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如何解決橋梁設(shè)計(jì)存在的隱患
導(dǎo)語：經(jīng)國家部級(jí)單位批準(zhǔn)推廣使用的、按模數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)尺寸所做的橋梁設(shè)計(jì)。對(duì)于為數(shù)眾多的常用的中、小橋梁，為降低造價(jià)，提高質(zhì)量，當(dāng)按批量制造和機(jī)械化施工的需要，將其跨度、主要尺寸、細(xì)節(jié)構(gòu)造及規(guī)格統(tǒng)一制訂。其未按這一名稱批準(zhǔn)者，可稱定型設(shè)計(jì)或通用設(shè)計(jì)。
1橋梁設(shè)計(jì)上存在的隱患
設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì),并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁,雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求,但僅用了5～10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛栴}影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足解決這一隱患已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問題,設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。
不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題,規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認(rèn)識(shí)、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)提出的各種新的要求。因此,合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外,還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。
2解決橋梁設(shè)計(jì)中存在的隱患
2.1地理位置
臨汾位于山西省境西南,東與長治、晉城兩市相接,西隔黃河與陜西為臨,南和運(yùn)城市接壤,北與呂梁、晉中兩市毗連。
侯馬位于山西南部,地處臨汾、運(yùn)城、晉城、“小三角”地帶的中心和南同蒲城市產(chǎn)業(yè)密集帶與新亞歐大陸橋經(jīng)濟(jì)增長帶的交匯處。
臨汾地理坐標(biāo)為北緯36°,東經(jīng)110°50′,侯馬市地理坐標(biāo)東經(jīng)110°24′～110°37′,北緯35°33′～35°51′,該項(xiàng)目位于臨侯之間汾河中間位置,東經(jīng)110°09′～111°10′,北緯35°47′～35°58′。
2.2地形地貌
臨汾市地處黃河高原,汾河下游。東有太岳,西在呂梁,兩山之間為臨汾盆地。最高峰為太岳系的霍山,海拔2346m,境內(nèi)的呂梁山系以隰縣的紫荊山為最高海拔2012m,河流有百余條,主要為黃河汾河、沁河、昕水河等。黃河及其支流汾河、沁河為常流河,其他多為季節(jié)河。
侯馬市屬晉南盆地的部分。海拔高度在420m～257m之間,南部紫金山的海拔1055m,澮河貫穿市境12km,河寬30m。汾河縱貫穿本市15km,河寬300m。兩河在市境西南匯合,流入新絳縣。該土地肥沃,水利氣候條件較好。
2.3氣象特征
臨汾市氣候溫和,四季分明,大陸性氣候特點(diǎn)極為顯著,年均氣溫10℃～7℃,一月零下4℃左右,七月26℃。年降雨量555mm。無霜期為180d。
侯馬市屬暖溫帶大陸性氣候,四季分明。冬季雨雪稀少,春季干旱多風(fēng),夏季雨量集中,秋季秋高氣爽。據(jù)氣象臺(tái)40余年資料統(tǒng)計(jì)表明,顯著特點(diǎn)是“十年九旱”全年平均氣溫12.6℃,1月最冷,平均-2.4℃,極端最低氣溫-21.4℃;7月最熱,平均氣溫26.1℃但極端最高氣溫出現(xiàn)于6月,1996年6月21日曾高達(dá)42℃。全年無霜期約197d。
2.4土質(zhì)狀況
(1)擬建的汾河2#橋地質(zhì)構(gòu)造主要受穹析陷控制,地質(zhì)構(gòu)造簡單,沒有斷層、單斜等不良的地質(zhì)構(gòu)造,對(duì)橋梁的影響不大,盆地內(nèi)有三組隱狀斷裂。
(2)地層巖性。汾河2#橋Ⅰ級(jí)階臺(tái)地上,巖性以粉砂、亞砂土、亞黏土為主,很少見礫石,河床及河漫灘中,巖性的顆粒較粗,以砂、卵石、礫石及亞黏土為主。綜上述:全線地質(zhì)構(gòu)造簡單,沒有對(duì)橋梁產(chǎn)生重大影響的地質(zhì)構(gòu)造。
2.5地震烈度
依據(jù)“中國地震基本烈度區(qū)劃圖”,擬建橋梁所在地區(qū)基本烈度為8度,歷史上沒有發(fā)生過強(qiáng)烈地震,橋梁等構(gòu)造物應(yīng)該按8度地震預(yù)防。
2.6方案的設(shè)計(jì)原則
�、僖欢ㄒ獫M足二級(jí)公路平原微丘區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);②與臨汾、侯馬整體規(guī)則相協(xié)調(diào);③在滿足技術(shù)要求前提下,盡量減少占地,少拆遷、以減少對(duì)兩岸居民生產(chǎn)生活的影響;④加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),防止造成新的環(huán)境污染。
2.7橋型方案比選
2.7.1橋梁總跨徑的確定
總跨徑參照水文、地質(zhì)資料設(shè)計(jì)計(jì)算而確定。橋梁的總跨徑必須保證橋下有足夠的排洪面積,使河床不改道受過大的沖刷。另一方面,根據(jù)河床上土壤的性質(zhì)和基礎(chǔ)的埋置深度視河床的允許沖刷深度,適當(dāng)縮短橋梁的總長度,以節(jié)約總投資。應(yīng)注意的是總跨徑的縮短可能會(huì)引起過水面積減小,流量加大,從而導(dǎo)致沖刷加大,以及橋壅水高度的加大。
2.7.2橋梁的分孔
橋梁孔徑的擬定,主要根據(jù)池洪的要求,在《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》J701-88表6.03中規(guī)定了不同等級(jí)的公路設(shè)計(jì)洪水頻率。對(duì)于一座橋梁應(yīng)分成幾孔,并且跨徑應(yīng)多大,這不僅影響到使用效果、施工難易等,并且在很大程度上關(guān)系到橋梁的總造價(jià)�？鐝接�,孔數(shù)愈少,上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)就很高,墩臺(tái)的造價(jià)就減少;反之,則上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)降低,而墩臺(tái)造價(jià)將提高。這與橋梁的高度及基礎(chǔ)工程的難易程度有密切關(guān)系,最經(jīng)濟(jì)的分孔是使上下部結(jié)構(gòu)的總造價(jià)趨于最低。
2.7.3橋梁標(biāo)高確定
橋道的標(biāo)高應(yīng)保證橋下排洪和通航的需要,根據(jù)設(shè)計(jì)洪水水位橋下凈空等需要,結(jié)合橋型跨徑等一起考慮,以確定公路合理的橋道標(biāo)高,橋道標(biāo)高確定后,就可根據(jù)橋頭的地形和線路要求來設(shè)計(jì)橋梁的縱斷面線形,為了保證橋下流水凈空,主梁底一般應(yīng)高出設(shè)計(jì)流水位不小于50cm。
2.7.4橋梁橫斷面確定
橋梁橫斷面的設(shè)計(jì),主要是決定橋面的寬度和橋跨結(jié)構(gòu)橫斷面布置,橋面寬度決定了行車和行人的交通需要,該橋凈寬按凈-9+2×0.75(人行道)+2×0.25(安全帶)
2.7.5平面布置
橋梁的線形及橋頭引道要保持平順,使車輛能平穩(wěn)地通過,從橋本身經(jīng)濟(jì)性和施工方案來說,應(yīng)盡可能避免橋梁與河流成橋下路線斜交,故該橋應(yīng)采用正交。
2.8預(yù)應(yīng)力砼T形梁橋
T形橋的特點(diǎn)是:制作簡單,肋內(nèi)鋼筋可做成剛勁的鋼筋骨架,主梁之間借助間為4mm～6mm的隔梁來連接,整體性好,接頭也較方便。對(duì)于承受正彎矩作用的T梁來說,既充分利用了擴(kuò)展的砼橋面板的抗壓能力,又有效地發(fā)揮了集中布置在梁肋下部的受力鋼筋的抗拉作用,從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)造與受力性能達(dá)到理想的配合。與橋抗相比,對(duì)于梁肋較高的T形橋梁來說,由于砼抗壓和鋼筋受拉所形成的力偶臂較大,因而T橋也具有更大的抵荷載彎矩的能力。
裝配式肋梁橋,考慮到起重設(shè)備的能力,預(yù)制和安裝的方便,一般采用主梁間距在2.0以內(nèi)的梁式結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)整體式梁橋性,鑒于梁肋尺寸不起重要裝、機(jī)具的限制,故可以根據(jù)砼體積最小的經(jīng)濟(jì)原則來確定截面尺寸,對(duì)于橋面凈空-7m的橋梁,只要建筑高度不受限制,往往建成的雙主梁數(shù)為合理,在每一預(yù)制T梁上,通常設(shè)置待安裝就位及相互連接用的橫隔梁,以保證全橋的整體性。在橋上車輛荷載作用下,通過橫隔梁接縫處傳遞剪力和彎矩而使各T形梁共同受力。
在保證抗剪等條件下盡可能減小梁肋(或稱腹板)的厚度,以期減小構(gòu)件自重,是目前砼和預(yù)應(yīng)力砼橋梁的發(fā)展趨向。因此,為使受拉主筋或預(yù)應(yīng)力筋在梁肋底部較集中地布置,或者為了滿足預(yù)加應(yīng)力的受壓需要,就形成呈馬蹄形的梁肋底部。
故結(jié)合該橋?qū)嶋H地質(zhì)情況及綜上分析得出,設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力砼T形梁橋。之所以放棄預(yù)應(yīng)力砼梁式板橋的選擇是因?yàn)樗喼О鍢虻慕?jīng)濟(jì)合理跨徑一般限制在13m～15m以下,預(yù)應(yīng)力砼連接板橋也不宜不超過35m,否則就會(huì)存在自重增大的隱患。
3結(jié)束語
因此,我們?cè)跇蛄汗こ淘O(shè)計(jì)中,橋梁存在的隱患是十分關(guān)鍵的,必須根據(jù)具體的橋梁做具體的工程設(shè)計(jì),還應(yīng)該注意橋梁在建造和使用過程中,一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕,并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用,同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。然而,影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來自構(gòu)造上(也即設(shè)計(jì)上)的缺陷卻往往被人們忽視。所以,橋梁存在的隱患已成為迫切需要解決的問題,要積極借鑒成功的經(jīng)驗(yàn)和做法,除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外,要從橋梁設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好防患設(shè)計(jì)。只有這樣才能解決橋梁存在的隱患,保證橋的持久和耐用性。
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