時間:2023-05-15 16:31:50
導語:在橋梁設計分析的撰寫旅程中,學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優秀范文,愿這些內容能夠啟發您的創作靈感,引領您探索更多的創作可能。

一、前言
橋梁設計中全壽命設計理論核心內容利用了全面的、聯系的、發展的觀點,全面分析橋梁規劃、設計、施工、運營、養護、拆除等一系列過程,系統性的研究了工程結構的耐久性,車輛行人的安全性,養護維修的便捷性,成本效益的合理性,防火減災的高效性,外觀造型的協調性,進而提高橋梁在其壽命期限內的服務水平。分析研究橋梁的全壽命設計理論是橋梁建設事業順應社會經濟發展的需要,是滿足人們對于安全、便捷、經濟、舒適交通出行的需求,更是橋梁設計理論事業發展的必然要求。
二、全壽命設計特點
1、全局性
橋梁全壽命設計特點之一的全局性特點是指基于橋梁設計理論和設計方法為基礎的,分析橋梁設計總結其本質,對其科學的設計系統實行研究及綜合評價的過程。橋梁設計過程的指導思想是倡導全面的、聯系的、發展的觀點,而并不是自某一個階段或者某一個部門的角度出發,需要關注更多的橋梁全壽命設計周期內的所有影響因素,使得橋梁的各種性能需求的得到均衡、得到滿足,從而實現追求橋梁全壽命設計這件藝術品的多種效應。
2、創新性
橋梁全壽命設計特點之二的創新性特點是指需要具有動態靈活的、創新思維的設計過程,一座橋梁的設計體現了設計工程師的想象能力,利用手中的有限信息,經過思維發散、創新設計,實現一種自定性至定量的全過程,橋梁設計工程師在全身心工作中,需要考慮用戶、業主、社會等多方面的需求,然后利用自己的知識,最終規劃出一個客觀實際的、詳細生動的、滿足眾多需求的具體量化設計作品。
3、多目標性
橋梁全壽命設計特點之三的多目標性特點是指在橋梁的設計過程中,包括了整體概念、性能結構、外觀造型、維護保養、生態效應、風險評估、全壽命成本等一系列的設計行為。為了實現全壽命時期內整體性能的最佳目的,橋梁的設計過程中要實行適宜的協調、有效地銜接每個設計階段,實現高效的整體設計工作,設計過程當中的工程順序或工作內容不需要一定有嚴格的界定,很多時候都在有效銜接每個設計階段的狀況下通過交叉完成的。在橋梁各個設計階段之中或者整體設計過程之中,設計工作不只是依靠有序的工作循環便能夠完成的,而是需要經過多次的循環,并且需要經過多次類似的修改或完善,因為每個設計階段過程中肯定會存在著交叉或相互重疊情況。
三、全壽命設計過程
1、總體概念設計
橋梁工程師進行橋梁設計時,首先根據業主的需求及建設橋梁的目的,開展總體概念設計構思,全面把握事物的相互聯系,為橋梁的建設條件、設計準則、使用壽命年限、投融資估算、投資效益等制定出設計的原則。在這段時期,橋梁設計的核心內容不僅要把握全壽命設計有別于現行設計的特征,而且要分析全壽命設計的規律,提出建設橋梁的設計理論藍圖及其設計原則??傮w概念設計作為橋梁設計工作的首項任務,是十分重要的決策過程。
2、結構性能設計
以全壽命設計理論為基礎的橋梁結構性能設計,需要橋梁工程師發揮主觀能動性,發揮經驗及其創新能力。在總體概念設計原則下融合外觀造型設計,保證橋梁在使用壽命前提下,把時間參數引入結構細部設計,保證結構的耐久性等性能滿足相應的目標值。全壽命的橋梁結構性能設計是把業主需求轉成橋梁技術性能說明,利用技術研究、擬定結構構造尺寸、結構受力分析、構造設計及細部設計,從而形成各選方案,保證設計意圖及目標可以在建設過程中,還有在橋梁的使用壽命時期內均得以實現。橋梁結構性能設計是以總體概念設計為原則,考慮外觀造型設計、需求,結合橋梁規定的使用年限而開展的一系列設計工作。
3、橋梁養護設計
以全壽命設計理論為基礎的橋梁養護設計,在橋梁工程師設計過程中除了要分析橋梁的建設期,更要考慮橋梁的使用及養護期,通過橋梁設計把傳統的重建設輕養護的習慣,轉成建設與養護并重,要擔負起全壽命期的責任。所以為保證橋梁有長久的使用壽命,橋梁工程師在進行橋梁設計時,首先要全面考慮結構設施的性能、有效的資源利用、應急處理災難后果、養護成本、安全性運營、保證環境質量等。通過分析構件的各種類型、各種方案的不同效果,實現對橋梁養護時機、養護措施、養護策略的設計,同時提出合理養護維修要求,而不是待橋梁竣工通車后,再憑借經驗采取哪壞修哪的事后處理途徑。
4、全壽命成本分析
以全壽命設計理論為基礎的橋梁全壽命成本分析,意指橋梁設計在實現可靠性、維修性等規定的同時,把壽命周期費用也當做一項重要設計因素來進行考慮,通過全面考慮設計、性能、費用等反饋信息,來平衡橋梁的性能及其費用,從而提高壽命周期費用的經濟性。在設計過程中研究并分析橋梁全壽命時期內的各種行為,考慮整個壽命時期內的影響因素,不僅需要合理設計、有效施工、及時養護管理,而且還要對橋梁設計開展成本效益分析工作。
1.橋梁分類
1.1橋梁查勘
為徹底摸清引黃入冀補淀工程沿線跨渠橋梁情況,需要對沿線橋梁逐一進行詳細查勘。查勘前,應列明詳細的查勘計劃,查勘路線、查勘內容。制定查勘表格,表格包括橋梁所在縣市、渠道樁號、橋梁類型、橋長、橋梁凈寬及總寬,欄桿類型、橋梁梁底高程、破損情況等。將引黃設計線路CAD圖導入到GOOLEEarth軟件上,在GOOLEEarth三維地形圖上順著引黃線路逐一對沿線橋梁進行標記,并標記橋梁周圍村莊或標識性建筑物,方便查勘時準確快捷的找到該橋,節約查勘時間。查勘過程中,一定要與當地政府、村民溝通,掌握橋梁是否在其它工程項目中已有拆除重建、加固或改造的規劃,并收集相關批復資料,保證與其它工程項目不產生重疊。查勘過程中一定要注意查勘人員的安全。
1.2勘察資料整理
對查勘資料進行整理,包括整理橋梁總數量、每個縣市橋梁的數量,每座橋梁的橋長、橋寬,橋梁類型,破壞情況等,并對在其他工程項目中已有批復的橋梁進行備注,匯總并整理成電子表格,方便分類、查閱。
1.3橋梁分類
根據渠道規劃、橋梁現狀、橋梁對引黃輸水的影響、以及引黃輸水對橋梁的影響,將橋梁分以下幾種類型。渠道過水斷面能夠滿足引黃輸水要求,渠道不需要擴挖,且橋梁自身結構完好,對引黃輸水的影響較小的橋梁,維持現狀。已經列入其他工程項目的橋梁,維持現狀。主梁結構、橋墩等破壞嚴重,已成危橋,不能滿通正常通行,影響引黃正常輸水的橋梁,拆除重建。橋梁自身結構破壞較嚴重,且引黃輸水渠道斷面不滿足過水要求,需要對渠道斷面進行擴挖,擴挖后長度不滿足要求的橋梁,拆除重建。橋梁自身結構破壞較嚴重,且橋梁梁底高程低于引黃輸水水位,影響正常輸水的橋梁,拆除重建。渠道斷面不能滿足引黃輸水要求,渠道需要擴挖,但橋梁主體結構完好的橋梁,采取加長措施。渠道斷面寬度能滿足引黃輸水要求,但需要對渠底進行清淤。橋梁結構完好,但建橋時樁長未考慮將來河底清淤。為保證清淤后,橋梁樁基承載力滿足規范要求,加固橋梁下部結構。已經廢棄、不再通行、且無新建必要的橋梁,拆除廢棄。
1.4設計原則
引黃入冀補淀工程橋梁眾多,為便于統一設計、管理,制定設計原則十分必要。引黃入冀補淀工程橋梁設計原則為:滿足現行道路、橋梁設計規程、規范。在滿足正常運營功能的前提下,橋型設計遵循安全、適用、經濟、美觀和有利環保的原則,并考慮因地制宜、便于施工、就地取材和養護等因素。結合橋位區地形、地質、水文條件進行橋跨布置;為便于機械化和工廠化施工,加快施工進度,優先選用裝配式標準化跨徑。橋梁梁底設計高程控制水位取引黃水位與排瀝水位的大值,梁底高程按大于控制水位0.5m設計,同時考慮橋面高程不低于兩岸堤頂高程。橋梁原位拆除重建時,為避免新橋樁基和舊橋樁基沖突,根據兩岸地形及道路情況,優先將橋梁沿道路軸線適當平移;當軸向無法避開時,在條件允許的情況下,適當將橋梁橫向平移,錯開舊橋樁基;不具備橫向平移條件時,在新舊橋樁基重疊位置采用樁接承臺型式錯開舊橋樁基。
2.設計要點
2.1拆除重建橋梁設計要點
根據橋位處河道開口寬度,水文、地質等合理確定橋梁結構類型、跨度等,拆除重建橋梁基本選用了裝配式13m跨鋼筋混凝土空心板標準跨徑。根據現場調查資料和地方政府規劃,以不低于現狀道路寬度和規劃寬度為原則確定橋寬。拆除重建橋梁均為原位拆除重建,按照制定的錯樁原則,在道路軸向無法錯開,且橫向不能平移時,采用了3根樁接承臺,承臺上設置兩根柱的型式,錯開舊橋樁基??刂菩屡f橋樁基凈距不小于50cm,要求施工單位在施工前對橋梁全部樁基坐標進行認真核實、詳細查勘舊橋樁位、樁徑情況,確認新舊橋樁基不存在沖突后方可施工。
2.2加長橋梁設計要點
引黃入冀補淀工程加長的橋梁大部分建于2008年左右,為2跨13m空心板結構,橋梁結構完好。由于引黃輸水要求,渠道需要擴挖,渠道開口斷面由26m左右擴挖到40m左右。鑒于橋梁結構完好,將橋梁直接拆除重建將造成大量的資金浪費,因此在渠道擴挖側將橋梁增加一跨,加長為3跨13m結構。橋梁設計荷載按舊橋部分維持原荷載標準,新加長部分按現行橋梁規范標準設計。舊橋設計荷載標準為公路-Ⅱ級折減,根據現行橋梁設計規范,已經取消公路-Ⅱ級折減標準,因此新加長部分按公路-Ⅱ級荷載標準。橋梁加長方案:在橋下架設支架,做好安全措施,鑿除擴挖側舊橋邊跨鋪裝及護欄、拆除邊跨及橋臺,保證拆下的空心板梁結構完好、放置到安全場地備用。在舊橋臺位置新建橋墩,在擴挖側渠道開口處新做橋臺。為防止新舊樁基沖突,按照拆除重建橋梁的錯樁原則,新橋墩采用3棵樁接承臺、2根柱設計。新做橋墩、橋成后,將原橋拆除的空心板梁和新預制的空心板梁吊裝到位,并新做橋面鋪裝及護欄,形成3跨13m空心板橋結構。
2.3下部加固橋梁設計要點
引黃入冀補淀工程部分橋梁結構完好,但橋位處渠道需要清淤下挖,下挖深度約3-4m。橋梁原設計未考慮河道下挖,下挖后橋梁樁基承載力不滿足規范要求,因此需要對橋梁下部結構進行加固。加固方案為:將橋梁墩柱外包15cm厚的鋼筋混凝土,外包范圍為墩柱頂部至設計渠道底部,并在渠道底部設置擴大基礎,以抵消由于清淤而消減的樁基承載力。外包混凝土前必須將橋梁墩柱進行鑿毛,使墩柱鋼筋外漏,設置連接筋與橋梁墩柱主筋和外包混凝土主筋焊接,連接筋鋼筋的梅花狀布置,間距不大于30cm。加固前必須中斷橋梁上部交通,同時應加強觀測,采取措施保證橋梁整體穩定。
3.結語
【關鍵詞】地震多發背景下 市政橋梁設計 隔震設計
目前,在我國市政工程當中,市政橋梁的建設是其中最為活躍的一項基礎工程建設,在市政工程建設中發揮著至關重要的作用。市政橋梁建設由于工期長、社會性強、資金額大的特點,使得在橋梁后期的管理與控制當中在一系列的問題,建設工作開展起來非常困難。市政橋梁建設作為城市建設中的一項基礎設施,具有一定的公共性。在當前地震多發的背景之下,市政橋梁建設更應該不斷加強在抗震方面的性能分析,只有市政橋梁的抗震性能得到有效提升,才能夠在地震發生時,有效降低各方面的損失,因此,必須予以重視。
1地震多發背景下市政橋梁設計中隔震設計的重要性
近年來,我國西南地區頻繁發生地震等自然災害,造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡,不僅影響了社會的穩定發展,同時,還對遭受災難的人群帶來了巨大的物質損失。因此,在地震災害如此頻繁的背景之下,在市政橋梁設計中進行隔震設計顯得尤為重要。隔震裝置作為其重要組成部分,通過科學合理的安裝,在一定程度上可以保證在地震發生時,橋梁的上部結構不會發生較大程度的位移,從而可以確保橋梁的使用功能更加的穩定,有效降低市政橋梁的后期維護費用。除此之外,通過安裝阻力器,其阻力效果可以在地震發生時有效降低由于地震作用力給橋梁帶來的危害[1]。21世紀以后,世界各國在市政橋梁的隔震設計方面,取得突破性的研究成果,而我國在這方面的研究還處于較低的水平。因此,充分借鑒國外的先進技術對提高我國市政橋梁抗震新性能具有非常重要的指導意義。
2 地震多發背景下市政橋梁設計中隔震設計的基本原則
在地震多發的背景之下,市政橋梁的隔震設計能否有效提高橋梁的抗震性能,是保證橋梁不受地震危害的基本要求。需要注意的是,相關隔震設計人員應該嚴格遵循各項基本原則,比如,預先對橋梁進行科學的考察,分析其是否適合采用隔震設計,并且,在對橋梁進行考察時,應該以橋梁的使用周期增長后系統是否能夠在地震發生時有效提高能量的吸收為判斷依據。而對于不適合進行隔震設計的市政橋梁地段,不能一味地進行盲目施工。另外,如果隔震裝置被采用,那么在發生地震后,橋梁的上部結構會發生相對的位移,這必然會影響到橋梁的功能和后期的使用。因此,在發生地震之后,相關人員必須及時對隔震裝置進行修復。同時,在選擇隔震裝置時,應該盡量選擇結構簡單、震性較強的裝置,并在使用時確??茖W合理。如果采用的隔震裝置,其材料的抗震性能較低,那么相關人員應該采取隔震措施,對橋梁的地基以及周邊的地質環境進行科學的勘測[2]。
3地震多發背景下市政橋梁設計中隔震設計的幾點建議
3.1重視橋梁細部結構的設計
在市政橋梁的隔震設計中,橋梁的附屬結構同樣發揮著非常重要的作用。市政橋梁的附屬結構主要包括防落梁裝置、伸縮縫以及限位裝置等。相關橋梁動力時程分析資料顯示,市政橋梁的細部結構對橋梁的隔震效果產生直接的影響,在一定程度上,降低了橋梁結構動力的響應。目前,我國在市政橋梁細部結構的設計方面是相關設計人員最容易忽略的問題,造成這一問題的原因,是由于橋梁的附屬結構在計算地震響應的方法非常復雜。因此,相關設計人員應該注重市政橋梁細部結構的設計,并保證其良好的連續性[3]。
3.2加強橋梁隔震裝置的設計
在市政橋梁的隔震設計中,隔震裝置的設計是隔震橋梁抗震設計的主要方面。目前,所采用的方法主要是彈性反應譜法。雖然這種方法被廣泛應用于大多數國家,但每個國家的使用規范都不一樣,主要是在計算公式方面存在較大的差別。這里所說的計算公式指的是等效阻尼的計算(d2s/dt2+2b*ds/dt+w02s=0,其中s為振幅,w為固有角頻率,b為阻尼系數)的計算。以此相比較,對于那些不規則的市政橋梁以及復雜性較強的橋梁,通常采用的方式是時程法。彈性反應法得以廣泛推廣應用的主要原因有兩個方面:一是由于這種方法與現有的計算方法比較相似,容易被大眾接受;二是由于計算比較簡單。需要注意的是,采用彈性反應譜方法進行隔震設計時,應該不斷變換和不斷完善。在具體的計算中,由于沒有可以直接采用的公式,因此,相關人員必須充分掌握橋梁結構地震響應的具體情況,根據長期積累的工作經驗預先制定設計方案,最后再對其設計的合理性進行驗證和分析[4]。
4 結語
綜上所述,在我國地震災害頻繁發生的背景之下,對我國市政橋梁設計中的隔震設計進行分析顯得尤為重要。橋梁作為一項公共設施,其工程質量一定要有嚴格的保證。為了有效提升市政橋梁的質量,避免在地震等各種自然災害中造成嚴重的損失,相關設計人員在進行市政橋梁的設計時,必須注重隔震設計,不斷加強抗震性能,確保其使用的安全性。
參考文獻:
[1]謝晶晶,宗德玲.關于工程結構抗震設防標準的幾個問題的討論[J].防災減災工程學報,2013,66(02):53-54.
[2],湯小虎,孫卓.四川汶川穗威大橋引橋減震隔震設計[J].廣州大學學報(自然科學版),2012,99(05):66-68.
關鍵詞:道路橋梁;設計;問題;分析研究
Abstract: This paper introduces the present situation of road and bridge design, on the road and bridge design principles and horizontal and vertical linear combination and connection design are analyzed and discussed in this paper, in view of the existing road and bridge design problems in-depth analysis of research.
Key words: road and bridge; design; problem; analysis
中圖分類號:TU2
一、我國道路橋梁設計的現狀
橋梁設計是直接決定橋梁工程質量的靈魂,近年來,我國許多橋梁設計表面上大都達到了設計規范強度指標,但實際使用過程中部分橋梁僅僅幾年時間就不同程度地出現了橋梁結構安全問題。因此,在道路橋梁設計時應該綜合考慮構造、材料等因素,采取切實措施加強橋梁結構耐久性設計。
二、道路橋梁的設計原則及分析
1.道路、橋梁的設計原則
設計中資源利用是否經濟合理,尊重實際,技術先進,實事求是,是否科學,完全取決于設計的水平和質量。具體而言,在設計中應
堅持以下原則:
(一)、在道路橋梁設計中,嚴格執行國家現行的設計規范和國家批準的技術標準。
(二)、設計中盡量采用標準化設計,積極推廣應用“可靠性設計方法”、“結構優化設計方法”等現代設計方法。
(三)、設計中注意把握因地制宜,就地取材,節省建設資金的設計原則。在滿足建設功能要求的同時,利用一切可能地節約投資、節
約多種資源,縮短建設工期。
(四)、道路橋梁設計中積極采用技術更加先進、經濟上更加合理的新結構、新材料。道路橋梁的設計者應考慮對施工現場的水文、地質、氣象、河道等基本狀況做到熟悉、了解,對施工中存在疑問之處應重新調查或是勘察。從而能有效避免由于基礎資料原因造成的安全問題。
2.設計中注意橋梁的線形安全
在過去的道路橋梁的設計中,為了方便現場施工,橋梁無論長短,往往布置成直線在橋梁的布線設計中,造成了超長的直線橋梁在大規模的橋梁設計中,而超短的直線急彎橋梁卻成了小河以及山區的橋梁設計現狀,增加了事故發生的概率性。
3.設計橋梁平曲線
根據實際調查分析的結果可知,就平曲線半徑與事故關系的研究說明,小半徑曲線段所發生的事故的可能性更大。時速為100km/h的道路橋梁,當橋梁的平曲線半徑小于20Q0m,發生事故的概率明顯提高, 由此可作為曲線半徑的安全下限。其他道路則以設計時速按照相應的比例進行取值。與此同時,緩和曲線的設置對圓曲線上的安全特性
4.設計橋梁的安全掌控
根據交通心理學的研究成果橋梁的直線長度不應超過以車輛計算形成速度7O秒的長度距離 在橋梁的平面設計中橋梁的直線段長度,中長直線的橋梁使駕車者的反應敏感度降低,車速較高,從而引發了交通安全事故。同向平曲線之間以短直線相連,形成了所謂的“斷背曲線”,相應的車輛在行駛經過這樣的線路時,往往將直線段看做兩端曲線相反的彎曲,線形并不連接在一起。由此,同向曲線之間的最小直線長度不應小于設計車速(以Km/h)的6倍(長度以m)。綜合上述研究成果,道路橋梁的直線長度過長和過短都將影響行車的安全,根據交通安全的理論分析,可通過計算得出道路橋梁適宜長度的數值。
三、平縱線形組合以及銜接設計
1.彎坡疊加橋梁的設計
根據直觀狀況分析,這樣的設計形式并不利于行車。平面曲線階段有縱坡存在,形成了彎坡疊加狀況,是高速公路橋梁設計中的常見的形式??赏ㄟ^對坡和彎的組合進行安全特性的研究和設計,利用設計指標求的DC 的值,并利用經驗公式得到預測事故的值。同時對于預測事故值相對較大的區域,可采用工程改造,以增加標志等措施減少交
通安全隱患。
2.平面直線與曲線的聯接
具體恰當的直線長度以及銜接曲線的半徑取值,應根據橋梁的設計車速以及橋位的地形,確定道路安全的設計區間范圍。在以前的設計過程中,橋梁的設計為了適應地形,從而造成了長直線與小半徑的曲線相連,而根據道路行駛安全分析表明,長直線與小半徑的曲線銜接處往往由于車輛高速行駛的慣性容易引發安全的隱患。
3.縱坡與平曲線的銜接設計
縱坡在于平曲線進行銜接的過程中,坡長越長、坡度越大,其所銜接的平曲線半徑越小,發生事故的概率也將越大。根據相應的規律,在橋梁設計中通過計算由相同銜接方式的區段,并進行一定的改進。道路橋梁設計過程中,較長的下坡接上下半曲線是具有危險傾向的設計,容易導致車輛在高速行駛狀況下駛入平曲線,從而造成事故隱患。
4.平衡橋梁上平面曲線與豎曲線
根據現有的研究結果表明,平豎曲線平衡的半徑推薦值的設置應綜合考慮安全和成本等要素。橋梁位于小半徑如2000m 以下平曲線上并且豎曲線部分或全部重疊時,應充分考慮平曲線的半徑大小平衡狀況,從而有益于交通安全。
四、我國道路橋梁設計存在的問題
1.道路橋梁設計存在缺陷
在道路橋梁設計的過程中,設計者很容易出現考慮不全面的問題,從而出現設計缺陷。現實中,設計人員大多會認真考慮道路橋梁結構強度的計算結果設計要滿足規范的要求,但在結構體系、結構材料、結構構造、結構維護、結構耐久性以及橋梁設計、施工到使用整個過程中可能經常會出現的各類人為因素等方面綜合性考慮不夠全面。
2. 道路橋梁設計方案過于陳舊
隨著經濟的飛速發展,道路橋梁建設規模日益加大,社會對道路橋梁的設計標準提出了更高層次的要求。然而,在設計方面,許多城市仍在沿用過去的道路橋梁設計方案,自然無法滿足現實需求。面對交通事業的迅猛發展,原有的設計理念已經無法滿足現實的交通狀況。設計是道路橋梁工程的靈魂,它在很大程度上決定了橋梁工程的質量、造價、施工難易程度和工期長短等。缺少創新意識、經濟指標跟不上以及設計觀念落后造成的資源浪費、安全性問題已經對我國橋梁工程技術進步帶來許多負面影響。
關鍵詞:城市橋梁 輕軌 總體設計 雙塔鋼桁梁斜拉橋
1工程概況
新蕉門大橋工程位于廣州南沙地區的中部組團,橫跨南沙經濟開發區和珠江管理區。路線大致為東西走向,全長約9.1km;規劃為城市主干道,規劃寬度60m。近期工程包括道路、立交、新蕉門大橋設計。新蕉門大橋跨越水域寬度1100m的龍穴南水道,由于橋位距出??谳^近,對通航要求較高,其中主航道通航孔凈空:200m×24m,輔航道通航孔凈空:110m×18m。大橋采用三百年一遇的洪水頻率設計,最高通航水位為7.4m。
橋梁結構采用140m+280m+140m雙塔鋼桁梁斜拉橋,分上、下層布置,上層為雙向6車道的城市交通,下層為雙線輕軌交通(見圖1)。
新蕉門大橋工程既是連接南沙經濟開發區和珠江管理區的重要紐帶,又是南沙經濟開發區一條重要的對外通道。工程的實施對解決城市組團間跨區交通、城市區域對外交通起到非常重要的作用。
2總體設計
2.1主要技術標準
2.1.1主線道路及新蕉門大橋
城市主干道:設計車速60km/h;道路采用瀝青混凝土路面;橋梁采用城-A荷載;最大縱坡3%;最小坡長170m;橫坡2%雙面坡。
2.1.2輕軌線路標準
最小平面轉彎半徑:一般不小于150m,困難地段50m;輕軌預留最小寬度9.6m;凈高控制≥6.8m;最小豎曲線半徑1000m;最大坡度5%;軌距1.435m;行車方式為右側行車;最高行車速度為80km/h。
2.1.3立交設計標準
設計車速主線為60km/h;匝道為40km/h。采用城-A荷載。最大縱坡主線為4%;匝道為5.5%。
2.2設計原則
2.2.1平面設計
滿足規劃道路、輕軌走向要求,結合工程實際情況確定路線走向;大橋橋址的選定滿足水利、航道及規范要求;滿足輕軌分離、銜接要求;預留遠期輕軌用地;減少對沿線自然生態環境的破壞。
2.2.2縱斷面設計
滿足工程區域內防洪標高要求(線路全線道路中線最低控制標高為6.3m);滿足與沿線現有道路交叉口標高及立交連接要求;滿足線路跨越的河涌、水道的通航凈高要求;滿足現有南部快速干線高架橋、規劃路(含堤岸)行車凈空(≥5m);滿足輕軌分離、銜接要求;符合規范設計要求的前提下,綜合考慮全線土方平衡、利于大橋施工、避免大填大挖、環境保護等方面。
2.2.3橫斷面設計
滿足規劃及遠期交通量要求;設置中央綠化帶、種植行道樹以改善環境,提高行車、行人的使用舒適性;預留遠期輕軌位置。
2.2.4其他
滿足公共交通要求,沿線設置港灣式公共汽車??空?滿足行人安全要求,交叉口處均進行交通渠化,并設置人行斑馬線及行人過街信號燈。
2.3設計重點
2.3.1平面選線
路線全線長約9.1km,基本與規劃道路中線吻合。路線沿線與4條城市主干道相交,規劃寬度均為60m。在下穿現有南部快速干線高架橋時,為保證通行凈空和行車視距,道路中線進行偏移,偏移后橋墩位于道路中央分隔帶及兩側人行道上。路線在水道東側至環島西路之間,地處起伏的山丘,為減少對山體的破壞,設計橋位相對規劃橋位向東南向微調55~75m。
2.3.2橋位確定
大橋橋位根據橋址評審研討會中航道、水利、規劃等相關部門的意見,選在河道順直、河床穩定的水域段,橋位與常水位水流方向基本垂直。由于受水道東岸山丘的限制,線路新蕉門大橋設計橋位較規劃橋位南偏75~55m。在設計標高基本相等條件下,規劃橋位對東岸的山體開挖高度會比設計橋位增高20m,且護坡高度達到50m,開挖土石方量增加約33萬m3。從保護環境、降低工程造價、保證行車安全等多方面考慮,采用設計橋位作為實施線位。
2.3.3環島西路立交(近期實施)
通過比較且經規劃部門審批,采用環島西路立交為近期實施立交形式。
根據相交道路規劃性質和規劃車道數,環島西路立交主線高架橋為雙向6車道和雙向4車道,橋寬分別為26.0m和19.0m,并設置兩條右轉匝道。匝道為單向雙車道,寬度9.5m。所有左轉車流通過右轉駛入環島西路后調頭完成交通轉換,環島西路平面交叉口保持現有形式和交通組織。
該方案立交形式簡潔,環島西路現有平面交叉通組織和渠化基本維持現狀,工程實施時交通可基本保持正常運行,減少拆遷,工程造價低。
2.4設計難點
2.4.1輕軌分離段設計
新蕉門大橋是與輕軌合建的大跨徑雙塔鋼桁梁斜拉橋,總體設計中需考慮滿足規劃輕軌走向的要求;輕軌平面、縱斷面、橫斷面、凈空的設計要求;根據兩岸不同的地形地勢,以跨越水面后橋梁與輕軌盡早分離為原則,減少近期工程投資;同時了解工程沿線規劃用地,為遠期輕軌的接入預留一定的空間;根據城市交通上行、輕軌下行的布置形式,考慮輕軌從平面分離或平縱結合實現空間分離的可能性。
通過比較,采用下述方案實現橋梁與輕軌的分離(見圖2)。
主線上層城市交通橋梁平面保持不變,輕軌在跨越水道后,于橋梁下部以S型平曲線轉出(半徑200m),實現橋梁與輕軌的分離??v斷面設計中,輕軌在S形平曲線范圍內,仍與主線坡度相同,平面轉出后,輕軌可根據實際需要設置變坡點。
優點:主線橋梁線形流暢;輕軌分離后位于主線橋梁的一側,遠期實施時易于接入,且遠期施工時對已有工程影響較小;輕軌遠期實施時平縱布局空間大,遠期建設費用會減少。
缺點:輕軌平面線形標準偏低,車速受限制,空間美觀性差,從規劃用地考慮,造成主線與輕軌所夾地塊浪費。在水道西岸,輕軌在道路一側,對該側遠期規劃住宅噪聲影響較大,如按本方案實施,規劃需對用地范圍、用地性質做較大調整。
關鍵詞:曲線箱梁;受力特征;結構設計;支座布置
中圖分類號:K928.78 文獻標識碼:A
1曲線梁橋基本受力特點
2.1預應力混凝土曲線箱梁中的扭矩
對于預應力曲線箱梁,除內外緣自重差異產生扭矩外,預應力鋼束在空間方向的分布對于剪心(即扭轉中心)會產生很大的力矩,且為主要扭矩。鋼束在箱梁的腹板中有若干個上彎曲和下彎曲,同時在水平方向還有一個大彎曲。底板內的鋼束主要為水平面內的彎曲。
2.2梁體的彎扭耦合作用
曲線梁橋在外荷載的作用下會同時產生彎矩和扭矩,并且互相影響,使梁截面處于彎扭耦合作用的狀態,其截面主拉應力常常比相應的直梁橋大得多,這是曲線梁橋獨有的受力特點。彎梁橋因受到強大的扭矩作用,產生扭轉變形,其曲線外側的豎向撓度大于同跨徑的直橋;因彎扭耦合作用,在梁端可能出現翹曲;當梁端橫橋向約束較弱時,梁體有向彎道外側“爬移”的趨勢。
2.3內梁和外梁受力不均
在曲線梁橋中,因存在較大的扭矩,因而常使外梁超載、內梁卸載,特別在寬橋情況下內、外梁的差異更大。因內、外梁的支點反力有時差別很大,當活載偏置時,內梁甚至可能產生負反力,這時假如支座不能承受拉力,就會出現梁體與支座的脫離,即“支座脫空”現象。
2.4墩臺受力復雜
因內外側支座反力差別較大,使各墩柱所受垂直力出現較大差異。彎橋下部結構墩頂水平力,除了與直橋一樣有制動力、溫度變化引起的內力、地震力等外,還存在離心力和預應力張拉產生的徑向力。故在曲線梁橋結構設計中,應對其進行全面整體的空間受力計算分析,對其在承受縱向彎曲、扭轉和翹曲作用下,結合自重、預應力和汽車活載等荷載進行詳細的受力分析,充分考慮其結構的空間受力特點才能得到安全可靠的結構設計。
2.曲線梁橋的結構設計
因曲線梁橋處于“彎、剪、扭”的復合受力狀態,上、下部結構必須構成有益于抵抗“彎、剪、扭”的措施,這給橋梁的線型設計和構造處理帶來很大困難。
2.1對于彎梁橋來說在滿足豎向變形的前提下,應盡可能減小抗彎剛度、增大抗扭剛度。所以在曲線梁橋中,宜選用低高度梁和抗扭慣矩較大的箱形截面。小半徑曲線梁橋的梁高大于跨徑的1/18時,是比較經濟的。在特殊情況下也不應小于跨徑的1/22。
2.2在曲線梁橋截面設計時,要在橋跨范圍內設置一些橫隔板,以加強橫橋向剛度并保持全橋穩定性。在截面產生較大變化的位置,要設漸變段過渡,減小應力集中效應。
2.3在進行配筋設計時要充分考慮扭矩效應,彎梁應在腹板側面布置較多受力鋼筋,其截面上下緣鋼筋也比同等跨徑的直橋多,而且應配置較多的抗扭箍筋。在預應力混凝土曲線梁橋中,應設置防崩鋼筋。
2.4城市立交橋中的曲線箱梁橋中墩多布置成獨柱支承構造。在獨柱式點鉸支承彎連續梁中,上部結構在外荷載作用下產生的扭矩不能通過中間支承傳至基礎,而只能通過曲梁兩端抗扭支承來傳遞,從而易造成曲梁產生過大扭矩。為減小彎梁橋梁體受扭對上、下部結構產生的不利影響,可采用以下方法進行結構受力平衡的調整:
(1)為減小此項扭矩的影響,較有效的辦法是通過調整獨柱支承偏心值來改善主梁受力。
(2)通過預應力筋的徑向偏心距來消除曲梁內某些截面過大的扭矩,改善主梁的受力狀態也是一種有效的辦法。預應力產生的扭矩分布和自重、恒載作用下的扭矩分布規律有著較大的區別,為調整扭矩分布,可在曲線梁軸線兩側采用不同的預應力鋼束及錨下控制應力,構成預應力束應力的偏心,形成內扭矩來調整曲線梁扭矩分布。對于設計小半徑曲線梁橋,最好采用普通鋼筋混凝土結構。對于預應力混凝土曲線梁橋,縱向預應力筋采用高強度低松弛鋼絞線。
2.5下部支承模式的確定。曲線梁橋的不同支承模式,對其上、下部結構內力影響非常大。對于彎梁橋,中間支承通常分為兩種類型:抗扭型支承(多支點或墩梁固結)和單支點鉸支承。在曲線梁橋選擇支承模式時,可遵循以下原則:
(1)對于較寬的橋(橋寬B>12m)和曲線半徑較大(一般R>100m)的曲線梁橋,因主梁扭轉作用較小,橋體寬要求主梁增加橫向穩定性,故在中墩宜使用具有抗扭較強的多柱或多支座的支承模式,亦可使用墩柱與梁固結的支承方式。
(2)對于較窄的橋(橋寬B≤12m)和曲線半徑較?。ㄒ话鉘≤100m)的曲線梁橋,因主梁扭轉作用的增加,特別在預應力鋼束徑向力的作用下,主梁橫向扭矩和扭轉變形很大。因橋窄所以宜采用獨柱墩,但在選用支承結構方式時應視墩柱高度不同而確定。較高的中墩可采用墩柱與梁固結的結構支承方式。較低的中墩可采用具有較弱抗扭能力的單點支承的模式。這樣可有效降低墩柱的彎短和減小主梁的橫向扭轉變形。但這兩種交承模式都需對橫向支座偏心進行調整。
(3)墩柱截面的合理選用。當使用墩柱與梁固結的支承形方式時要必須注意墩柱的彎矩變化。在主梁的扭轉變形過大同時墩柱彎矩也很大(一般墩柱較矮)的情況下,宜采用矩形截面墩柱。因為矩形截面沿主梁縱向抗彎剛度較小,而沿主梁橫向抗彎剛度較大,這樣既減小了墩柱的配筋又降低了主梁的橫向扭轉變形,更適合其受力特點。
3.曲線梁橋支座布置
在曲線箱梁橋中,兩端為抗扭支座(雙支座),聯內安置幾個鉸支座的布置已不多見,即使對小跨徑小半徑的非預應力曲線梁,通常也采用設內、外偏心支座方案。常預應力鋼束引起的扭矩隨彎曲半徑的減小而加大,總的扭矩隨跨長而增大,所以跨中的偏心支座,在與偏心距的設置上要分別考慮以下幾方面的影響:
(a)橫向恒載不均勻的影響,可通過設置中墩偏心距e來解決;對于彎曲半徑大于130m的曲線梁,這個偏心距不大,一般在0.1m~0.2m左右;
(b)預應力束形成扭矩的影響這部分扭矩的影響很大,有時在半徑為130m、聯跨長140m的四跨曲線箱梁中可達20000KN•m以上,若用增加跨中支座偏心距的辦法,則跨中支座的總偏心距為,式中,為抵抗預應力所產生的扭矩;若跨中支座按設內、外偏心支座的方案布置,偏心距的加大可使端部抗扭的雙支座中的反力大致相等;
(c)曲線梁從施工完成到使用后的一段時間內均受到徐變、溫度及不均勻扭矩的影響,支座總有滑移,所以每聯曲線梁必須設有一個固定支座,固定支座通常設在跨中,有時也可特意在跨中設固結墩;
(d)若梁的線剛度較低,則在內側邊緣行駛車輛的活載作用下會使內側受拉區產生較大的應力及撓度(或轉角),此時可采用設內、外偏心支座的布置方案;
(e)對于設內、外偏心支座的支座布置,梁體內既有剪力滯效應,又有翹曲與畸變應力,當半徑R足夠大時這種影響不明顯,從而使扭轉有些類似于自由扭轉,截面內只有剪力流;
(f)對曲率半徑R大于130m、跨徑小于30m、頂板寬9m的匝道橋,可采取設內、外偏心支座的布置方案,但跨徑大于35m時若仍用此方案時,應在聯中采用一個固結墩,或者在全部跨中支座采用偏置雙支座方案。
4.實例分析
某市預應力鋼筋混凝土曲線梁橋,單箱雙室截面,頂板寬9.2m,底板寬4.4m,跨徑組合為20m+18m+18m,橋梁平面位于直線段和R=34米的平曲線上,汽車荷載采用城市橋梁設計荷載標準:城市-A級。
圖1 箱梁橋平面孔徑布置圖2 箱梁橋斷面圖
本橋設計時,直線段按照普通直線橋設計即可,曲線段較特殊,須考慮支座設置問題及各箱梁截面抗扭性能。在設計時,采用Midas/civil軟件進行全橋計算分析,整個橋梁離散為梁單元模型,47個節點,40個單元。計算中以控制截面彎、扭組合受力最小及支座不出現拉力為目標,計算得出各支座預設偏心情況如圖3所示。
計算結果表明,在城市-A級車輛荷載作用于箱梁內外側兩種情況,支座均未出現脫空現象,支座1出現最小反力為23KN,支座4出現最小反力為9KN。汽車作用在外側時,支座最大反力5293KN,出現在3號支座;汽車作用在內側時,支座作大反力5179KN,出現在3號支座。全橋最大彎矩產生在第三跨跨中處,而扭矩出現在梁端雙支座處。扭矩在支座3處出現反號現象,主要是因汽車作用內外側時,在曲線曲率減小處產生體系內力重分配引起的。
通過上述結果分析,得出城市曲線箱梁橋(匝道橋),在設計時只要經過合理的計算分析,采用抗扭剛度大的截面并加強橫格梁的強度,合理設置支座偏心,可以達到我們預期的結果,設計出理想的橋梁,確保橋梁運營階段整體受力均衡,應力儲備充足。
參考文獻:
【關鍵詞】道路橋梁;設計;隱患
一、前言
交通道路對于國家內部相互之間的交往和發展而言就像人體的供血經脈系統一樣重要,隨著社會的發展人們相互之間的各種交往日益密切化、距離長遠化,對交通道路的需求和要求都隨之增加。有調查數據顯示,我國近十年來道路橋梁的建設是過去的數十倍之多。但在追求交通種類和里程增加的同時,我們更應該把質量安全作為建設的根本原則,首要就是要分析找出道路橋梁在設計中存在的隱患問題。
二、道路橋梁設計的隱患及對策分析
1.我國道路橋梁設計的綜合概述
一方面,如上文所屬,我國今年來社會經濟的不斷發展促使交通建設的增加完善成為了迫切要求,刺激帶動了道路橋梁的建設;另一方面,經濟的快速發展為道路橋梁的建設提供了充足的資金保障和技術支持。因此,二者之間是相互促進相互帶動的關系。如今,我國的道路橋梁設計絕大多數都在質量上有所保障、能夠滿足當今的各種交通需求,但事實上,在根據設計進行施工建設完成以后尤其是通行使用幾年以后,道路橋梁經常會出現這樣那樣的問題,例如荷載裂隙、跳車以及路基沉降等問題。
雖然我國早已有道路橋梁設計建設的相關標準出臺,但隨著事實交通中不斷提高的要求以及快速革新的技術和工藝,以前制定的標準已不能完全適用于當今的建設需求,也不能再為橋梁道路的質量提供絕對保障。因此,在標準的訂立趕不上現實更新速度的前提下,要想確保道路橋梁的使用牢固性、壽命長久性和絕對的安全性,就需要建設的技術人員不斷加強自我素質和能力的提高,尤其是在設計階段,必須充分考慮到道路橋梁建設的環境情況、荷載要求等各種實際需求來設計,并且做到反復確認細致修改,確保設計出材質、結構、造型、質量等方面都最大化適應滿足的道路橋梁,保障道路橋梁在使用中的安全性、也促使道路橋梁能夠最大化地發揮自身的作用,帶動當地的交往和發展。
2.道路橋梁設計的隱患分析
雖然我國自古以來就是一個道路橋梁的建造大國,歷史上也有許多道路橋梁經歷千年的考驗保留至今,體現了我國古代在此方面取得的偉大成績。但對于現代道路橋梁工程的設計我國卻處于起步較晚的的發展中階段,尤其是與國外一些發達國家相比較,我國在道路橋梁設計的許多方面表現的都不太成熟,具體表現在以下幾個方面:
㈠設計模式落后
隨著經濟的發展、工業化進程的加劇,不僅現代道路橋梁的荷載量承受和材質使用方面都有了很大的變化,而且現在的地質和氣候環境都在一定程度上受到了影響有所改變。然而,現代道路橋梁設計中許多并沒有做到這些全面的考量,大都都是只注重根據原有標準的要求進行設計,而不能因時因地制宜地結合設計。這種落后的設計模式采用通常也導致了道路橋梁在結構框架、材料選用、通行流量、負載能力、與環境適應能力等諸多方面都不能完全與實際相符,也為長期使用下交通的便捷性和安全性埋下隱患。
㈡設計人員素質不高
道路橋梁的設計人員往往是后期橋梁建設方向和成型的決定者,也直接影響到道路橋梁建成后的使用性能和質量,因此,一個優秀的道路設計人員不僅要掌握過硬的專業知識,還要對相關的美學、氣候學、人車流估算等多方面都具有一定的了解,設計人員的專業能力和素養是道路橋梁設計的直接關鍵因素。但是在實際的道路橋梁設計中,存在很多設計人員各方面的綜合素質不達標的問題,他們通常只側重于考慮道路橋梁的結構牢固度,而忽視了其他同樣重要的因素。
㈢道路橋梁施工問題
如今隨著建設行業的快速發展,各種施工建設技術工藝也在不斷提高,道路橋梁的施工建設也是如此。但是在技術工藝不斷革新的前提下,卻依然存在許多道路橋梁施工工藝方法落后的情況。這種情況首先就體現在對施工成本的過分精減上,許多施工承包單位為了最大化地追求利益,偷工減料、以次充好、省略一些工序的做法比比皆是,嚴重影響了施工質量;其次就體現在對施工效率的追求超過了對建設質量的追求,一味的加趕工期必然造成了質量隱患的存在和發生;另外就體現在道路橋梁的施工工藝和方法運用上,有的施工單位為了節省新技術培訓和新設備采購等的費用,還停留在以往的落后的施工水平上,也在很大程度上對施工和質量保證上造成了阻礙的影響。
㈣設計使用壽命不長
在眾多體現道路橋梁設計和建設質量的因素中,道路橋梁的使用壽命是其中最能體現質量高低的一項,能夠使用長久的道路橋梁必然是合理的設計和后期維護工作相結合的結果。而實際中,許多道路橋梁的設計卻缺乏一個長遠的考慮,加上許多的利益因素考量,因此很多設計只為考慮眼前的形象工程和短期內效益的取得,后期更是缺乏必要的保養維護,這也在很大程度上縮短了道路橋梁的使用壽命,形成了一定的安全隱患。
3.針對設計隱患的解決措施
上述的這些道路橋梁在設計中存在的諸多隱患,無疑給我國的道路橋梁建設和使用帶來了一定的阻礙和影響,我們必須在基于隱患的基礎上研究必要的解決對策。
㈠優化升級道路橋梁的設計模式。在設計時,考慮到相關標準的執行的同時,更應全面了解道路橋梁建設當地的人口、車量、地質、氣候等各方面的要素,并基于對這些因素的清晰掌握上再與最新的、科學的設計模式相結合設計,在道路橋梁的工程成本上設計出各方面都較為優秀的成果。
㈡提升設計人員素質。首先在設計人員選用時,應加強對人員專業知識和實踐經驗包括職業素養等方面的全面評定考核,綜合考核通過者方可選用;其次就是在日常工作中設計人員要不斷提升自己的能力,設計單位也要不斷注重加強對員工技能的培訓和提升,使他們的能力能夠為好的道路橋梁設計提供直接保障。
㈢加強道路橋梁施工管理。在設計完成后的施工階段,建設單位應該加強施工階段的管理,尤其是工程監理應該充分發揮自己的職能,對施工中的人員、材料、工藝、設備等各個方面和各道工序都加強監督管理,把工程的質量作為工作的根本目標,確保道路橋梁能夠按照設計參數保質按時完成。
㈣增強道路橋梁使用耐久性。在每一個道路橋梁的設計過程中,都應該到認識到普遍存在的使用耐久性問題,并在設計時進行有意識的改進提升。因此,在設計時,應該基于對道路橋梁荷載和流量的精確推算下,再加強對相關參數尤其是結構和建設裁量的測量、演算、測試檢驗,研究出一個科學可靠的設計方案,在確保道路橋梁設計質量的同時,也最大化地確保使用的長久性。
三、結束語
交通是各個地區、是整個國家交往發展的重要命脈,作為其中主要樞紐形式的道路橋梁更是交通系統中命脈中的命脈,而道路橋梁的設計好壞直接關系到后續的建設和使用,因此,道路橋梁建設者必須加強對設計階段的管理,分析其中存在的問題并采取措施解決,對道路橋梁設計和建設的質量嚴格把關,為我國交通網絡的有量有質建設提供保障。
參考文獻
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[3]李君 龔玉書 對道路橋梁設計隱患問題的研究 中國科技投資-2013年21期
【關鍵詞】 城市;橋梁橋面;排水設計;問題;分析
引言
在城市中,各種高架橋、立交橋已經廣泛的應用在生活和交通運行當中。城市高架橋有縱坡變化大,橋梁長等特點,所以,如果橋面的排水問題處理不好,不利于行車的安全,對行人也會造成不便的影響,更會給城市橋梁橋面的結構造成損害。由于大部分的橋梁都是鋼筋混凝土結構,不宜時而潮濕時而暴曬。如果水分侵蝕鋼筋,會使鋼筋銹蝕,減短橋梁的使用壽命。冬天被水侵蝕的橋梁容易結冰,這樣很容易導致砼發生破壞。所以,為了使橋梁的耐久性不因為雨水的積滯而滲入橋梁內部造成破壞,不僅要在橋面鋪裝內設置防水層,更重要的是要在橋面合理的設計出能夠引導雨水迅速排出橋外的排水系統。隨著時代的發展,橋梁設計的美觀程度也越來越受到重視,橋梁的設計不僅要結構合理,牢固耐用,排水通暢,施工養護方便,而且要美觀莊重。
一、橋面排水形式
橋面的雨水首先會因為橋面的合成坡(橫坡和縱坡的組合)而排向行車道的兩側,因此,橋面橫向坡度必須足夠。通常情況下,橋面的泄水口是設置在行車道邊緣處的。雨水匯聚泄水口后會因為橋體設計的不同而分兩種情況排出:(1)如立交橋這種跨越城市道路、公路、鐵路的橋體,在排水設計時,會將雨水匯集到縱向的排水管中,然后通過在橋梁的墩臺處進行設計落水管流入地面的排水設施中,以達到的橋面排水的目的;(2)當橋體設計時是跨域河流或者水溝的,可以將流入排水口的雨水通過泄水管直接排放。如果橋體的設計是能夠保證將雨水從橋頭引導排泄的,即橋長
二、橋面排水設計存在的問題
城市中的高架橋、立交橋等由于橋梁橋體長度比較長,縱坡變化大,再加上人們審美觀以及城市環保、景觀美化等諸多方面的要求,因此在橋梁設計的過程當中,應該充分的考慮到橋面的排水設計問題。
橋面排水設計方面存在的問題,有三個方面:
1、橋面的縱坡、橫坡設置不合理。橋面縱坡、橫坡的大小是直接關系著排水是否通暢的重要因素??v坡過小,會造成橋面雨水因為流速緩慢而匯流時間加長;縱坡過大則會使雨水口的截流率變小,這兩方面的原因都會對橋梁橋面的排水效果產生一定的影響。并且因為橋梁橋面的橫坡能夠使雨水向橋面相對比較低的地方匯集,然后在匯集處通泄水口集中將雨水排放出去,所以在進行設計橋面橫坡時,必須保證在橫坡的設置在1.0%~2.0%之間。在城市高架橋橋面排水設計的過程中,由于巧體比較長,所以在排水設計中應該將橋面設置成反向變破和凹曲線。這種設計會造成嚴重積水,對雨水的排出極為不利[2]。所以,在設置橋面的排水系統時候,應該根據橋體的特性,首先進行考慮的橋梁橋面坡度將會對橋梁橋面排水產生的影響,然后再進行確定橋面排水管直徑的大小以及排水口的間距。
2、泄水口的設置不合理。降雨的強度以及匯水面積是決定橋面泄水口之間距離的主要因素。其次也可以根據橋面縱向和橫向的坡度,還有泄水管道的泄水能力,允許過水斷面的漫流寬度來定。如果泄水口的間距過大或數量不夠,就會造成橋面積水。尤其是雨水充沛的南方地區,,瞬間降雨的強度也大,很容易造成因雨水積聚來不及排入泄水管而造成橋面積水。再因為降雨量大加上清掃公路以后各種垃圾堆積在泄水口,造成大量的泄水口因此堵塞,更加嚴重的阻礙了橋面積水的排放,加大了積水對橋梁的腐蝕危害。所以,在設計泄水口的時候,應該采用雨水篦配合使用的方法進行橋面排水。
3、排水設施構造不完善
在城市橋梁橋面工程設計的過程中,橋梁橋面的排水系統設計如下圖所示:
通過上圖可以看出的橋梁橋面排水系統主要有排水管、排水盲溝以及進水口和落水管等結構組成。
在實際的設計當中,常常忽略進水口和碎石盲溝周邊的防水層設計,很容易出現排水不暢或者防水層滲水的現象。泄水管的管口和管蓋如果采用的材料強度不夠,就會發生因承載不了車輛的負荷而被壓壞。
三、立交橋積水現狀、原因及解決措施
城市中立交橋是很常見的建筑,它的使用更好的緩解了城市交通堵塞和事故的發生。由于受到環境和地理狀況的影響,有一部分的立交橋需要設置下行穿道、人行地道。舉例來說,在長沙市就有兩座這種設計的橋梁,一座是袁家嶺立交橋,一座是芙蓉路立交橋。這兩座橋均屬于下穿式立交橋,每年的六七月份,一場大雨過后,下層通道就會出現嚴重的積水,不僅不能充分的發揮立交橋應有的紐帶連接作用,反而成為了各交叉通道的障礙,造成整個城市的交通出現嚴重的阻塞癱瘓。為什么會出現這種情況,我們可以從這些方面的原因著手探討:
1、從立交橋的橋體形式方面分析。按照立交橋的橋體外形上下關系有兩種橋型:舉起式和下穿式。舉起式立交橋占地面積比較大,因為需要較長的引橋,所以,橋面舉起后會造成周圍建筑物的構成景觀發生很大的變化,但是,舉起式立交橋有不受氣候條件限制的優點,并不會影響城市排水網的規劃。下穿式立交橋則恰好相反,它不需要較長的引橋,相對的占地面積也就比較小,雖然不會影響周圍建筑景觀,但是由于受到氣候條件的影響,所以很大程度上對城市排水網的規劃造成了影響。所以,地方相對狹小、并且對四周的建筑景觀需要做重點保護的地區以及降雨量相對較少的北方地區都適合設置下穿式立交橋。
2、從氣候條件方面分析。上面介紹了下穿式立交橋適用于降雨量較少的北方地區和排水條件相對較好的城郊。袁家嶺立交橋和芙蓉路立交橋地處多雨的長沙市,由于長沙市年降雨量較多,有2000毫米左右,并且集中在春夏之交,降雨強度也不均勻,這樣的環境氣候就對下穿式立交橋的設計造成了更多的不便和麻煩。
3、從排水的設計方面分析。由于長沙市是東南偏高、西北偏低的地形。建造在五一路的這兩座下穿式立交橋,因受到地理形勢的影響,不能按照城市的排水管道鋪設坡度排水,只能在橋的局部設置泵站,借此將雨水提升較高的排水管網中。
基于以上原因,可以在立交橋的下層路面入口處設置圓弧擋水墻,將徑流雨水堵住,這樣,直接將降雨匯聚在橋下,對泵站所要負荷的排水量進行計算時就不必考慮徑流影響,這樣不僅符合實際匯水面積,而且也大幅度的將泵站的總負荷減小了,還能徹底的解決立交橋橋面積水問題。
四、如何解決橋梁橋面排水設計中存在的問題
通過上述分析在城市 橋面排水設計中依然存在諸多的問題,針對這些問題提出以下幾方面的建議:
1、在橋梁橋面排水設計中,首先科學合理確定排水排水管的數量,橋面排水設計中不僅要設置橋面縱坡和橫坡的形式,而且還應該注意跑水管的設置。橋面排水管的設計應該按照徑流面積來計算確定其數目,每平方米的橋面宜設排水管面積為300mm2,直徑不宜小于100mm,這種設計不僅可以加快排水進程,而且也方便后期的養護清理。在一級公路和高速公路的排水管設計方面,直徑一般為150mm,間距為4-5之間[3]。高架橋和跨越鐵路、公路及通航河流的橋梁,是將降雨通過橋面的橫坡、縱坡排入排水管,然后通過設置在橋梁墩臺的落水管排出,所以,橋面排水管的設計應該達到安全和環境所需的要求。
在橋梁橋面排水管設計的過程中,首先可以假設工程中排水管的直徑和間距,然后通過采用橋梁橋面排水管計算公式,通過計算出排水設計流量≤管道允許水流量進行確定。計算公式為:10-3(是設計徑流數;W是橋面的匯水寬度;L是泄水口間距;q是平均的降雨強度)
由于縱坡不斷變化,所以要根據不同的縱坡將泄水口的間距進行調整,泄水口的間距可以在坡度緩慢時適當的加密。
2、根據橋梁斷面形式進行確定橋面排水方式。
在城市橋梁橋面工程設計的過程中,首先應該根據橋梁斷面的形式進行確定橋面排水設計的形式。一般情況下在城市橋梁下方都設計有人行道,并且在人行道的下方都會留有鋪設電力電信的排管空間,這就會造成雨水會通過人行道滲透到電力電纜的排管內,因此針對這種情況,應該注意保證人行道應該高出橋面車輛行道面的15~30cm,并將路緣石和車道部分設置成為錯臺的形式進行隔檔。如果是機動車和非機動車分離橋梁時,則可以采用混凝土隔離墩將機動車和非機動車進行隔離開。一般情況下,混凝土隔離墩可以每隔5~10m設計一個矩形的空洞,以能夠通過孔洞將機動車道上的雨水留到非機動車道,然后再匯聚流入非機動車道低側泄水管,以此達到排水的目的。還有一種是機動車道與非機動車道之間是采用綠化帶進行分隔的,綠化帶寬約1-2m,可以每隔10-20m留一個50cm寬度的水槽,在頂部設置蓋板。雨水通過水槽都將匯集在非機動車道,然后通過非機動車道匯集到排水管內。對于汽車專用的橋梁,一般只設計車行道,兩側設計有混凝土防撞墻,其排水管一般設計在內側底部的地方,其中排水管的直徑大約在150mm,間距大約在5~10m。
3、對于橋面排水構造處的細節處理對策。眾所周知,由于橋面的垃圾和灰塵很容易造成下水道堵塞,所以很容易造成排水不暢的現象,在對橋面排水設計中,針對這種現象,應該注意在泄水管的管口出設計強度較大的鑄鐵制作的管蓋,泄水管最好豎直方向埋沒,如果根據情況需要采用水平布設,橫坡要注意不能太小,管道也不適宜過長,以免造成水流過慢,導致排水不暢。
另外,為了防止垃圾堵塞泄水口,可以采用雨水篦配合泄水管的方式進行橋面的排水處理。雨水篦可以采用花崗巖加鋼板組合式的,可以先將花崗巖雨水篦下面層用結構膠和鋼板雨水篦上面層粘結到一起,然后將組合雨水篦的鋼板面朝下放入預留的水篦口中。這樣的組合水篦不僅避免了車輪將其破壞的情況,也美化了橋梁雨水篦的外觀[5]。更重要是的是,還具有防盜的功能。雨水篦即使被翹起,也會因為附帶有花崗巖的重量,不容易被盜走。這樣就可以有效的解決因雨水篦被盜而造成垃圾堵塞泄水口,引發橋面積水不能正常排泄的情況。
五、總結
本文通過對城市橋梁橋面設計中存在的問題進行分析,提出了解決的措施,并對城市立交橋的排水設計問題深入的探討,提出了解決的方案。更好的解決城市橋梁橋面的排水問題,可以緩解城市交通阻塞問題,帶來生活出行的方便,更能帶動交通業的順利健康發展。
參考文獻
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[3] 郭洪濤.公路橋梁橋面排水設計探討.山東交通科技,2012(05):52-53
【關鍵詞】道路橋梁;設計;質量問題;要點
0.引言;
經濟的發展是將交通事業作為支撐,交通建設是其中的重要構成因素,故此,道路橋梁的作用就顯得尤為突出。道路橋梁的建設質量水平直接的影響該地區的經濟發展,為此,在加快經濟建設的同時必須要加強對道路橋梁施工質量的掌控, 對道路橋梁設計進行嚴格的把關,有效的提升道路橋梁質量,根據建設地區的實際情況出發,設計出與該地區高度匹配的道路橋梁,并針對其中存在的不足進行相應的解決。
一.道路橋梁設計上遵守的原則
1.1在道路橋梁設計時需要堅持以下的原則:
(1)對我國現行的道路橋梁設計標準嚴格的執行;
(2)設計要做到與實際相結合,將控制工程造價作為根本的目的,達到建設要求的條件之下就地取材,避免勞民傷財,對工程的工期進行密切的關注,使其在預計工期內完成;
(3)在工程的設計階段,達到設計標準化的原則,盡量使用現代設計的方法,例如:可靠性設計方法及結構優化設計等;
(4)對新型的技術及工藝進行使用,使設計更為合理化、科學化、環保化。
1.2 設計理論和構造體系落后
在我國道路橋梁的發展過程中,現在所面臨的是落后的設計理論和構造體系。選擇橋梁的設計構造方案首先要把經濟效益放在優先考慮的地位,在滿足經濟效益的條件下必須進行充分的綜合考慮各種因素,并取用最可靠的結構來保證道路橋梁的安全性。許多設計人員僅僅局限在對橋梁滿足設計強度計算上考慮,而且對當前高新技術的應用和新知識的掌握不夠充分,這就局限了道路橋梁的發展。在道路橋梁的設計中不僅要求設計人員要多角度的綜合考慮確保橋梁的持久性,而且也對設計人員的素質有了更高的要求,必須具有豐富的設計經驗和創新精神。
二.我國道路橋梁設計的現況
2.1 結構設計
若在道路橋梁的設計階段存在不規范操作或是在工程施工階段沒有對工程的施工質量進行嚴格的掌控,將導致工程施工質量不達標的情況,使道路橋梁存在一定的安全隱患。道路橋梁的整體牢固性能及構件承受能力主要是有道路橋梁結構的安全性能所決定。橋梁的結構整體指的是橋梁結構出現了局部的破損時,要堅決的防止出現大規模的垮塌事件發生,橋梁的結構安全性能優良,可以在地質災害、爆炸等非人為災害發生時發揮其最大的功效,將受災害的程度降到最低。
2.2橋梁的結構設計首要考慮的因素是經濟合理性較高的結構方案,然后考慮的是結構上的分析及構架、連接設計,可是在實際的道路橋梁設計時卻存在著很多安全性方面的問題,例如設計上,道路橋梁設計人員的態度粗疏,出現計算失誤的問題,通常會對橋梁的使用壽命造成影響。設計部門的側重點通常在橋梁的安全度上,往往忽視了橋梁構造、使用材料及結構間的連接。
三.提高道路橋梁設計質量的對策與措施
3.1 重視橋梁結構設計,增加使用的耐久性
道路橋梁在使用的過程中,必然會受到車輛顛簸、超載、地震、疲勞使用等方面原因的影響,致使橋梁結構受損,從而降低使用的耐久性。傳統的設計標準更注重考慮當前交通需求,而缺乏對更遠時間段的考慮。從長遠看來,提高橋梁的耐久性,更利于安全運行和節約開支,因此,要求設計時,要具有長遠目光和創新目光,積極引用優秀橋梁建設經驗和理念,規范設計,全面考慮施工、投入使用、后期維修等因素,以能及時發現問題,解決問題,增加道路橋梁使用的耐久性。
3.2 落實橋梁設計的可持續發展觀,加大科技的投入現代道路橋梁設計中,需要采用到多方面的科學技術輔助,例如采用計算機對數據進行精確運算、繪制圖紙等;應用橋梁智能制造系統;采用遙控技術控制道路橋梁的施工。在設計中增加科技的投入,盡量減小成本、縮短施工周期及施工消耗,這一切都遵循了可持續發展的觀念,符合當前經濟發展趨勢。
3.3 重視道路橋梁超載的問題
道路橋梁超載造成橋體內部結構的損傷不可逆,很難修復,直接影響了使用壽命和使用的安全性。因此,設計階段,設計者要十分重視道路超載的問題,繪制設計圖紙前,深入工程所在地,預估通車量,掌握相對準確的數據,在設計中合理設定橋梁的最大流量,以滿足該地區的車輛通行需求,而且能夠增加道路橋梁的耐久性。
3.4 重視道路橋梁的附屬工程設計每一項道路橋梁工程都有相關的附屬工程,它們的設計與道路橋梁投入使用后的安全性、便捷性、后期維護需求都存在密切的聯系,因此,附屬工程的設計也要科學、合理。
4.1 主梁設計
不同于整體式簡支梁結構,裝配式簡支梁結構最為重要的特點是可將預制獨立構件進行運輸與吊裝,并且通過現場安裝、拼接制梁。對于自動化、機械化施工技術的應用在設計中就可以完成,這樣就大幅度的節省了施工成本,勞動生產力也有顯著的提高,季節變化也無法對施工造成實質上的威脅。橋梁上部結構的主要承重構件就是主梁,一般的設計型式有T 型和箱型,箱型結構主梁大多在預應力混凝土結構梁中應用。設計采用箱型結構主梁需要對主梁結構的間距與片數作要求,主梁間距與片數兩者相互制約,即間距小則片數多、間距大則片數少。而主梁的高度及細部尺寸是以荷載的計算方法加以確定的,若主梁對稱布置,梁身的荷載也是呈對稱分布,此時要用杠桿法來計算,如若不然就要以偏心受壓來計算。上述兩種情況的相同之處是控制設計的標準是內力的最大值,要注意的是此標準不可作為主梁結構各個截面的最不利狀況的受力計算,主要是因為很多不安全的因素夾雜在計算結構中。
4.2 型式的選擇應為橋臺設計橋臺結構設計的重點
在橋臺結構的選擇上,裝配式簡支橋梁主要有輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺、埋置式橋臺三種。輕型橋臺結構型式體積較小,比較適合擋土的翼墻結構設計。鋼筋混凝土薄壁橋臺可設計將臺身埋置于橋梁護坡中,這樣不僅能夠降低橋臺結構受上部荷載的作用力,還能夠使橋臺留有足夠的空間。但護坡容易受到洪水的侵襲使臺身,所以設計時不可缺少的是對強度和穩定性的計算。
五.結束語
路橋建設是為了提供給人們更好的出行條件,進而促進經濟的發展,故此,道路橋梁施工階段需要對其質量進行嚴格的掌控,保證其使用的壽命,這些都是由路橋設計方案所決定的,所以在施工前需要根據實際的情況對設計方案進行選取,在項目的施工過程中保證施工質量,以此來推動我國經濟的發展進步。
參考文獻
[1] 陳波, 陳婷. 我國橋梁設計中存在的安全性、耐久性問題研究[J].科技致富向導,2011(26).