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如何解決橋梁設計存在的隱患
導語：經國家部級單位批準推廣使用的、按模數化標準尺寸所做的橋梁設計。對于為數眾多的常用的中、小橋梁，為降低造價，提高質量，當按批量制造和機械化施工的需要，將其跨度、主要尺寸、細節構造及規格統一制訂。其未按這一名稱批準者，可稱定型設計或通用設計。
1橋梁設計上存在的隱患
設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案,其次是結構分析與構件和連接的設計,并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。
許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要,而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。不少橋梁,雖然滿足了設計規范的強度要求,但僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結構安全。結構耐久性不足解決這一隱患已成為最現實的一個安全問題,設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。
不同的環境和使用條件、不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問題,規范更新得再快也適應不了新認識、新技術、新材料快速發展對結構提出的各種新的要求。因此,合理可靠的結構設計除了滿足規范的要求外,還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。
2解決橋梁設計中存在的隱患
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業密集帶與新亞歐大陸橋經濟增長帶的交匯處。
臨汾地理坐標為北緯36°,東經110°50′,侯馬市地理坐標東經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,夏季雨量集中,秋季秋高氣爽。據氣象臺40余年資料統計表明,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于6月,1996年6月21日曾高達42℃。全年無霜期約197d。
2.4土質狀況
(1)擬建的汾河2#橋地質構造主要受穹析陷控制,地質構造簡單,沒有斷層、單斜等不良的地質構造,對橋梁的影響不大,盆地內有三組隱狀斷裂。
(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:全線地質構造簡單,沒有對橋梁產生重大影響的地質構造。
2.5地震烈度
依據“中國地震基本烈度區劃圖”,擬建橋梁所在地區基本烈度為8度,歷史上沒有發生過強烈地震,橋梁等構造物應該按8度地震預防。
2.6方案的設計原則
①一定要滿足二級公路平原微丘區的技術標準;②與臨汾、侯馬整體規則相協調;③在滿足技術要求前提下,盡量減少占地,少拆遷、以減少對兩岸居民生產生活的影響;④加強環境保護,防止造成新的環境污染。
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、地質資料設計計算而確定。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,根據河床上土壤的性質和基礎的埋置深度視河床的允許沖刷深度,適當縮短橋梁的總長度,以節約總投資。應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,主要根據池洪的要求,在《公路工程技術標準》J701-88表6.03中規定了不同等級的公路設計洪水頻率。對于一座橋梁應分成幾孔,并且跨徑應多大,這不僅影響到使用效果、施工難易等,并且在很大程度上關系到橋梁的總造價。跨徑愈大,孔數愈少,上部結構的造價就很高,墩臺的造價就減少;反之,則上部結構的造價降低,而墩臺造價將提高。這與橋梁的高度及基礎工程的難易程度有密切關系,最經濟的分孔是使上下部結構的總造價趨于最低。
2.7.3橋梁標高確定
橋道的標高應保證橋下排洪和通航的需要,根據設計洪水水位橋下凈空等需要,結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,就可根據橋頭的地形和線路要求來設計橋梁的縱斷面線形,為了保證橋下流水凈空,主梁底一般應高出設計流水位不小于50cm。
2.7.4橋梁橫斷面確定
橋梁橫斷面的設計,主要是決定橋面的寬度和橋跨結構橫斷面布置,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,使車輛能平穩地通過,從橋本身經濟性和施工方案來說,應盡可能避免橋梁與河流成橋下路線斜交,故該橋應采用正交。
2.8預應力砼T形梁橋
T形橋的特點是:制作簡單,肋內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,從而使結構構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,考慮到起重設備的能力,預制和安裝的方便,一般采用主梁間距在2.0以內的梁式結構,在設計整體式梁橋性,鑒于梁肋尺寸不起重要裝、機具的限制,故可以根據砼體積最小的經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為合理,在每一預制T梁上,通常設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,以期減小構件自重,是目前砼和預應力砼橋梁的發展趨向。因此,為使受拉主筋或預應力筋在梁肋底部較集中地布置,或者為了滿足預加應力的受壓需要,就形成呈馬蹄形的梁肋底部。
故結合該橋實際地質情況及綜上分析得出,設計成預應力砼T形梁橋。之所以放棄預應力砼梁式板橋的選擇是因為它簡支板橋的經濟合理跨徑一般限制在13m～15m以下,預應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結束語
因此,我們在橋梁工程設計中,橋梁存在的隱患是十分關鍵的,必須根據具體的橋梁做具體的工程設計,還應該注意橋梁在建造和使用過程中,一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕,并要承受車輛、風、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,從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。然而,影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上(也即設計上)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驗和做法,除了加強施工質量管理外,要從橋梁設計理念、結構體系和構造的角度做好防患設計。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。
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