如何解決橋梁設(shè)計存在的隱患
2010-11-17
1.橋梁設(shè)計上存在的隱患
設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結(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,并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
許多設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要,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、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁,雖然滿足了設(shè)計規(guī)范的強度要求,但僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結(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)實的一個安全問題,設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。
不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計對象都會對結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計人員解決的各種問題,規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認識、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對結(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)計除了滿足規(guī)范的要求外,還要求設(shè)計人員具有對結(jié)構(gòu)本性的正確認識、豐富的經(jīng)驗和準確的判斷。
2.解決橋梁設(shè)計中存在的隱患
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)濟增長帶的交匯處。
臨汾地理坐標為北緯36°,東經(jīng)110°50′,侯馬市地理坐標東經(jīng)110°24′～110°37′,北緯35°33′～35°51′,該項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40余年資料統(tǒng)計表明,顯著特點是“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級階臺地上,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)計原則
①一定要滿足二級公路平原微丘區(qū)的技術(shù)標準;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、以減少對兩岸居民生產(chǎn)生活的影響;④加強環(huán)境保護,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)計計算而確定。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)標準》J701-88表6.03中規(guī)定了不同等級的公路設(shè)計洪水頻率。對于一座橋梁應(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?？鐝接?孔數(shù)愈少,上部結(jié)構(gòu)的造價就很高,墩臺的造價就減少;反之,則上部結(jié)構(gòu)的造價降低,而墩臺造價將提高。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)濟的分孔是使上下部結(jié)構(gòu)的總造價趨于最低。
2.7.3橋梁標高確定
橋道的標高應(yīng)保證橋下排洪和通航的需要,根據(jù)設(shè)計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高,橋道標高確定后,就可根據(jù)橋頭的地形和線路要求來設(shè)計橋梁的縱斷面線形,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,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。對于承受正彎矩作用的T梁來說,既充分利用了擴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)造與受力性能達到理想的配合。與橋抗相比,對于梁肋較高的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)計整體式梁橋性,鑒于梁肋尺寸不起重要裝、機具的限制,故可以根據(jù)砼體積最小的經(jīng)濟原則來確定截面尺寸,對于橋面凈空-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為它簡支板橋的經(jīng)濟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,否則就會存在自重增大的隱患。
3.結(jié)束語
因此,我們在橋梁工程設(shè)計中,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,還應(yīng)該注意橋梁在建造和使用過程中,一定會受到環(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,同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化,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)驗和做法,除了加強施工質(zhì)量管理外,要從橋梁設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好防患設(shè)計。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。
