如何解决桥梁设计存在的隐患
2010-11-17
1.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。
2.解决桥梁设计中存在的隐患
2.1地理位置
临汾位于山西省境西南,东与长治、晋城两市相接,西隔黄河与陕西为临,南和运城市接壤,北与吕梁、晋中两市毗连。
侯马位于山西南部,地处临汾、运城、晋城、“小三角”地带的中心和南同蒲城市产业密集带与新亚欧大陆桥经济增长带的交汇处。
临汾地理坐标为北纬36°,东经110°50′,侯马市地理坐标东经110°24′～110°37′,北纬35°33′～35°51′,该项目位于临侯之间汾河中间位置,东经110°09′～111°10′,北纬35°47′～35°58′。
2.2地形地貌
临汾市地处黄河高原,汾河下游。东有太岳,西在吕梁,两山之间为临汾盆地。最高峰为太岳系的霍山,海拔2346m,境内的吕梁山系以隰县的紫荆山为最高海拔2012m,河流有百余条,主要为黄河汾河、沁河、昕水河等。黄河及其支流汾河、沁河为常流河,其他多为季节河。
侯马市属晋南盆地的部分。海拔高度在420m～257m之间,南部紫金山的海拔1055m,浍河贯穿市境12km,河宽30m。汾河纵贯穿本市15km,河宽300m。两河在市境西南汇合,流入新绛县。该土地肥沃,水利气候条件较好。
2.3气象特征
临汾市气候温和,四季分明,大陆性气候特点极为显著,年均气温10℃～7℃,一月零下4℃左右,七月26℃。年降雨量555mm。无霜期为180d。
侯马市属暖温带大陆性气候,四季分明。冬季雨雪稀少,春季干旱多风,夏季雨量集中,秋季秋高气爽。据气象台40余年资料统计表明,显著特点是“十年九旱”全年平均气温12.6℃,1月最冷,平均-2.4℃,极端最低气温-21.4℃;7月最热,平均气温26.1℃但极端最高气温出现于6月,1996年6月21日曾高达42℃。全年无霜期约197d。
2.4土质状况
(1)拟建的汾河2#桥地质构造主要受穹析陷控制,地质构造简单,没有断层、单斜等不良的地质构造,对桥梁的影响不大,盆地内有三组隐状断裂。
(2)地层岩性。汾河2#桥Ⅰ级阶台地上,岩性以粉砂、亚砂土、亚黏土为主,很少见砾石,河床及河漫滩中,岩性的颗粒较粗,以砂、卵石、砾石及亚黏土为主。综上述:全线地质构造简单,没有对桥梁产生重大影响的地质构造。
2.5地震烈度
依据“中国地震基本烈度区划图”,拟建桥梁所在地区基本烈度为8度,历史上没有发生过强烈地震,桥梁等构造物应该按8度地震预防。
2.6方案的设计原则
①一定要满足二级公路平原微丘区的技术标准;②与临汾、侯马整体规则相协调;③在满足技术要求前提下,尽量减少占地,少拆迁、以减少对两岸居民生产生活的影响;④加强环境保护,防止造成新的环境污染。
2.7桥型方案比选
2.7.1桥梁总跨径的确定
总跨径参照水文、地质资料设计计算而确定。桥梁的总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积,使河床不改道受过大的冲刷。另一方面,根据河床上土壤的性质和基础的埋置深度视河床的允许冲刷深度,适当缩短桥梁的总长度,以节约总投资。应注意的是总跨径的缩短可能会引起过水面积减小,流量加大,从而导致冲刷加大,以及桥壅水高度的加大。
2.7.2桥梁的分孔
桥梁孔径的拟定,主要根据池洪的要求,在《公路工程技术标准》J701-88表6.03中规定了不同等级的公路设计洪水频率。对于一座桥梁应分成几孔,并且跨径应多大,这不仅影响到使用效果、施工难易等,并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。跨径愈大,孔数愈少,上部结构的造价就很高,墩台的造价就减少;反之,则上部结构的造价降低,而墩台造价将提高。这与桥梁的高度及基础工程的难易程度有密切关系,最经济的分孔是使上下部结构的总造价趋于最低。
2.7.3桥梁标高确定
桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要,根据设计洪水水位桥下净空等需要,结合桥型跨径等一起考虑,以确定公路合理的桥道标高,桥道标高确定后,就可根据桥头的地形和线路要求来设计桥梁的纵断面线形,为了保证桥下流水净空,主梁底一般应高出设计流水位不小于50cm。
2.7.4桥梁横断面确定
桥梁横断面的设计,主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横断面布置,桥面宽度决定了行车和行人的交通需要,该桥净宽按净-9+2×0.75(人行道)+2×0.25(安全带)
2.7.5平面布置
桥梁的线形及桥头引道要保持平顺,使车辆能平稳地通过,从桥本身经济性和施工方案来说,应尽可能避免桥梁与河流成桥下路线斜交,故该桥应采用正交。
2.8预应力砼T形梁桥
T形桥的特点是:制作简单,肋内钢筋可做成刚劲的钢筋骨架,主梁之间借助间为4mm～6mm的隔梁来连接,整体性好,接头也较方便。对于承受正弯矩作用的T梁来说,既充分利用了扩展的砼桥面板的抗压能力,又有效地发挥了集中布置在梁肋下部的受力钢筋的抗拉作用,从而使结构构造与受力性能达到理想的配合。与桥抗相比,对于梁肋较高的T形桥梁来说,由于砼抗压和钢筋受拉所形成的力偶臂较大,因而T桥也具有更大的抵荷载弯矩的能力。
装配式肋梁桥,考虑到起重设备的能力,预制和安装的方便,一般采用主梁间距在2.0以内的梁式结构,在设计整体式梁桥性,鉴于梁肋尺寸不起重要装、机具的限制,故可以根据砼体积最小的经济原则来确定截面尺寸,对于桥面净空-7m的桥梁,只要建筑高度不受限制,往往建成的双主梁数为合理,在每一预制T梁上,通常设置待安装就位及相互连接用的横隔梁,以保证全桥的整体性。在桥上车辆荷载作用下,通过横隔梁接缝处传递剪力和弯矩而使各T形梁共同受力。
在保证抗剪等条件下尽可能减小梁肋(或称腹板)的厚度,以期减小构件自重,是目前砼和预应力砼桥梁的发展趋向。因此,为使受拉主筋或预应力筋在梁肋底部较集中地布置,或者为了满足预加应力的受压需要,就形成呈马蹄形的梁肋底部。
故结合该桥实际地质情况及综上分析得出,设计成预应力砼T形梁桥。之所以放弃预应力砼梁式板桥的选择是因为它简支板桥的经济合理跨径一般限制在13m～15m以下,预应力砼连接板桥也不宜不超过35m,否则就会存在自重增大的隐患。
3.结束语
因此,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。然而,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷却往往被人们忽视。所以,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。只有这样才能解决桥梁存在的隐患,保证桥的持久和耐用性。
