时刻给建设者敲质量警钟,把“百年大计、质量第一”的口号落实在道路桥梁工程质量建设的自觉行动上来。实践证明,提高工程质量必须建立健全层层负责的质量责任制,实施法人代表责任制,对工程指派专人负主要领导职责,然后按照各级分工分别对工程设计的各个环节如勘测、设计、材料、施工、监理等进行责任分解落实制,具体问题具体对待,可根据每个环节的质量漏洞追究相关人员的责任。
2、严把施工单位施工过程质量关
施工过程是工程质量形成的基础,也是质量管理的重要环节。在道路桥梁工程施工单位公开招投标中,科学规范招投标运作手段,使那些完全依靠真实本领的优秀施工队伍在市场竞争中脱颖而出,有机会参与到建设中去,组建一个能够稳定建设合格工程和优质工程的生产系统,坚决杜绝无资质、无施工经验、无工程施工机械和技术了力量的建筑单位凭借关系承接项目,这也是提高工程质量的一个重要手段。
3、强化监理单位监理职能
要提高工程质量,监理责任是关键,做好监理工作,就要着眼于整个工程的工期进展和质量安全,协调好施工过程中各相关单位的关系,必要时采取法律手段控制工程的进度、质量、工程造价及工程合同管理。道路桥梁工程属于综合性较强的工程项目,具有项目多、任务中、难度大等特点,因此,进行道路桥梁工程监管的工作人员必须进行特殊岗位培训,掌握多方面技能,以适应此项工作。方城在橡胶坝工程中,由市信禹水利水电工程建设监理公司作为监理单位,市水利水电工程建设质量监督站为质检单位,且对于施工过程中因方法、程序不当,偷工减料等行为导致的质量不合格,坚决予以返工,以确保每一项工序都能严格按照设计规范和工程质量的检测程序进行。
结束语:
道路桥梁工程质量管理所涉及的内容较多,尤其在施工过程中遇到的问题多种多样,且贯穿于整个工程建设阶段,我们只有增强各级部门工程质量管理意识,落实质量责任制,严把施工单位施工过程质量关,强化监理和质检部门的监督管理工作,做到科学有序的开展工程建设,才能有效的减少和避免质量事故发生,提高道路桥梁工程质量水平。
参考文献:
[1]许修蒙,道路桥梁工程质量管理改进对策初探施工管理,2010,06,24
[2]李升,李梅,浅谈道路桥梁工程施工质量控制中的问题及解决措施[J],中国学术研究,2011年第2 期
(邢台市勘察测绘院,邢台 054000)
摘要: 随着社会生产力的发展,城市建设大规模进行,无背索斜拉景观桥成为城市建设的亮点,设计在景观桥中起到不可忽视的作用。因此,笔者认为,设计应该与施工体系相结合起来研究,本文就设计与施工体系的结合进行浅谈。
关键词 : 斜拉桥;景观桥;设计;施工
中图分类号:TU745.2 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)03-0139-02
作者简介:刘海强(1980-),男,河北邢台人,工程师,主要从事城市规划与管理及城市基础测绘工作。
1 工程概述
南水北调邢台市区段跨渠桥梁工程—泉北大街景观桥位于邢台市泉北大街与南水北调总干渠相交位置处,是连接南水北调总干渠两岸新区的一座重要桥梁,道路等级为城市主干道,双向六车道,两侧分别设置人行道和非机动车道。桥位处南水北调干渠上口,口宽约51.4m,桥梁与河道夹角为90°、与两岸道路平交。该桥设计以”功能、景观”为设计主线,融入地方特色,重视桥梁与周围环境的协调,桥型采用”A”型主塔斜拉桥,结构轻盈,美观大方。它的建设将对邢台市的经济发展和城市路网的完善具有极其重要的意义。
桥梁起点桩号为K0+216.300,终点桩号为K0+286.000。桥梁总长69.7m,桥宽为43m,桥梁面积为2997.1m2。
桥梁采用单塔双索面斜拉桥,主梁为预应力混凝土箱梁,钢筋混凝土主塔。
2 主要设计技术标准
①荷载标准:汽车荷载:公路-I级;人群荷载:3.5kN/m2;②地震动峰值加速度:0.1g;抗震设防烈度7度;③桥梁宽度:3.5m(人行道)+5m(非机动车道)+2.5(拉索锚固区)+21m(行车道)+2.5m(拉索锚固区)+5m(非机动车道)+3.5m(人行道)=43m;④道路等级:城市主干道;⑤设计车速:60km/h;⑥桥梁设计基准期:100年;⑦桥梁设计安全等级:一级;⑧主梁预应力混凝土构件设计类别:按A类部分预应力混凝土构件设计;⑨环境相对湿度:0.7;⑩混凝土加载龄期:7天,终极龄期3650天;11结构重要性系数:1.1。
3 主要规范标准
①《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012);②《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004);③《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004);④《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007);⑤《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011);⑥《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ166-2011);⑦《公路斜拉桥设计细则》(JTG/T D65-01-2007);⑧《钢结构设计规范》(GB50017-2003);⑨《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003);⑩《钢结构设计规范》(GB50017-2003);11《公路工程质量检验评定标准》第一册 (土建工程)(JTG F80/1-2004);12《公路工程施工安全技术规范》(JTJ 076-95)。
4 主要材料
①混凝土。混凝土材料特性见表1。
②普通钢筋。
HPB235钢筋:
抗拉强度标准值:fsk=235MPa;
抗拉强度设计值:fsd=195MPa;
弹性模量:E=2.1×105MPa。
HRB335钢筋:
抗拉强度标准值:fsk=335MPa;
抗拉强度设计值:fsd=280MPa;
弹性模量:E=2.1×105MPa。
③预应力钢绞线:
钢绞线的弹性模量:Ep=1.95×105MPa;
钢绞线张拉控制应力:0.75×1860=1395MPa。
④Q235D钢板:
弹性模量:2.1×105MPa;
剪切模量:0.81×104MPa;
轴向容许应力:140MPa;
剪切容许应力:85MPa;
热膨胀系数:0.000012;
容重γ=78.5kN/m3。
⑤斜拉索体系
标准抗拉强度:1860MPa;
弹性模量 1.95×105MPa。
5 施工方案
施工控制是随施工过程逐渐实现的,邢台市泉北大街景观桥施工方案为:
①平整施工场地,修筑便道;②桥墩桩基放样、钻孔、混凝土浇注、检测;③施工承台、墩柱、桥台、安装桥台支座;④搭设支架,并进行预压,以消除弹性和非弹性变形影响;⑤浇注混凝土主梁,埋设斜拉索保护的套筒。混凝土强度达到设计强度95%后,张拉预应力钢束并压浆封锚;⑥搭设主塔支架,并进行预压,以消除弹性和非弹性变形影响;⑦绑扎主塔钢筋,浇注主塔,注意预埋索管及斜拉索固定端锚具;⑧安防钢塔帽;⑨张拉斜拉索,同时检测主塔、主梁变形及应力;⑩拆除支架;11铺设桥面铺装、安装伸缩缝、护栏等附属工程;12调整斜拉索张拉力至目标索力,同时检测主塔、主梁变形及应力;13全桥性能检测后竣工通车。
6 结论
通过全桥严谨的组织管理和大桥科学合理性的建设,大桥整体上达到了原有的审美要求和艺术效果。
参考文献:
[1]徐峰.浅谈斜拉桥的发展[J].科技信息,2010(18).
关键词:桥梁工程抗震设计
中图分类号:S611文献标识码: A
正文:
随着经济的发展,桥梁结构在不同水准地震作用下的抗震设防要求不断提高,桥梁抗震由原来的单一设防水准一阶段设计逐渐发展为双水准或三水准设防两阶段设计、三阶段设计,以及基于性能的多水准设防、多性能目标准则的抗震设计。这就要求工程师深入理解桥梁抗震设计规范。
1抗震设防标准
抗震设防标准是抗震设计的依据,桥梁抗震设计应首先确定抗震设防标准。桥梁抗震设防标准是根据地震动背景,为保证桥梁结构在寿命期内的地震损失不超过规定的水平,规定桥梁结构必须具备的抗震能力[1]。现行桥梁抗震设计规范[2-3]对抗震设防标准只作了笼统的定性描述,针对这种现状,本文对桥梁抗震设防标准作系统的阐述。
(1)对于地震动背景的考虑,定义3种桥梁抗震设防水准,设防水准Ⅰ:重现期约为50~100年或25年的地震作用,超越概率约为50年63%~39%或86.4%,即“小震”;设防水准Ⅱ:重现期约为475年的地震作用,超越概率约为50年10%,即“中震”;设防水准Ⅲ:重现期约为2000年的地震作用,超越概率约为50年3%~2%,即“大震”。(2)对于地震损失的考虑,定义3种桥梁抗震性能目标,性能目标Ⅰ:一般不受损坏或不需要修复可以继续使用,结构完全保持在弹性工作状态,即“不坏”;性能目标Ⅱ:可发生局部轻微损伤,不需修复或经简单修复可以继续使用,结构整体保持在弹性工作状态,即“可修”;性能目标Ⅲ:应保证不致倒塌或产生严重的结构损伤,经临时加固后可供维持应急交通使用,即“不倒”。(3)为实现桥梁抗震设防目标,对截面进行纤维单元划分(见图1)并进行数值计算,利用墩柱截面的弯矩―曲率曲线(见图2),定义相应于各性能目标的验算准则。验算准则Ⅰ:M
图1截面纤维单元划分图
图2弯矩-曲率曲线
通过对梁抗震设防水准、抗震性能目标和验算准则的系统分析,归纳出方便工程设计的各设防类别桥梁的抗震设防标准。
2隔震周期
现行桥梁抗震设计规范均要求,减隔震设计的桥梁基本周期应为非减隔震设计的桥梁基本周期的2倍以上。实际工程设计时,必须明确这2种周期的定义,才能保证设计的可靠性。
2.1规范研究
日本规范[4]对“减隔震设计的桥梁基本周期应为非减隔震设计的桥梁基本周期的2倍以上”解释为:采用减隔震支座的桥的固有周期比不采用减震支座桥固有周期的2倍短,变形就有可能不集中于减隔震支座而集中于下部结构,减震支座就不能有效地发挥作用。其中不采用减隔震支座桥的固有周期是把所有支座都看作固定支座时桥的固有周期。采用减隔震目的是使得减隔震装置充分发挥其隔震耗能的作用,降低桥梁结构的地震响应。而要实现这个目的,一方面是尽可能延长结构周期以避开场地地震能量集中的频谱区段,另一方面就是使桥墩的刚度尽可能远大于隔震装置的等效刚度,这样就使得变形主要集中于减隔震装置。采用了减隔震装置的桥梁即为减隔震桥梁,设置“板式橡胶支座”的桥梁属于隔震桥梁,板式橡胶支座能提供柔性,设置“铅芯橡胶支座”的桥梁也属于隔震桥梁。
2.2工程案例
某规则桥梁为5×25m先简支后连续T梁桥,桥面宽度为12m,桥面铺装为10cm厚沥青混凝土+8cm厚C50混凝土,采用墩高10m的1.4m×1.4m双柱矩形墩,主梁采用C50混凝土,墩柱、盖梁采用C40混凝土,墩柱受力钢筋采用HRB335钢筋。桥梁有限元模型见图3。比较“固定铰支座”、“板式橡胶支座”、“铅芯橡胶支座”3种支座方案的结构自振特性,基本周期对照见表2。通过对比,3种支座方案结构基本振型均为纵飘,方案1(非隔震方案)基本周期为0.8158s,方案2和方案3(隔震方案)基本周期分别为1.3295s和1.6675s,隔震方案的隔震效果较明显,尤其是采用弹性刚度较小的铅芯支座方案的基本周期达到非隔震的2倍以上。
图3桥梁整体有限元模型
2.3设计建议
隔震是相对非隔震而言的,非隔震桥梁指桥梁所有桥墩与梁体采用铰接(桥墩处墩梁无相对线位移),隔震桥梁指桥墩部分或者全部采用隔震支座,如板式橡胶支座、铅芯橡胶支座等(桥墩处墩梁产生相对线位移)。非隔震桥梁的基本周期反映桥梁总质量和桥墩本身的刚度,隔震桥梁的基本周期反映桥梁总质量和支座与桥墩的串联刚度。隔震支座作为结构一部分,其刚度影响桥梁的整体刚度,而且隔震支座的刚度较小,所以隔震桥梁的基本周期比非隔震桥梁的基本周期大。抗震设计时,希望尽量延长周期,当然不是越长越好,达到一个合适的刚度是设计的目标。研究发现当加入隔震支座后桥梁周期延长到原来非隔震周期的2倍或2.5倍时,支座刚度是合适的,日本规范认为这样的隔震支座设计达到了较好的隔震率。我国城市桥梁抗震规范,认为这种隔震方案可以近似采用单自由度简化计算,而在公路桥梁抗震设计细则中,相关条文没有明确解释。
3墩柱斜截面抗剪强度
在地震过程中,当桥墩出现了塑性铰,进入了弯曲延性工作状态后,塑性铰区域内弯剪裂缝宽度增加,使得骨料咬合所能传递的剪力降低。因而在设计公式中对于塑性区域应当包含弯曲延性对剪切强度的折减。墩柱斜截面抗剪强度计算机理一般都采用拱-桁架理论,其计算公式组成大致分为如下2种:(1)考虑混凝土提供的抗剪能力Vc和箍筋提供的抗剪能力Vs,Vn=Vc+Vs,目前各国规范(如美国加州规范[5])基本都采用此种形式;(2)考虑混凝土提供的抗剪能力Vc、箍筋提供的抗剪能力Vs及轴向力提供的抗剪能力Va,Vn=Vc+Vs+Va。我国现行公路桥梁抗震设计规范只给出了墩柱塑性铰区域沿顺桥向和横桥向的斜截面抗剪强度,采用了Vn=Vc+Vs的形式,具体公式为:
(1)式(1)的局限性主要表现在:(1)该公式主要是针对实心矩形和实心圆形截面,薄壁空心截面的约束混凝土的面积相对较少,空心薄壁截面和实心截面在水平地震力作用下的抗力机制是不同的,空心截面剪力流的传递类似于薄管截面,依赖于翼缘宽厚比;(2)该公式主要针对墩柱塑性铰区域内抗剪验算,未进入塑性的墩柱直接采用上述抗剪计算公式不妥。目前,国外对于桥墩在地震作用下的抗剪强度计算公式有比较多的研究成果,Myoungsu等人对7个1/4比尺矩形空心薄壁柱进行了试验研究,推导出矩形空心薄壁截面的抗剪强度计算公式:
如果墩柱未屈服,《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01―2008里的公式过于保守,可以参考美国加州规范[5]的抗剪强度计算公式:
4结语
我国公路桥梁抗震设计为双水准两阶段设计,现行桥梁抗震设计规范对抗震设防标准、隔震周期及墩柱抗剪强度阐述比较笼统。本文通过研究国外先进抗震设计规范,并进行工程实例验算,探讨了桥梁抗震设防标准,就目前国内关于墩柱抗剪强度计算的问题,改进了验算方法。
参考文献
[1]叶爱君.桥梁抗震[M].北京:人民交通出版社,2011.
[2]JTG/TB02-01―2008公路桥梁抗震设计细则[S].
关键词:桥梁;设计; 探讨
一、桥梁安全耐久性不足的危害
随着时代经济的高速发展, 人类所建造的各种大型工程结构物, 规模巨大, 结构复杂, 功能众多。这些工程的特点是: 投资巨大, 技术复杂, 环境影响严重, 袭击破坏机率增大和维修、养护、加固难度大, 一旦出现安全耐久性问题, 影响是非常大的。
1.巨额的经济损失。从桥梁建设经验中发现, 如果在桥梁的设计和建造时期没有很好地考虑桥梁的安全与耐久性, 将会在桥梁的运营和维护中付出惨重的经济代价。
2. 严重的工程事故。国际上统计, 桥梁工程事故的80%以上是由人为错误造成的, 这些人为错误主要反映在结构的安全、质量和管理的每个环节上。如果对发生病变的桥梁不及时加固维修或拆除, 将造成严重的工程或交通事故, 甚至有的在使用中因意外原因导致垮塌。
3.恶劣的环境和社会影响。我们发现在不断立项新建、改建桥梁的同时, 由于各种原因也在不断地加固维修甚至拆除不到使用年限的桥梁。如观澜河大桥, 它是梅观高速公路上的一座预应力连续梁桥, 跨径组成为3联4×40m, 桥梁全长495.43m, 该桥因为承载能力降低, 不能满足使用要求, 经专家多次论证后, 需进行拆除。
二、桥梁设计中的一些常见问题
桥梁安全性、耐久性不足, 既有内因也有外因, 或是内、外因交叉影响。主要有以下几个方面。
1.设计规范的先天不足
桥梁设计过程中的各个方面工作都需要有质量保证体系。其中最首要的即是“行为”的规范、规程、指南或标准。总而言之, 要建成一项大型工程, 一切工作都要有管理条例, 各项工作都必须按规定执行,不能随心所欲修改或变更,也即在过程中,一切修改和变更都要有文件规定。这些规定是设计者的权限与职责。
2.设计中具体细节注意不够
具体细节方面的设计虽然繁琐, 但是保障设计的重要环节, 需要设计人员不断学习和积累经验。如: 设计人员应结合桥梁所在地区的材料实际供应情况进行结构设计。超载现象在我国公路运输中较为普遍, 汽车超载营运,会对桥梁结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响, 因此除了交管部门要加强管理外, 设计时也需要对超载带来的后果进行研究、分析。伸缩缝处钢筋预埋数量不足、桩基主筋保护层与建筑制图不一致等诸多问题。
3.设计人员学习、更新知识不够
目前国内建设的现状是工期紧, 任务重, 突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务, 无暇认真研究新规范,学习新技术、新工艺、新材料, 往往是工程设计图基本照搬以前的设计,略作修改。 而设计规范不断更新, 结果要么就是设计与现行规范不一致, 要么就是从规范上照搬几条,而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状,让后边的施工、监理无所适从, 从设计开始就留下隐患。
三、问题解决措施
1.逐步健全设计规范
要减少桥梁使用期间的工程事故,提高桥梁的安全性和耐久性, 首先要有不断健全的规范、规程、指南、标准等管理体系的保证, 它是避免人为错误的重要保证, 特别是职责与权限的制定。
2.不断更新设计理念
从上世纪70年代后, 国内外专家在分析研究、认真总结经验教训的基础上, 除强调结构设计和建造时期的安全性、耐久性、整体牢固性的要求外, 逐步讨论了结构在使用期间的检测、维修、加固的新技术, 对不同工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入研究,提出了耐久性设计的概念。结构耐久性设计所要解决的问题也就是经济、合理的使用年限问题, 即结构寿命期问题。基于结构耐久性设计的新设计理念认为桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段共同努力的结果。新建一座桥梁时,业主确定建筑用途提出耐久性要求, 即结构使用寿命期。
3.加强创新设计方法
鉴于问题的严重性, 工程各方对耐久性都很关注。近年来一些施工方、监理方也经常和设计单位进行技术交流, 宣贯耐久性技术。如尝试与设计方一起在设计文件中对材料和防腐提出要求, 把设计与研究很好地结合起来, 而且针对具体工程根据其特定的环境与技术要求编制专用技术指南, 这种方法反映效果很好。 还有,在接手工程的技术支持工作之初, 先给业主、监理、施工各方的技术人员进行培训, 对混凝土性能等基本且关键的技术知识深入学习, 这样事前培训加现场指导的方式解决实际问题。 还有很多诸如这些从实践中来的宝贵经验, 我们应该多交流学习, 不断改进创新设计方法。
4.积极借鉴国外的经验和成果
国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差( 指与设计期望相比, 可归结为适用性能差, 包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等) 、耐久性和安全性差( 包括使用寿命短、维护费用高、安全事故较频繁等) 。这些问题的产生固然与目前国内施工质量和管理水平较低有关, 但既然这种现状不能在短期内得到解决, 那么作为工程设计人员就应该正视这一问题, 充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平, 采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁的使用性能, 这才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与结构体系或使用材料选择不合理及结构细节处理不当有关。桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题, 要积极借鉴国外成功的经验和做法, 除了加强施工质量管理外, 要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。
5.重视对疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生反复变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。
由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在反复荷载作用下,这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。
疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题,由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多,亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近20年来,疲劳损伤的研究已进入混凝土结构,但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。
对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言,事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效,例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
6.充分重视桥梁的超载问题
汽车超载主要有三种情况:其一是早期修建的老桥超龄负载运营;其二是桥梁通行的车流量超过原设计;另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加;后者是车辆使用者违法超载营运,后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。
桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧,甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面,由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复,将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化,从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。例如,混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性,但在汽车超载作用下,可能发生开裂;裂缝即使在荷载卸除后能够闭合,但由于混凝土结构内部已经受到损伤,构件的开裂承载能力降低、刚度下降;于是在正常使用荷载作用下,本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响,因此除了交管部门要加强管理外,也需要对超载带来的后果进行研究、分析。
四、结束语
综上所述,桥梁安全性设计是一项多样化的系统工作,它涉及到方方面面,所以我们必须要采取科学创新手段来务实工作,积极借鉴国外成功的经验和做法, 以提高社会经济效益,建造优质桥梁工程。
要加单位放在路桥、航运、交通栏目
关于桥梁设计中常见问题的探讨
刘明刚 广东中天市政工程设计有限公司贵州分公司
2011年《城市建设》10月 合同号:6019180 业务员:余青 丁龙
摘要:近几年来,随着国民经济建设的快速发展,桥梁设计方案目前也越来越受到人们的广泛关注。本文主要是针对桥梁的耐久性设计展开分析,并对其中的一些常见问题提出解决措施,为今后的桥梁设计工作提供一些参考。
关键词:桥梁;设计; 探讨
一、桥梁安全耐久性不足的危害
随着时代经济的高速发展, 人类所建造的各种大型工程结构物, 规模巨大, 结构复杂, 功能众多。这些工程的特点是: 投资巨大, 技术复杂, 环境影响严重, 袭击破坏机率增大和维修、养护、加固难度大, 一旦出现安全耐久性问题, 影响是非常大的。
1.巨额的经济损失。从桥梁建设经验中发现, 如果在桥梁的设计和建造时期没有很好地考虑桥梁的安全与耐久性, 将会在桥梁的运营和维护中付出惨重的经济代价。
2. 严重的工程事故。国际上统计, 桥梁工程事故的80%以上是由人为错误造成的, 这些人为错误主要反映在结构的安全、质量和管理的每个环节上。如果对发生病变的桥梁不及时加固维修或拆除, 将造成严重的工程或交通事故, 甚至有的在使用中因意外原因导致垮塌。
3.恶劣的环境和社会影响。我们发现在不断立项新建、改建桥梁的同时, 由于各种原因也在不断地加固维修甚至拆除不到使用年限的桥梁。如观澜河大桥, 它是梅观高速公路上的一座预应力连续梁桥, 跨径组成为3联4×40m, 桥梁全长495.43m, 该桥因为承载能力降低, 不能满足使用要求, 经专家多次论证后, 需进行拆除。
二、桥梁设计中的一些常见问题
桥梁安全性、耐久性不足, 既有内因也有外因, 或是内、外因交叉影响。主要有以下几个方面。
1.设计规范的先天不足
桥梁设计过程中的各个方面工作都需要有质量保证体系。其中最首要的即是“行为”的规范、规程、指南或标准。总而言之, 要建成一项大型工程, 一切工作都要有管理条例, 各项工作都必须按规定执行,不能随心所欲修改或变更,也即在过程中,一切修改和变更都要有文件规定。这些规定是设计者的权限与职责。
2.设计中具体细节注意不够
具体细节方面的设计虽然繁琐, 但是保障设计的重要环节, 需要设计人员不断学习和积累经验。如: 设计人员应结合桥梁所在地区的材料实际供应情况进行结构设计。超载现象在我国公路运输中较为普遍, 汽车超载营运,会对桥梁结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响, 因此除了交管部门要加强管理外, 设计时也需要对超载带来的后果进行研究、分析。伸缩缝处钢筋预埋数量不足、桩基主筋保护层与建筑制图不一致等诸多问题。
3.设计人员学习、更新知识不够
目前国内建设的现状是工期紧, 任务重, 突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务, 无暇认真研究新规范,学习新技术、新工艺、新材料, 往往是工程设计图基本照搬以前的设计,略作修改。 而设计规范不断更新, 结果要么就是设计与现行规范不一致, 要么就是从规范上照搬几条,而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状,让后边的施工、监理无所适从, 从设计开始就留下隐患。
三、问题解决措施
1.逐步健全设计规范
要减少桥梁使用期间的工程事故,提高桥梁的安全性和耐久性, 首先要有不断健全的规范、规程、指南、标准等管理体系的保证, 它是避免人为错误的重要保证, 特别是职责与权限的制定。
2.不断更新设计理念
从上世纪70年代后, 国内外专家在分析研究、认真总结经验教训的基础上, 除强调结构设计和建造时期的安全性、耐久性、整体牢固性的要求外, 逐步讨论了结构在使用期间的检测、维修、加固的新技术, 对不同工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入研究,提出了耐久性设计的概念。结构耐久性设计所要解决的问题也就是经济、合理的使用年限问题, 即结构寿命期问题。基于结构耐久性设计的新设计理念认为桥梁耐久性的保证是需要桥梁设计、施工、运营和维护各个阶段共同努力的结果。新建一座桥梁时,业主确定建筑用途提出耐久性要求, 即结构使用寿命期。
3.加强创新设计方法
鉴于问题的严重性, 工程各方对耐久性都很关注。近年来一些施工方、监理方也经常和设计单位进行技术交流, 宣贯耐久性技术。如尝试与设计方一起在设计文件中对材料和防腐提出要求, 把设计与研究很好地结合起来, 而且针对具体工程根据其特定的环境与技术要求编制专用技术指南, 这种方法反映效果很好。 还有,在接手工程的技术支持工作之初, 先给业主、监理、施工各方的技术人员进行培训, 对混凝土性能等基本且关键的技术知识深入学习, 这样事前培训加现场指导的方式解决实际问题。 还有很多诸如这些从实践中来的宝贵经验, 我们应该多交流学习, 不断改进创新设计方法。
4.积极借鉴国外的经验和成果
国内桥梁设计存在的主要问题是结构正常使用性能差( 指与设计期望相比, 可归结为适用性能差, 包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等) 、耐久性和安全性差( 包括使用寿命短、维护费用高、安全事故较频繁等) 。这些问题的产生固然与目前国内施工质量和管理水平较低有关, 但既然这种现状不能在短期内得到解决, 那么作为工程设计人员就应该正视这一问题, 充分考虑到现阶段的施工和管理水平和材料工艺水平, 采用适当的安全度、适当的设计方法来保证桥梁的使用性能, 这才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和安全性问题很多与结构体系或使用材料选择不合理及结构细节处理不当有关。桥梁安全性和耐久性不足已成为迫切需要解决的问题, 要积极借鉴国外成功的经验和做法, 除了加强施工质量管理外, 要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好耐久性的设计。同时需要研究疲劳和超载对于桥梁结构耐久性的影响。
5.重视对疲劳损伤的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生反复变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。
由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在反复荷载作用下,这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果往往是灾难性的。
疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题,由钢结构疲劳引起的钢材开裂案例较多,亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近20年来,疲劳损伤的研究已进入混凝土结构,但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。
对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言,事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效,例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
6.充分重视桥梁的超载问题
汽车超载主要有三种情况:其一是早期修建的老桥超龄负载运营;其二是桥梁通行的车流量超过原设计;另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加;后者是车辆使用者违法超载营运,后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。
桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧,甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面,由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复,将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化,从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。例如,混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性,但在汽车超载作用下,可能发生开裂;裂缝即使在荷载卸除后能够闭合,但由于混凝土结构内部已经受到损伤,构件的开裂承载能力降低、刚度下降;于是在正常使用荷载作用下,本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响,因此除了交管部门要加强管理外,也需要对超载带来的后果进行研究、分析。
【关键词】桥梁设计;问题;原因;措施
随着国家经济的发展,我国的桥梁建设特别是公路桥梁建设空前繁荣,展望我国公路建没的前景,桥梁新建、改建、加固的任务依然很重。而桥梁设计是一个系统的、复杂的工程,在桥梁设计过程中依然有许多的重大理论问题需要解决,更需要设计人员具有丰富的理论知识,并且尽量减少或避免主观经验因素对设计的影响。
1 公路桥梁设计中存在的问题
1.1 主要存在的问题
我国的公路桥梁设计过程中存在的倾向与问题有:①设计中考虑耐久性少而考虑强度多;②不重视结构的后期维护而重视结构的眼前建设;③不重视使用极限状态而重视强度极限状态。实际上,目前的公路桥梁设计中,对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注,既没有明确提出使用年限的要求,也没有进行专门的耐久性设计(从材料、结构措施及设计程序上保证耐久性,并明确声明在何种维护和使用条件下,桥梁具有哪种程度的耐久性)。这些都在一定的程度上导致了当前工程事故的发生、使用寿命短的不良后果、结构使用性能差;更与国际结构工程界日益重视耐久性、适用性、安全性的趋势相违背;不符合综合经济性以及结构动态(考虑结构建设、使用、维护等整个周期的费用)的要求。
1.2 造成问题的原因
1.2.1 结构构造体系以及设计理论不完善
在承认施工存在问题的同时,在桥梁设计领域,特别是关于桥梁使用期以及施工安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。
1.2.2 公路桥梁的设计水平低
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,但也有另外原因存在,诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题,这其中由于公路桥梁工程的前期设计水平低,导致最终发生桥梁坍塌破坏的事情也时有发生。
1.2.3 设计人员对结构本性没有正确判断和认识,缺乏经验
不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题,规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此,合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外,还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
1.2.4 设计人员思维出现的偏差,造成设计的主观错误
大多数的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、结构材料、结构构造、结构耐久性、结构维护以及从设计、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。有的结构整体性和延性不足,冗余性小;有的计算图式和受力路线不明确,造成局部受力过大;有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄;这些都削弱了结构耐久性,会严重影响结构的安全性。不少桥梁虽然满足了设计规范的强度要求,但也仅用了5―10a就因为耐久性问题影响了结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。
2 加强公路桥梁设计的措施
2.1 加强思想上的责任教育
进一步按照安全生产“三项行动”部署,落实好安全生产“一岗双责”要求,完善、建立公路桥梁设计责任体系,强化责任意识,层层落实责任,落实安全生产责任机制,确保桥梁设计责任到岗、责任到人。逐级签订桥梁设计责任书,将公路桥梁设计任务层次分解下达。按属地管理原则加强安全监管,敦促公路桥梁的建设、改造、养护等相关单位履行好企业主体职责,确保桥梁安全。
2.2 按正常使用以及承载能力来进行设计
正常使用控制结构是在正常使用的状态下裂缝、应力以及变形小于一定的限值,相对应于适用性的要求。承载能力是控制结构在没有服务能力临界状态时的承载能力,是对安全性要求的保证。而对于美观、经济的要求则没有具体的指标进行衡量。
2.3 将传统施工技术和现代信息技术相结合
随着行车密度、交通运输量大幅度提高和车辆载重越来越大,跨河桥梁和高架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。桥梁是公路的重要组成部分,桥梁的质量直接影响着公路的畅通以及行车安全。公路桥梁工程的质量,关键在于施工技术的提高。只有把传统的桥梁施工技术和现代信息技术有机结合起来,做好工程的前期设计,才能提高我国公路桥梁建设的质量。
2.4 积极借鉴欧美等先进国家的做法
欧美等西方发达国家在其经济社会发展进程中非常重视公路建设,他们在公路桥梁的设计方面积累了丰富的经验,取得了相当多的成功实例,但也有很多失败的深刻教训。我们的工程设计人员应该博采众长,取长补短,积极借鉴国外的经验和成果,避免走弯路,从而提高我国公路桥梁建设的成效。
2.5 在设计时要充分考虑桥梁的超载问题
超载问题在我国相当普遍,这种现状不能在短期内得到解决,工程设计人员在设计初期就会面临这一问题,因此应该在公路桥梁前期设计时充分考虑到公路桥梁在建成交付使用后所面临的超载问题。
2.6 加强重视结构的耐久性
桥梁在建造和使用时,一定会受到有害化学物质和环境的侵蚀,并且要承受着车辆、地震、风、疲惫、人为、超载因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。在大跨桥梁领域,我国自修建了大量的斜拉桥,虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少,但已经有多座桥梁(如上海新五桥、济南黄河公路桥、广东九江大桥等)因为拉索的问题而不得不提前换索,这既增大了经济损失又影响了使用。这类问题就与没有进行合理的耐久性设计密切有关。大量的病害实例也证实,除了施工和材料方面的原因,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上的缺陷 。
3 结束语
总之,桥梁结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做,只有在做好公路桥梁工程设计工作的基础上,同时,要求设计人员坚持技术创新和可持续发展,总结经验,正视不足,认真解决公路桥梁建设中所存在的问题,我国的公路桥梁建设技术才能展现更新、更高的水平。
参考文献:
[1]万敏. 我国桥梁景观设计的现状与发展[J]. 桥梁建设;
[2]张澎涛. 城市河道桥型系列规划方法研究[D]. 同济大学;
[3]罗华莹. 桥梁美学设计方法探索与研究[D]. 西南交通大学;
关键词:花瓶墩;受力分析;有限元
一、引言
随着社会经济的发展,人们对桥梁建设除了追求经济实用外,还开始追求绿色环保的景观效果。若想使桥梁结构造型美观,并与周围环境相协调,墩台与桥梁上部结构一样起着举足轻重的作用。国内外造型新颖的桥梁,不少在桥墩结构上采取了新的结构型式,改变了早期城市桥梁墩台设计较多采用厚重呆板的重力式、柱林密布的桩柱式结构形式,越来越向纤细、美观的方向发展,发展出越来越多新颖造型,如Y形墩、悬臂墩、门形墩、花瓶墩、V形墩、T形墩等。花瓶桥墩由于造型优美,近些年已经被广泛运用在城市高架桥梁以及立交主线桥梁中。由于墩顶段成花瓶形,在支座反力的作用下墩顶局部横桥向会产生较大的水平拉应力,需根据计算,在墩顶一定范围内应配置合适数量的横向钢筋,避免墩顶局部横向承载力的不足或裂缝的产生。
本文以某工程非通航孔桥桥墩的设计和计算为例,重点介绍花瓶墩设计和计算思路,并对花瓶形桥墩的受力特点进行分析和探讨。
二、概况
该项目主桥为三跨自锚式悬索桥,主跨195m,两侧副孔跨85m,右侧另外考虑一单向通航孔。非通航孔桥为五跨预应力混凝土连续箱梁,靠近通航孔桥两侧各设一跨40m简支梁,见图1所示。
图 1 结构总体布置示意图
图 2结构标准横断面示意图
其中非通航孔上部结构为5x40m连续箱梁梁标准段采用单箱双室斜截面,单幅桥主梁顶宽17.5m,底宽9.8m,设置结构单向横坡2%。主梁为全桥等高度箱梁,箱梁中心线处梁高2.20m。主梁两侧各悬臂3.0m,悬臂端部厚度20cm,悬臂根部厚度56cm。顶板全联等厚,厚度为22cm,底板厚度22cm,根部加厚至40 cm。腹板为斜腹板,厚度为40cm,在预应力锚固接长处变至52cm,根部变厚至60cm。横隔梁中支点厚度为2.0m,边支点厚度1.2m。施工方法为移动支架施工。
下部结构桥墩采用花瓶形方案,外形线条在桥墩中部向上逐渐展开,流畅中蕴涵着变化,与上部箱梁的斜腹板巧妙结合在一起,视觉连续性和整体性较好。桥墩墩顶截面宽度6.3m,墩底截面宽度3.6m,顺桥向厚度2.0m。见图2、图3所示。
图 3 下部结构标准横断面示意图
三、计算条件
1.材料:墩身混凝土等级C40,承台混凝土等级C30,钢筋采用HRB335。
2.荷载:作用在固定墩墩顶的竖向力主要有上部结构的恒载与活载,水平力有汽车制动力、风荷载、温度力及偶然荷载等。
恒载:包括主梁恒载反力、墩柱自重以及考虑墩柱施工偏心0.05m;
活载:荷载等级为城市-A级,人群荷载按《城市桥梁设计荷载标准》取用。单幅桥横向按单向四车道进行加载,考虑满布汽车及人群、单侧偏载,满布时横向偏载系数1.15,单侧偏载时横向偏载系数2.0。
风载:根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004),基本风速取100年一遇V10=27.2m/s,与汽车活载组合时,按桥面高度处的风速Vz=25m/s计。
摩阻力:当活动墩墩顶支座上水平力大于静止摩阻力时,支座将产生滑移。因此,活动支座上最大水平力为静摩阻力,摩阻系数μ=0.06。
温度荷载:体系整体按升温+20°C,降温-20°C计。
波流力:按《公路桥涵设计通用规范》(JTG/T D60-2004)采用。
3.荷载组合方式:见表1
四、桥墩受力分析:
根据计算分析结果,对桥墩分别进行顺桥向和横桥向的受力计算和分析,并进行荷载最不利组合。
4.1 横桥向
横向桥墩型为花瓶式,其受力较一般柱式桥墩复杂,工程中,对于支座偏心距离较大,墩柱较高的花瓶墩,墩顶一定范围内存在较大的横向力,因此在设计过程中应该引起足够重视。本文采用通用的有限元程序MidasFEA建立空间模型,共39399个四面体实体单元,如图4所示。通过有限元计算分析桥墩顶面在横桥向荷载作用下的受力特性。
4.2 顺桥向
桥墩顺桥向的计算按承载能力极限状态法进行配筋和承载力验算。计算图式取普通偏心受压构件模式,配筋采用对称配筋,控制截面取墩底截面,计算长度按照一端固定、一端铰接的方法确定。承载力验算时不论在弯矩作用平面还是垂直弯矩作用平面均需满足抗力大于作用效应组合设计值的要求。
五、计算结果分析:
5.1墩底截面验算
墩底截面横桥向受力最不利组合为横桥向组合II。截面短边配筋2排Φ32束筋@20cm,计算截面承载能力极限状态满足规范要求。正常使用极限状态短期组合裂缝宽度0.185mm。
墩底截面顺桥向受力最不利组合为顺桥向组合IV。截面长配筋2排Φ32束筋@15cm,计算截面承载能力极限状态满足规范要求。正常使用极限状态短期组合裂缝宽度0.183mm。
5.2墩顶截面验算
1.正应力
六、结语
随着经济和社会的发展进步,人们对城市建设的审美要求日渐提高,桥梁景观设计要求日显重要,桥梁结构设计理念也发生了很大的变化,设计人员开始注重结构细部设计。本文通过对独柱式花瓶墩模型建立,分析了结构在多种荷载工况组合下的受力性能,可为类似结构形式的设计研究提供有益的参考。
参考文献:
[1]和丕壮.桥梁美学[M].北京:人民交通出版社,1999.
[2]杨士金,唐虎翔.景观桥梁设计[M].上海:同济大学出版社,2003.
[3]JTGD62- 2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[4]李新平,周晶,张勇.薄壁花瓶墩的拉力计算实用方法[J].昆明理工大学学报,2011(4):32- 37.
关键字:铁路桥梁 砼施工技术 砼拌制 砼灌注
一、砼原材料的选定
源于铁路桥梁工程的特点,即桥梁纵向刚度要求高、桥梁结构耐久性及大跨度桥梁多等,施工单位务必要对砼原材料质量加以高度重视。关于砼原材料的选定,其必须具备以下条件或特点:
1.骨料已经具备坚固耐久性、级配合格、洁净、粒型良好等特性;
2.水泥应该具备低水化热、碱含量偏低等特性,严禁使用早强水泥或高C3A含量的水泥;
3. 复合矿物掺合料或矿物掺合料应由粉煤灰、优质矿物渣等配合而成。
4. 严格控制单方砼内胶凝材料的最高用量,特别是粗骨料的粒型及砼骨料的级配要求;
5.严格控制砼胶凝材料内硅酸盐水泥的最高用量,及胶凝材料的使用总量。
随着矿物掺合料及高效减水剂的研发及应用,及《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》、《混凝土结构耐久性设计与施工指南》的出台,高性能砼或耐久性砼已经成为了铁路桥梁建设的首选材料。相对于普通砼,高性能砼或耐久性砼的耐久性及力学性能更具优势(见下表):
二、配筋砼主要配合参数
待砼原材料经检验合格,应以环境等级为主要参考依据,科学设计砼配合比。待砼配合比设计经总监理工程师、试验监理工程师、咨询单位签署意见并予以同意后,方可投入到实际工程中使用。以桥梁结构环境侵蚀作用等级、《铁路桥涵地基和基础设计规范》、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》为主要参考依据,桥梁承重结构砼配合比及最低强度等级应有所区别,详见下表:
三、砼拌合及运输
(一)砼拌合
1.砼拌制形式:小型搅拌站(与砼搅拌相配合)、大型搅拌站(从事商品砼生产)、水上砼厂(以深水桥墩基础为主)等。
2.基本要求:砼拌制以机械搅拌及人工拌制为主。人工拌制仅适用于少量砼工程的半干硬性砼或塑性砼。砼拌制应坚持的原则为“搅拌混合均匀、石子表面颜色均匀且饱满砂浆”。若混合料内需要掺合添加剂,则添加剂务必要调成溶液。此时需要注意的是,添加剂应为可溶性添加剂;拌合方式为人工拌合形式,且保证其与其他材料搅拌均匀。在砼拌制的整个过程,作业人员务必要时刻查看并纠正砼的坍落度及流动性,并对其水灰比做严格控制,且在增减用水量时,严禁任何主观随意性的行为。
(二)砼运输
若砼运输的时间过长,则砼运输方式应为专用运输车运输砼;若通过运输时间较短,则砼运输方式应为砼输送泵泵送。在砼运输阶段或浇筑阶段,严禁向砼内加水。据相关经验显示,若砼运输距离≥250m,则砼运输方式应为专用运输车运输砼。
砼运输车装载砼之前,务必要对砼运输车内的积水予以排尽;待砼运输车抵达浇筑现场,其务必要在高速旋转25s左右后,再将砼拌和物输入泵车收料斗。关于砼运输泵的泵送距离,其在最大允许距离范围内的起始水平段的长度应>15m。输送管路的出口位置应为软管,其其他部位均不应为锥形管或软管。输送管路的固定方式应为吊具或支架等,且应确保其不直接与钢筋或模板向接触。砼向下输送时,垂线与管路间应成≤12°的夹角,以防输送管堵塞。
输送管务必要经水泥砂浆处理后方可投入使用;若输送管路在低温或高温环境下工作,务必要对其做保温材料或湿帘覆盖处理。砼输送泵泵送作业的连续性应得到保证,并可根据实际需要调整泵送速度,以确保连续泵送作业。
四、砼浇筑及振捣
(一)砼浇筑
在砼浇筑准备阶段及作业阶段,现场试验工程师务必要亲临施工现场,并定期对砼的泌水率、入模温度、坍落度及含气量等拌和物的性能做全面地检测。此外,应取一定量浇筑砼,并将其制成试件,且应严格按照养护标准对其加以标准养护及同条件养护,并取28天后的抗压强度。砼浇筑施工工艺的确定应以桥梁结构部位为参考依据。
在砼浇筑阶段,应及时振捣砼,以确保其浇筑的密实度及均匀度。砼振捣方式的确定应工程实际需要为依据,可供选择的振捣方式有插入式振捣棒垂直点振方法、附着式振捣器+插入式振捣棒。待砼拌和物出现液化泛浆、表面平坦及泛浆、表面不下沉及气泡不涌出等现象,则砼振捣密实。插入式振捣棒使用须知:前手紧握位置应距振捣捧上端部50cm左右,以便对插入点加以控制;后手将软轴扶正;前手与后手间间距为45cm左右;振捣棒沉入砼内应尽量自然;砼振捣务必要坚持“快插慢拔”原则;振捣棒移动间距应≤1.5倍振捣棒作用半径;振捣棒插入砼内深度应维持在50-100mm范围内。各振点连读振捣时间应为25s左右,以防漏振或过振,从而确保砼振捣的质量。
五、砼养护及拆模
(一)砼养护
待砼振捣完毕,应及时就砼暴露面做紧密覆盖处理,可用于砼表面覆盖的材料有无纺布、草帘或塑料薄膜等,以减少砼暴露时间,从而避免砼因表面水反蒸发过快而影响砼浇筑质量。在砼带模养护阶段,应对其做好保潮及保湿养护,例如带模浇水、包裹、蒸汽水或喷淋洒水等。针对桥梁梁体养护,蒸汽养护及自然养护最优。在砼养护阶段,砼内部温度应≤60℃、砼内部最高温度应≤65℃、砼内外温差不宜超过15℃(砼表面温度与环境温度间的温差及砼表面温度与养护水温度间的温差均亦如此)。
(二)砼拆模
关于砼拆模时间的确定,需要考虑的方面有砼强度与工程设计规范及相关标准规范间的一致程度、砼表面温度与环境温度间的温差及砼表面温度与砼结构内部温度间的温差等。理论上,若砼表面温度与环境温度间的温差及砼表面温度与砼结构内部温度间的温差均≯20℃,及砼强度与工程设计要求及国家相关规范标准一致,则可开始砼拆模作业。
结束语
综上所述,高性能砼属新型高技术砼的一种,其凭借着自身高工作性、高耐久性、高力学性能、抗渗性、耐磨性、耐侵蚀性、低水胶比等优势而得到了广泛应用。此外,高性能砼还属环保材料,其在工作性、节料、节能、环境、工程经济等方面发挥着巨大的作用。
参考文献:
[1] 车国林.铁路桥梁混凝土施工技术[J].科技致富向导,2012,(5):245.
[2] 刘柏艳.铁路桥梁混凝土施工技术[J].商品与质量・建筑与发展,2011,(5):17,14.