单位文秘网 2022-02-14 08:16:03 点击: 次
摘 要 随着我国建筑业的快速发展,各地区桥梁建设越来越多,其中桥梁设计也尤为重要。伴随着桥梁设计技术的发展,对当代桥梁设计的理论研究也更加深入,本文就当代桥梁设计进行探讨分析。
关键词 桥梁、设计、现状、原则、探讨
引 言 随着桥梁建设的不断增多,桥梁设计已经成为工程界重点研究的问题,换句话说,桥梁设计是桥梁建设的关键。桥梁设计的好坏直接关系到桥梁施工过程及建筑质量。如今,我国桥梁设计虽有进步但是仍然存在着诸多问题,如只重视桥梁强度而忽视了桥梁的耐久性;只重视桥梁的强度极限,而忽视了桥梁的使用极限等。所以说桥梁设计要重视每一个环节,把每一个细节性的问题都要考虑到,既要重视外观美又要重视内在质量;既要考虑强度设计又要考虑耐久性设计;既要考虑结构设计又要估计到抗震性能设计等,设计出美观实用坚固的桥梁。
一、我国桥梁设计的现状
随着科学技术的发展,我国的桥梁设计有了一定的进步,但是与此同时也存在着诸多问题。如桥梁设计的理论和结构体系设计仍然不够完善,在桥梁施工阶段和后期使用的安全性能等方面,还有很对问题存在。在桥梁的结构设计中首先要做到设计方案的经济合理,其次要分析结构和连接的设计,要确保结构设计的安全性,必须达到规定规范的安全系数标准。
有些桥梁设计者只重视桥梁的强度设计,而忽视了耐久性设计,造成我国的很多桥梁使用年限较短,仅仅5—10年就会出现问题,成为一座危桥。当然也许是因为我国还没明确提出桥梁耐久性设计的具体要求,只是以概念的形式提出的。但是桥梁的耐久性也会逐渐成为安全性能的隐患。我国的桥梁设计理论体系和桥梁结构设计体系还不完善,很多桥梁设计者只重视桥梁结构强度设计,没有考虑到桥梁结构体系、后期的桥梁结构维护、桥梁结构的材料以及在施工过程中出现的人为错误等原因引起影响整个桥梁安全的问题,设计规范不能适应新知识新技术发展的新要求,因此,要求桥梁设计者在设计过程中把诸多因素考虑周全,必须在平日的设计中积累经验,提高对桥梁设计的根本性认识。我国的桥梁设计审核不到位,这也是我国桥梁设计中存在的问题,这是普遍存在的一个问题,过多依赖于专家会审的形式,形成了走过程的业务流程,没有起到实质性的效果,造成很多可行性不高的设计方案通过并投入施工建设。
二、桥梁设计原则
在桥梁设计中要做到合理利用资源,严格按照国家的规范标准设计;要按照该地实际情况,根据实际桥梁作用、性能和未来发展的需要,综合考虑设计方案,除了考虑桥梁设计的安全性、耐久性、经济性等因素,还要估计到桥梁的外在美观和环保性能设计,根据实际情况,最好做到就地取材;在桥梁设计过程中,尽可能的将设计达到规范标准,做到设计方法可靠、设计结构优化,尽可能采用现代化的设计方法,利用新技术、新手段、新型材料建造出现代化的桥梁。
三、桥梁的造型设计
(一)、影响桥梁造型的主要因素
一个优秀的桥梁设计方案,应该满足一下条件:在使用方面,要充分表现出其实际使用功能;在安全性上,要达到理想的承载能力和耐久性能;在技术应用上,能够体现现代技术的应用与发展要求;在造型上,要具有一定的艺术魅力。这就要求设计者,在保证其结构设计科学合理的前提下。充分将当地的经济、自然等因素考虑在内,并能够设计出具有艺术价值的桥梁外观。
(二)、桥梁造型设计内容及方法
桥梁的造型设计是将桥梁的功能与表现形式相结合,其内容包括造型的概念设计、桥梁的构件造型设计、桥梁的色彩设计等。其中桥梁造型设计的内容还应该根据桥梁建设的规模、地域、建设目的加以区别。
桥梁造型设计的基本方法包括很多,如单元造型法、整体造型法、线性设计法、比例设计法、拓扑优化法等,随着科技的发展,一种新型的造型设计方法也诞生了,即桥梁仿生造型设计,它是一种桥梁造型设计方法的创新,是一种以自然为依托,从自然中获取设计灵感的设计方法,此方法的应用必将开创桥梁设计的新篇章。
四、桥梁的结构设计
随着经济的发展,山区道路建设也相应增多,桥梁建造业成为其中建设的重要部分,我们就以山区桥梁设计为例。对桥梁的结构设计做简要分析。就山区地理状况的复杂性,多表现为地面起伏、滑坡、不稳定的斜坡、陡崖等特殊地形地质构造。在桥梁设计中弯坡桥多,高墩大跨也多,墩台的形状随之也多,因此,在山区桥梁设计中必须协调好桥梁的各个细小部位的构造与地形地质之间的关系。就其桥梁结构的设计我们要从以下两方面进行分析:
(一)、桥梁的上部结构设计
针对于结构较为简单的桥型来说,桥梁的上部结构设计有可套用的标准图,因此可以根据各地的特点参考使用。大桥梁往往选用T型桥梁结构设计,中小型的桥通常采用的是支空心板的结构设计。通常情况下,T型结构的桥梁,若桥墩比较厚实,刚度较大,在温度变化时候,其结构往往会产生很大的内力;若桥墩高度很高,可以设计墩梁固结构。之所以采用这种结构设计,是因为若桥墩很高并且采用连续结构,那么墩柱即使有很小的转角,也会使得墩顶发生位移,这也就大大影响桥梁结构的稳定性,对桥墩支座带来很大损坏。在桥墩设计中不提倡设计支座,这也可以省去更换支座的麻烦。对于地基较差的地形,不建议使用墩梁固结合结构连续的设计体系,因为会发生不匀称的桥梁沉降现象,此时种情况,则采用简支结构设计较好,能够很好的解决不匀称沉降对T型结构桥梁的损坏。在出现不等跨连续结构时,要计算好边跨和中跨跨径数值,一般要控制在0.55—0.7之间。
(二)、桥梁的下部结构设计
1、桥墩的设计:山区桥梁设计中桥墩通常采用的是等截面圆柱、方柱墩,在高墩设计中也采用阶形实心柱、变截面空心墩。再设计高墩时,要事先计算好其承载能力和安全使用的极限,还要分析好奇稳定性能。通常采用的稳定性分析方法有以下几种:静力法、位移法、有限元法和能量法。基于高桥墩自身重量和变截面,一般采用较多的是有限元法。在进行承载验算时,要控制好偏心距,做到让其基础应力均匀分布。摩擦桩、柱承桩、嵌岩桩是常用的三类桩基础。其中摩擦桩在采用时,既要计算好其承载力又要计算好其沉降量。计算沉降引起的荷载效应,是因为沉降会影响到超静定结构的内力。后两者要控制好进入岩石的深度,既要计算好其承载力,又要综合考虑其岩层的倾向和岩石的完整性,最后确定桩基的埋藏深度。
2、桥台设计:重力式U型台、柱式台、薄壁式台等是常用的桥台。柱式台和薄壁式台要承载较大的台后土压力,基础也较多采用单排桩或者扩基,这两类桥台一般不能太高。采用重力式U型台时,前提是地基较好,计算好其承载力和桥台的强度,还要将基础放置在同一层面上,以免出现不匀称沉降。这种重力式U型桥台,通常在地质较好的山区使用,但是地震活动范围的山区要尽量避免使用,因其稳定性在这样的山区不好。
五、桥梁的耐久性设计
(一)、桥梁耐久性的概念及其影响因素
桥梁的耐久性就是在桥梁设计目标使用的时间内,在正常的维护下,关于桥梁的安全性、使用功能和外观要求的能力。换句话说,就是指桥梁保持其最初的性能,并且延续其最初性能的能力。
影响其耐久性能的因素有很多,如桥梁使用的材料、桥的位置所处的自然环境、桥的使用频率、桥的维护措施、桥的设计质量以及桥在施工过程中质量的保证等等原因都会影响桥的耐久性。诸多因素影响桥的耐久性,但是设计者要尽最大可能延长其耐久性能。
(二)、设计中影响桥梁耐久性的原因
在设计中影响桥梁耐久性的原因一方面是设计者,设计者要是之满足于对桥梁强度的设计上,那必然会忽视桥的结构体系、结构构造、材料使用、桥的结构维护等方面的内容,加上在施工建设中不可避免的出现的人为错误,必然会影响到桥的耐久性能。总是设计者对设计要求低、设计结构的细节不够关注,造成设计结构不合理。
(三)、桥梁耐久性设计的主要内容
由于影响桥梁的耐久性因素诸多,就设计者的因素来说,对桥梁耐久性设计要做好以下一点:
1、明确桥梁设计地点的地质条件,确定满足其耐久性的不同要求;
2、正确评估具体地质条件下侵蚀作用的程度;
3、确定桥梁设计中各个结构设计对侵蚀作用应该采取的措施;
4、制定出符合该地质条件的设计方案,以及后期对桥梁维护保养的设计方案。
总之,好的桥梁设计应该满足其使用寿命的要求,耐久的结构设计才具有实际价值意义。所以,在桥梁设计的中要有其耐久性设计,只有这样才能保证桥在正常使用年限内安全又实用。
六、桥梁的抗震性设计
近年来,发生地震的地区不断增加,因此,无论是房屋建造还是桥梁建造,都对建筑物的抗震性能提出了很高的要求。对于桥梁的抗震性能设计,一般采用隔震设计,以此来增强桥梁的抗震性能。
1、桥梁设计中隔震技术的原理
隔震技术设计,采用的是提高桥梁整体结构的强度和桥梁的抗变形能力。隔震设计中主要是使用了柔性装置设计,这种设计是为了减少桥梁的整体结构和水平地面在运动时的关联性,以此来保证桥梁的整体结构在地震中,不会被严重破坏,这样的设计使得地震时的反应加速度小于地面运动的加速度,使用阻尼的设计降低了地震带来的能量对整座桥的冲击力度,起到了很好的抗震作用。
2、桥梁隔震设计
目前,弹性反应谱方法是桥梁隔震设计中使用较多的方法,此方法的使用是因国家而有差异的,在西方国家,拥有自己的规范,具体就是计算公式的不同,涉及到隔离设备等效计算刚度和阻尼的计算,设计复杂的桥梁或者是造型迥异的桥梁,其方法就更加不一样了。除此之外,该方法更接近于标准化的计算方法,让各国的桥梁设计者更容易接受。
3、细节构造的设计
桥梁的主要结构在抗震设计中也是重要的一部分,根据桥梁设计中地质灾害的调查和动力时程的分析,都会影响到桥梁结构设计和隔震设计。但是很多设计者往往会忽视这些,对结构设计中的细微环节不够重视。
结 语 桥梁设计作为一项较为复杂的工程,对于设计者来说,一方面要有丰富的桥梁设计相关理论知识,还要有丰富的亲身经历经验,要避免因自身的设计失误,给桥梁建设带来严重损失,包括经济损失和安全隐患损失。本文从我国桥梁设计的现状,桥梁设计原则,桥梁的造型设计,桥梁的耐久性设计,桥梁的抗震性设计,并以山区桥梁设计介绍了其桥梁的结构设计这几方面对当代桥梁设计进行了探讨,希望我国的桥梁设计有更大的进步与发展。
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冯春莹 1982.2 男 河南 桥梁设计中级职称 硕士 桥梁设计
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