公路桥梁钢结构

公路桥梁钢结构（精选12篇）

公路桥梁钢结构 第1篇

关键词：钢结构桥梁,疲劳,设计标准

近年来, 钢结构桥梁在我国应用日益广泛, 随之而来的钢结构桥梁疲劳问题也逐渐严重。桥梁设计人员对结构承载力的认识已经非常充分, 但却对对疲劳荷载作用导致构件或者连接失效没有充分的认识。由于环境侵蚀、车流量过大以及车辆超载等原因造成桥梁坍塌的事件时有发生, 因此桥梁的疲劳破坏日益受到相关部门及研究人员的高度重视。

目前疲劳设计方法主要有三种, 最早出现的是无限寿命设计, 这是一种简化的设计方法, 它要求结构的设计应力低于其疲劳极限应力值;19世纪末Wohler提出S-N曲线 (应力-疲劳寿命曲线) , 它反映了在循环荷载作用下试件疲劳强度与疲劳寿命之间的关系, 根据桥梁设计知道应力幅值S之后, 根据应力-疲劳寿命曲线可以得出疲劳破坏的循环次数N。基于S-N曲线, 又有学者提出了安全寿命设计, 保证构件或者连接在安全使用期限内可以正常使用;20世纪后半叶又出现了以断裂力学为基础的损伤容限设计, 通过估算其剩余寿命来保证其试用期内不会因裂缝扩展而引起破坏。当前世界各国疲劳设计规范多是基于后两种方法, 英国、美国、日本和欧洲的规范有相同的安全判定准则, 并对疲劳强度的等级进行了划分, 而我国规范对疲劳设计规定比较简单。本文对各个国家当前规范中使用的疲劳准则进行总结分析, 并进行对比, 从而作为钢结构公路桥梁研究者进一步研究的参考。

1 疲劳安全设计准则及疲劳荷载模型

1.1 中国钢结构设计规范

各国疲劳设计准则非常相似, 我国钢结构设计规范GB50017-2014规定疲劳计算采用容许应力幅法, 对于常幅疲劳的计算公式为[1]:

其中:Δσ为常幅疲劳的容许应力幅值。

我国钢结构规范疲劳设计采取荷载标准值而不是采用以基于概率的极限状态设计方法。目前我国钢结构设计将结构细部分为8类, 包括:高强度螺栓摩擦型连接、连孔构件、翼缘焊缝、横向加劲肋、横向角焊缝连接和节点板连接[2]。

1.2 欧盟疲劳规范

欧盟疲劳规范[3]包含两类疲劳设计方法, 一类是绝对安全设计, 另一类是损伤容限设计。两种方法计算公式相同但是所取的系数不同。这一公式为:

式中:ΔσR为疲劳强度, γFf和γMf为荷载作用部分因子和符合疲劳强度因子。欧盟疲劳规范引入疲劳荷载和疲劳强度影响因素, 采用了极限状态设计方法。欧盟疲劳规范对构造细部共分为14类, 主要包括螺栓连接、焊接组和构件、受力焊缝等。

1.3 美国国家公路与运输协会标准

美国国家公路与运输协会标准[4]采用安全寿命设计方法, 美国国家公路与运输协会标准中规定了两个疲劳极限设计准则, 第一个是对应常工况的无疲劳设计, 第二是极限工况强度设计。这两种准则由下式表示:

式中:γ为修正系数, Δf为应力幅, (F) n为疲劳应力强度。常工况无疲劳设计时γ=1.5, 疲劳应力强度由S-N曲线得出。应用疲劳设计准则时γ=0.75, 对应的疲劳设计由下式确定:

式中:A为常数, N为循环次数。75年使用寿命的桥梁由下式确定:

其中:ADTT为标准疲劳卡车日流量;P为多车道折减系数;n为卡车轴数。

1.4 英国国家标准

英国国标公路桥采用三级控制, 第一级为疲劳应力上弦控制, S<σH, σH为实际情况疲劳应力强度的上限值, 由规范图表给出。第一级为保守计算, 当第一级计算不满足时, 再进行第二级和第三级的验算。第二级为单量标准车疲劳设计, 考虑多车道上标准车对某一车道产生的应力幅, 再根据S-N曲线得出安全使用年限, 公式如下:

允许应力幅值为:

第三级验算为荷载谱累计损伤疲劳设计。与第二级验算相似, 第三级采用米诺累计损伤公式验算。

2 钢结构桥梁疲劳设计值得探讨的问题

2.1 受复杂应力的钢结构桥梁疲劳验算

结构受单向应力时, 结构的疲劳验算为控制其疲劳应力不大于疲劳容许应力。对于钢结构桥梁, 往往会受到多向应力的作用, 式 (2) 中ΔσE为等效主应力幅度γ·Δ

将式 (2) 中疲劳强度和等效应力幅用受剪疲劳强度和等效剪力幅代替, 得到当剪应力和主应力接近时的疲劳验算准则:

对于受复杂应力的构件或连接, 要同时满足式 (2) 和式 (10) 的要求。

2.2 腐蚀对疲劳破坏的影响

桥梁经常建造在气候环境恶劣的地方, 由于受到外界环境长年累月的侵蚀, 使得桥梁腐蚀会随着时间增长愈加严重, 腐蚀对桥梁安全的影响也越来越大。自然条件下腐蚀对疲劳破坏的影响与实验室模拟有些不同, 自然条件下长时间的疲劳荷载会与腐蚀损伤相互促进, 更加危险。因此有必要进一步进行腐蚀对桥梁疲劳荷载的影响的研究, 以及加强钢结构桥梁的防腐及维修, 提高其使用时间。

2.3 疲劳与断裂

韩国圣水大桥悬挂跨落水事件[5]就是由于桥梁疲劳开裂而没有被发现, 造成最后桥梁断裂。在某些情况下, 裂纹发展到一定程度会自动停止, 尽管继续作用循环荷载, 裂纹也不会继续扩展。计算极限裂纹的尺寸以及裂纹终止的条件是断裂力学近些年所要解决的问题。疲劳破坏的本质就是循环荷载作用下累计损伤的发展。采取措施避免桥梁在循环荷载作用下发生脆性断裂也是前几年的研究热点, 如2005版欧洲规范建议根据断裂力学“无延性转变温度”概念通过选材避免断裂在桥梁中的发生[6]。另外, 根据钢材的特点, 对桥梁材料进行低温冲击试验, 可以有效避免脆断现象发生。

3 结语

钢结构桥梁近年来应用日益广泛, 随之而来疲劳问题也逐渐严重。但我国从事桥梁设计人员对疲劳荷载作用导致构件或连接失效的认识不足。本文首先对各国公路桥梁疲劳设计进行了总结, 然后对比分析中国、欧盟、美国相关规范中的疲劳设计准则和疲劳车模型, 最后提出需要进一步研究复杂受力情况下的钢结构桥梁疲劳与腐蚀相互作, 以及疲劳与断裂的问题。研究成果对我国钢结构桥梁在实际工程中的设计应用提供参考。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.

[2]王斐, 赵君黎, 雷俊卿.公路钢结构桥梁的疲劳设计研究[J].公路, 2007, 10 (10) :17-20.

[3]European Committee for Standardisation.Eurocode3:Design of Steel structures[S].2003.

[4]美国州际公路及运输工作者协会.钢桥疲劳设计指导性规范[S].国外桥梁, 1992.

[5]吴阿明.桥梁钢结构腐蚀与疲劳应力研究[D].西安:长安大学, 2013.

公路桥梁结构设计研究论文 第2篇

关键词:公路桥梁;性能设计理念;框架;原则;性能标准

公路桥梁是一个国家交通运输的主要方式之一，有利于经济发展和社会进步，而其规模水平彰显出国家经济基础和技术能力。自1990年代初至今，关于国内公路桥梁的建造发展迅猛，公路桥梁总数达67万架，比如江阴大桥、苏通大桥等著名特大型桥梁。关于公路桥梁的设计和建造，涉及多门学科，其发展水平依赖于桥梁技术的进步。工程技术制度标准是所有建筑建造的约束规范，其基于的理论系统能投射出建造水平的高低。就力学方面而言，公路桥梁架构设计手段由应力允许设计→磨损阶段设计→极限设计的发展，设计采取的概率分析包括半概率法、近似概率法等，其中建造材料由概率分析得出，而安全系数靠经验判断。最近几年以来，一些经济发达国家逐步展开对基于性能设计理念下的公路桥梁结构设计的研究，来强化交通设施的建造水平。除此之外，这种理念和手段的转变促使基于使用寿命的可持续发展制度规范的构建和完善，为我国桥梁建造技术在世界占据一席之地奠定基础。

1基于性能设计理念下公路桥梁结构设计的标准框架

以性能设计为基础的结构设计是以性能目标为依据，尽量达到该目标的设计总和，也就是基于设计制度规范、稳定的结构、合适的规划，来确保工程各细节设计，监控工程质量与后续维护，保障工程结构在某段使用时间内受到外部压力时，磨损程度低于某个极限状态，结构功能高于标准范围下限，同时还要具备可修护至性能目标的功能。性能设计要考虑使用寿命内各结构的性能标准，同时要求客户和设计者全面掌握，进而选择各设计、施工、维护手段来保证实现预期性能目标。因此，所谓的性能设计理念是指所设计的建筑结构在寿命内、在各外部压力情况下，能始终保持预期的性能目标，具体可表示为以下几点:(1)根据结构功能与客户需求来明确性能标准，也就是所谓的性能目标构建(尽管各需求差异较大，然而需要大于社会或行业的基本标准);(2)选择一定的设计、施工、维护手段来调节性能目标;(3)判断考核各性能指标，确保设计的结构能符合所有的性能目标。以性能设计为基础的结构设计除了保障社会人身安全之外，还需考虑后期磨损引起的成本费用，需最大限度地实现结构设计的预期性能目标，即使用寿命的标准需求，这些是性能结构设计最近几年迅猛发展的关键所在。所以，该结构设计方法需要整个设计过程基于使用功能的实现，并非采取传统设计、建造模式，其是性能结构设计区别于其他传统设计的独有特点。基于性能设计理念的公路桥梁结构设计的标准框架见下图1所示，该层次结构图中的第一层“目的”是结构设计社会层面的目标，也就是性能设计的根本目的;第二层“性能要求”是工程的实际功能需求，也就是按照功能对根本目标进行细分;第三层“性能水准”是功能实现的检验原则和检验标准，有明显的强制性;最后一层“验证方法”是功能实现检验手段。其中符合性能标准的手段被称作实现手段，其不受强制约束，伴随科技的发展成熟，肯定相关技术人员充分有效地运用新成果。除此之外，以性能设计理念为基础的结构设计还涉及多个问题，比如尽管提高了设计的开放自由性，然而极会导致设计人员难以应对突发情况，尚未建立系统的评价体系，工程完工程度受设计者水平高低的影响明显，所以难以检验性能设计的有效性。所以需要建立一定的检验手段体系。总而言之，基于性能设计理念的公路桥梁结构设计可分为明确功能需求、分类性能标准、建立性能目标和检验性能目标等几部分。

2公路桥梁性能设计的根本原则

公路桥梁是社会交通运输的重要设施之一，其设计、施工、维护和广大群众有直接联系，所以其在设计时就要考虑社会因素影响。西方国家对桥梁结构设计要求满足功能性、经济性、美观性的基本原则，这和国内当前安全性、功能性、经济性、美观性的原则是相同的，而基于性能设计理念的结构设计是对当前设计手段的拓展，所以该新型设计方式也要涵盖目前的设计标准和设计原则。另外，还应将桥梁的使用寿命、后期维护、实际建造、可持续发展等纳入考虑范围，也就是需要按照安全、功能、经济、美观、绿色环保等原则进行建造。伴随经济社会的发展，现今公路桥梁结构设计已针对以上原则有一定的补充，提出了“高技术、安全可靠、经济合理、耐久适用”的新原则，同时在其基础上结合桥梁建造的特征制定了有关规定，将其安全性能分为三个级别，具体如表1所示，其分类原理和性能设计目标是类似的。在具体设计时，结构的使用寿命表现为耐久性与经济性。基于公路桥梁的结构复杂、种类繁多的特征，应恰当地限制桥梁整体和零件的使用候命，同时还可结合桥梁归属的道路级别限制其使用寿命。另外，结构适用性是裂缝、易形等情况，在具体设计时以极限状态监控;美观环保要求桥梁的景观价值和可持续发展，和整体结构息息相关。所以，目前的工程制度规范应涵盖性能结构设计的根本原则，方能推动基于性能设计理念的公路桥梁结构设计的完善。

3公路桥梁结构设计的性能标准

结构性能标准是按照功能要求对结构整体目标的细分，公路桥梁结构的设计、建立、保养等应在使用寿命中以最经济适用的手段来达到性能标准:(1)在实际建造过程中，可以解决各突发状况，可运用各组合方法;(2)在投入使用后，维持预期的性能效果;(3)在后续维护保养时，保证一定的耐久适用性;(4)在发生不可预估的龙卷风、高温等突发情况下，结构能维持稳定性，降低损坏程度的严重性，避免结构崩塌。据上述可知公路桥梁的设计原则有安全性、适用性、耐久性和维护性等，按照极限状态设计原理，与之相应的状态是负荷能力极限状态、正常使用极限状态、耐久极限状态与维护极限状态。其中，负荷能力极限状态是用于判断公路桥梁结构安全程度;正常使用极限状态是用于判断实际使用功能;耐久性极限状态是用于检测桥梁使用周期;维护极限状态除了判断突发情况的破坏程度之外，还用于判断后续维修保养得难易性，要结合各判断对象来决定相应的极限状态。

4公路桥梁结构性能目标

以性能为基础的结构设计要求建筑工程在各种压力强度下符合预期的性能目标，也就是在各压力强度下明确对应性能标准，进而明确结构性能目标。就公路桥梁来讲，性能目标的确认应了解其使用情况、功能需求、经济美观性等，要遵循以下两点原则:(1)客户和结构设计者共同确认结构性能目标，保证高于标准范围下限;(2)结构性能指标的确认应结合各性能标准，即最大限度的压力强度、最高的温度等。公路桥梁的性能标准是结构安全系数、后期维护、经济适用水平的检验指标，除了要符合客户需要，还要考虑社会因素影响，比如文化程度、经济水平等。就工程结构荷载而言，公路桥梁的荷载分为自然荷载与社会荷载两种，前者是龙卷风、高温等自然灾害，后者则是汽车负重、船撞等，和社会发展密切相关。由此可见，负重标准应基于社会经济因素来制定各等级，而结构性能目标则由客户与设计者共同确认。事实上，性能结构设计能符合各社会要求，客户按照自身要求提高性能目标标准，进而确保桥梁设计最大限度满足客户的特别需求，值得注意的是，不能小于社会基本标准。在性能目标明确的前提下，结合工程结构的特征来设置对应的评价检验指标，比如检验标准、检验手段，其实性能结构设计的未来发展趋势。关于性能目标的实现和结构的设计建造等，应给予相关技术工作者与公司以自由选择理念和方法的权利。

5结论

总而言之，基于性能的结构设计是未来的发展趋势。目前基于概率分析的极限状态设计就是以性能结构设计为原理，各性能都有可测量指标为判断依据，也就是极限状态设计的改善有关于基于性能的结构设计的发展。因此，基于性能设计理念的公路桥梁极限状态设计已得到充分关注和有效发展，而未来发展的关键在于量化各结构性能指标。针对基于性能设计理念下的公路桥梁结构设计展开研究，一方面促进结构性能理论体系的完善和桥梁技术的成熟，另一方面强化国内工程建设的制度标准，真正推进我国向桥梁强国的发展。

参考文献:

［1］项海帆．世界大桥的未来趋势———2011年伦敦国际桥协会议的启示［A］．第二十届全国桥梁学术会议论文集(上册)［C］，2012．

［2］李国平．关于桥梁基于性能设计的性能指标与性能检验方法的探讨［A］．第二十届全国桥梁学术会议论文集(上册)［C］，2012．

［3］周良，陆元春，李雪峰．钢—混凝土组合桥梁设计若干问题探讨［A］．第二十届全国桥梁学术会议论文集(上册)［C］，2012．

［4］穆祥纯．基于创新理念的现代预应力技术在城市桥梁建设的创新发展［A］．第二十届全国桥梁学术会议论文集(上册)［C］，2012．

［5］郝志伟．桥梁工程安全性与耐久性标准控制［J］．交通世界(运输．车辆)，2015(09)．

［6］李方柯．单线铁路48m简支槽型梁结构设计［J］．铁道建筑技术，2014(01)．

［7］卢朋．预应力槽型梁施工技术研究［J］．安徽建筑，2014(03)．

［8］许爱国．48m槽型梁支架现浇施工技术［J］．科技创业月刊，2012(09)．

谈公路桥梁下部结构设计 第3篇

【关键词】公路桥梁；下部结构；结构形式；设计；问题处理

0.引言

公路桥梁的下部结构是公路桥梁的主体部分，其建设质量的好坏直接关系到公路桥梁的安全性；同时公路桥梁的下部结构也是建设施工的主体部分，施工量比较大，如果能够进行合理的设计和科学的施工，就能够大大的缩减建设施工过程中的经费开支，缩减工期，更利于施工单位的经济效益的提升。此外，公路桥梁的下部结构是地表上的一种建设施工，其外观的整体形象直接关系到人们对于桥梁公路的整体审美评价。

1.桥台结构型式选用

1.1钢筋混凝土薄壁桥台

薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等。这种桥台是由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板构成。挡土墙由前墙和间距为2.5～3.5m的扶壁组成。

1.2轻型桥台

轻型桥台的特点是台身体积较小， 台身为直立的薄壁墙， 台身两侧设有翼墙（用于挡土）， 可以将侧墙做成斜坡。

1.3埋置式桥台

埋置式桥台又可分为肋板式桥台、桩柱式桥台和框架式桥台。因为台身埋在锥形护坡中， 桥台所受的土压力大为减小， 所以桥台的体积也就得到相应减小。

2.桥墩结构型式选用

2.1钢筋混凝土薄壁墩

它主要有单肢和双肢两种形式。单肢的设计比较简单，材料使用也相对较少，主要应有与地质条件相对较差的桥梁结构；而双肢结构主要适用于城市的立交桥建设施工。

2.2重力式桥墩

该种桥墩主要利用自身的重量来平衡外界对它的影响，该桥墩在施工中建议选用天然的石材节约成本，保证桥墩的自身重量。

3.下部结构内力计算

为了保证桥梁结构的安全，整个工程的计算工作主要集中于下部结构，故下部结构内力计算方法的选用是否正确，考虑因素是否全面，直接关系到工程的安危，为此做以下几点分析。

3.1墩台盖梁内力计算

常用的计算方式，首先按照图纸的设计对各个横截面的受力点进行分析，在根据不同受力点的受力数据进行数学公式计算，最终确定相应的内力变化范围。而最近人们则采用一种更加便捷的计算方式，该方式主要是将原有的计算模式进行简化，按活载直接作用于由墩台简化成的连续梁上进行计算。

3.2桥墩内力计算

桥墩在使用的过程中受到外界力量的不断挤压必然会发生不同程度的变型，这种变型是缓慢的，但是如果不对其受力变型进行事前分析和处理，可能造成桥梁的坍塌事故。桥墩内力计算具有特定的标准和流程，需要按照规定进行计算。

3.3桥台内力计算

桥墩的结构比较密实，因此压力计算比较稳定，相比较而言，桥台的内力计算更加困难，环节也比较多，下面将对其进行具体的分析和介绍：

3.3.1钢筋混凝土薄壁台土压力计算

软土地基的稳定性较差，是施工中的难点，因此测量出其压力数值成为一个核心的工作，软土地基的钢筋混凝土薄壁台的压力计算具体的应该由以下几个方面：

3.3.2埋置式桥台土压力计算

土压力的系数值通常是参考施工前的地质条件，而在建设施工的过程中，会出现地基的浇筑以及渗水等情况，这样土压力的数值会受到影响，施工的安全性会降低，为了防止在建设的过程中出现坍塌，同时也为了保障桥梁的基本质量，应该注意以下几点的改良：

a）通过提高桥梁的长度来减少桥台的高度，这样高度的降低就会减少土地受到的压力，桥墩的稳定性随之加强。

b）从物理学的角度分析，加大压力的受力面积从而减少压力的数值。通常采用铺设竹筏等材料的办法扩大面积，这种施工方式还能够有效的节约经济成本。

c）减轻台背荷载法，该种方法最为简单，选用质量较轻的施工材料，或者是在内部填充空箱，以此来减轻桥台的压力。

d）平衡压重填土法，先在台前填土压重，然后再进行台背填土。

3.3.3地震土压力计算

地震土压力随着桥梁等级的提高而加大，计算时不考虑活载作用。通洋高速公路大部分路段地震烈度为Ⅶ，地震组合力对桥台影响不如对桥墩的影响大。

3.3.4搭板对土压力影响

设置搭板的桥台应考虑搭板作用后活载土压力改变对桥台有利的影响。

3.3.5桥头路基沉降、滑动验算

桥头路基沉降、滑动危害。

受到地质条件的潜在影响，以及当地资源矿产开发等因素的影响，桥头的路基可能出现沉降，一旦发生沉降，桥梁和公路的结合处就成为了事故的高发地段，为此，出去不可预计的客观因素之外，要对主观因素带来的桥头路基沉降问题防患于未然，具体做到以下几点：

a）提高材料的质量，引进优良材料，杜绝不合格的材料流入进施工现场。

b）在桥头的路基缝隙中填补大量的木屑和碎石等，加大路基的密度，提高其稳定性的同时也就降低了滑动的危害。

c）超载预压法。简言之就是在投入使用之前运用超出桥梁和公路本身的适当承载压力，强行使路基发生沉降，这样能够减少后期的沉降，也可以便利于在施工的过程中对发生的沉降进行弥补。

d）塑料排水板法。该种施工方式的实际效果最明显，同时还能够有效的缩短工期，同时施工的经济费用开支小，是比较常用的一种方式。

根据建设施工的差异性，施工方可以与设计人员共同参与设计，根据施工的实际情况，优先选择节约经费开支、实用的处理方式。当然还有其他的处理办法，未来人们也可以根据需要研发新的方式方法。

4.施工中下部结构技术问题的处理

4.1桩长变更

桥梁的设计图纸很大一部分是参考原有地质数据而设计的，但是地质数据也存在不稳定性和不确定性，在施工的过程中难免会遇到岩石层，桥桩无法正常施工，此时需要加长原有的桥桩。对此施工单位不能擅自更改，需要與设计人员和技术人员共同分析，确定确实需要加长原有桥桩长度的，必须进行明确的记录，并制定实施的方案。

4.2断桩处理

桥梁下部结构的一个突出隐患就是断桩，断桩具有十分高的安全隐患，同时还能够造成桥梁的整体损毁，其经济损失也是不可估量的。目前采用的混凝土建筑材料的桥墩其底层断桩的情况较少发生，中层断桩是比较常见的问题，对于此，应该在施工中加强管理混凝土的配比和搅拌，即时监控测量，发现问题及时解决掉。

4.3横系梁、承台功能讨论横系梁顾名思义是横在公路桥梁下部结构的一种设计，该设计主要是针对桥墩较高的情况而设计的。桥墩较高的桥梁它的稳定性就会相对的降低，而横系梁的施工就是提升其稳定性。通常来说，横系梁在必须施工的时候需要建在水位之上，因为水位下的横系梁对建筑材料的要求相对较高，经济费用投入较大。当然，对于一些桥墩不高的桥梁而言可以不使用横系梁。

5.结束语

综上所述，公路桥梁的下部结构是公路桥梁建设施工的核心，既影响公路桥梁施工的经济费用又影响公路桥梁建设施工的外观，因此必须切实的提高设计人员的设计能力和施工人员的施工水平。设计人员不仅对桥梁公路的设计具有专业的评判能力，同时还要具备一定的美学基础和地质学基础，而设计施工人员则要具备一定的施工经验。只有这样才能提高公路桥梁的下部结构的施工水平，更好的服务于社会和人民。 [科]

【参考文献】

[1]JTG/TB02-01-2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

[2]马尔立.公路桥梁墩台设计与施工[M].北京：人民交通出版，2003.

[3]丁志清.桥梁下部结构事故分析及防治措施.科技资讯，2010.

公路桥梁钢结构 第4篇

综合不同桥梁钢结构表面涂装设计的使用环境和使用条件, 可以确定以下几项涂装设计原则:选择材料时应充分考虑到城市的大气腐蚀程度和污染程度, 并尽量选择耐大气腐蚀和耐污染的优质防护涂料, 从而延长钢结构材料的使用寿命;通常情况下, 钢结构涂层具有长达20a的耐久性能;选择涂装材料和选择涂装方案时, 应确保其能够满足桥梁整体建筑对美观性的要求;选择涂料或进行涂装设计方案制定时要尽量降低成本, 以保证涂装工程的经济性。

2 钢结构涂装设计

钢结构防腐涂装体系主要是由底层、封闭层、中间层、面层4个大的体系综合而成的综合防腐体系。因为无论何种材料都不具备隔离、抗紫外线、阴极保护等多重功能, 因此要想保护好桥梁上的钢结构, 就应当了解不同防腐材料的作用, 并将其互相组合使用, 从而将钢结构涂装的防腐效果提到最高。

2.1 防腐涂装底层

防腐涂装底层是和钢铁直接接触的涂装材料, 因此在涂装材料选材时应确保涂料能够起到钝化腐蚀和阴极保护的作用, 即当涂有防腐底层的钢铁暴露在腐蚀介质中后, 钢铁可以不被腐蚀介质腐蚀。实际施工中有以下几种涂层材料的选择:

(1) 热浸镀锌, 常用厚度为80~100μm, 涂层和钢之间几乎没有结合力。 (2) 热喷涂锌, 常用厚度为100~300μm, 涂层和钢之间的结合力为6~8MPa。 (3) 热喷涂铝, 常用厚度为100~300μm, 涂层和钢之间的结合力为10~17MPa。 (4) 环氧富锌, 常用厚度≤80μm, 涂层和钢之间的结合力为2~3MPa。 (5) 无机富锌, 常用厚度≤80μm, 涂层和钢之间的结合力为4~5MPa。 (6) 水性富锌, 常用厚度≤80μm, 涂层和钢之间的结合力为2~3MPa。

2.2 封闭涂层和中间涂层

2.2.1 封闭涂层具有以下几种功用

2.2.1. 1 封闭作用

当在钢板上涂上封闭涂层后, 即使钢板直接暴露在腐蚀环境中, 因为钢板底层空隙已经被封闭住, 因此能够降低腐蚀介质对钢板的腐蚀速率, 降低底层钢板的电化学腐蚀速率。

2.2.1. 2 隔离作用

封闭涂层的涂料能够有效防止外部防腐介质进入到钢板底层内部, 同时增加面漆的附着力并延缓钢板电化学腐蚀时间, 让钢板获得更高的腐蚀寿命。

封闭涂层要求涂料粘度低至能够很好的渗透到底层涂料的空隙中。通常情况下, 封闭涂层的涂料是中间涂料通过稀释剂稀释而成的, 实际施工中常用的封闭涂料主要有环氧云铁、环氧铁红等。

2.2.2 中间涂层

中间涂层能够在底层和面层之间起到承接作用, 在图层方案中添入中间涂层能够增加涂装图层厚度, 是防腐涂装体系中的重要部分。

2.3 面层

面层涂料能够保护底层和中间层的涂料, 同时延缓底层发聚氨酯两大类底层涂料。

3 涂装施工技术的要求

3.1 涂装前准备

在进行涂装工作前, 应将以下几项准备工作做好:了解所选择涂料的性能、具体使用方法和施工工艺;做好材料准备工作, 确保产品能够符合实际施工的要求;根据实际施工制定最合理的涂装设计方案, 同时让专业人员依据涂装设计方案进行涂料配制并准确记录配料的详细过程。

3.2 涂装施工的环境要求

涂装施工的环境要求包括:

3.2.1 环境湿度的要求

因为涂装工作为户外工作, 因此在施工中应考虑到外界环境的湿度, 实际施工中应尽量在相对湿度低的时间段进行涂装施工。需要注意的是, 雨天前后均不能进行涂装施工, 只有等到预后施工基材完全干燥后才能够进行施工, 施工后应保证接受施工的部位在24h内不会淋雨。

3.2.2 环境温度的要求

施工环境温度以10~30℃为最佳。同时在施工过程中应保证空气的流通度, 同时施工中应尽量减少空气中的粉尘量。

3.3 具体的涂装施工方法

目前实际施工中常用的涂装方法主要有滚涂法、喷涂法和刷涂法, 其中喷涂法的喷涂速度最快。因为桥梁喷涂作业为户外作业, 不仅喷涂面积大且喷涂面落差大, 所以在实际施工中应结合实际施工的特点选择最适合的喷涂方法。

3.4 喷涂施工后的土层保护

土层保护分为干燥前和干燥后两个阶段。土层干燥前的土层保护至关重要, 若土层干燥前遭受雨水冲击或含粉尘较大的风的冲刷就会造成涂料成膜不充分。所以涂料前应能够充分注意天气的变化, 以减少天气对土层的影响。土层干燥后, 天气变化对涂层所形成的保护膜的影响相对较小, 此时人为因素对保护膜的影响更大一些, 若不能做好保护措施, 会在涂层上形成划痕。因此即使喷涂涂层干燥了, 也应当做好涂层的保护工作, 在靠近人为活动的结构区域, 应当用围篱将人的活动区域和涂层隔开, 从而将人为因素对土层的影响降至最低。

4 结语

本文结合实际施工中的问题对钢结构表面的涂装设计进行了简单介绍。随着桥梁结构涂装技术应用的推广, 将有更多的新技术、新产品、新工艺被应用到桥梁钢结构表面涂装上。而作为涂装设计的专业部门, 其所能做的就是不断总结过去的施工经验, 同时不断学习新的涂装知识, 确保涂装技术能够进一步延长桥梁结构的使用寿命。

参考文献

[1]孙慧.景观桥梁钢结构表面涂装设计与施工[J].交通标准化, 2012 (4) .

砌体结构、木结构和桥梁设计总结 第5篇

砌体结构

1、砌体强度计算应注意各表对应下的强度调整（注意轻骨料混凝土砌块分为煤矸石和水泥以及火山渣、浮石和陶粒轻骨料混凝土，对应的强度表不同）；对于灌孔混凝土砌体，应注意混凝土的灌孔率（0.33）、最终砌体强度（不应大于未灌孔的2 倍）、灌孔混凝土不应低于C20，且不小于块体强度的2 倍；砌体强度的调整（吊车房屋下的大跨度梁下砌体、受压截面面积、水泥砂浆、施工质量、施工工况（验算施工时））；弯曲抗拉强度注意砌体沿齿缝还是沿通缝破坏，对应的强度指标不一致。注意强度调整顺序：先表中的注解，水泥砂浆、公式（灌孔）、截面积。注意砌体柱作为独立柱的强度系数的修正（0.7）。施工质量为A 级时，也可采用B 级的结果进行计算。

2、砌体结构作为一个刚体，需要验算整体稳定性时，对起有利作用的永久荷载其分项系数取0.8；

3、砌体结构中的刚性方案与弹性方案在静力计算中，前者假定屋盖水平荷载由横墙传递给基础，墙后墙的受力为独自受荷；而在弹性方案中，则由迎风墙、屋盖和背风墙共同受力，屋盖受到的水平荷载（包括迎风墙和背风墙假定在刚性方案下得到的墙顶集中力及屋盖本身受到的风荷载产生的集中力）根据迎风墙和背风墙的侧移刚度分配到迎风墙和背风墙的墙顶上，而对于刚弹性方案则将上述集中力乘以空间修正系数按迎风墙和背风墙的侧移刚度分配到迎风墙和背风墙的墙顶上。荷载的计算及计算方案的确定应按分层进行考虑；（在竖向荷载作用下，上截面由于偏心引起的 弯矩传递一半到根部，主要是由于上部水平位移受到限制引起的，见P733）；对于在刚性方案下，跨度大于9.米的梁，应考虑作为简支计算（作用点不在墙的中心引起的）和假定作为固端得到弯矩乘以修正系数得到的最终弯矩两者中的最大值。

4、无筋砌体承载力计算：计算高度的确定（有吊车和无吊车、H 的确定，对于有吊车结构，当荷载组合不考虑吊车荷载作用时，变截面柱的上部仍采用有吊车部分，而下部则采用无吊车得到的H0（此时的高度注意因为房屋的整体高度H 而非Hl）乘以修正系数）；对于轴心受压计算，稳定系数中的高厚比高度计算与计算高度计算的方向（排架和垂直排架方向）无关，直接取最小截面的边长（从T 型截面的验算可验证）；砌体承载验算不考虑墙体两侧抹灰的作用。

5、局压计算：注意局部抗压提高系数的不同图形的上限值，刚性垫块在壁柱上的构造要求（应先验算厚度和外挑长度）以及计算面积的选取仅限在壁柱范围内（稳定系数的计算，其中偏心距应考虑上部传递来的荷载及梁传过来的荷载，对垫板中心的偏心），注意垫梁的适用范围（长度应大于pi*h0），应与垫块区分；同时注意无刚性垫块时，梁端支撑在壁柱范围内时，如果有效支撑长度伸入翼缘部分时，局部受压面积A0 应考虑翼缘部分，如果没有伸入翼缘部分，则仅考虑壁柱范围内面积，而不考虑翼缘部分（见P781）。基础砂浆一般采用水泥砂浆，且最小强度为M5。对于有窗间墙时，注意局部受压面积不应超过窗间墙面积；上部荷载传递窗间墙时，应考虑整个壁柱部分面积。

6、过梁计算：荷载由梁板荷载（分清何种情况下不计入）和墙体荷载（对砖砌体和混凝土砌块砌体分别考虑不同计算高度下的墙体自重）组成，对 钢筋砖过梁应注意过梁截面高度的确定（由考不考虑梁板传来荷载决定）；过梁的支撑部位局部抗压计算不需考虑上部荷载的影响。砖砌过梁跨度取净跨，混凝土过梁跨度取1.05ln 和ln+a 的较小值。

7、墙梁的计算：墙梁的构造要求，墙梁的计算模式（跨度、墙体计算高度、墙梁跨中截面计算高度、翼墙计算宽度、框架柱的计算高度，各截面的尺寸取值见规范中的图7.3.3），墙梁的荷载分使用阶段（承重墙梁、自承重墙梁）和施工阶段（托梁自重及本层楼盖的恒荷载，本层楼盖的施工荷载，墙体自重）；墙梁的计算包括托梁的跨中、支座计算、墙体的受剪和局压计算；托梁弯矩采用计算跨度，剪力计算采用净跨；托梁跨中正截面承载力计算应注意自承重墙（即区分自承重墙梁和承重墙梁）的修正以及公式中的限值条件；

8、挑梁的计算：抗倾覆荷载的计算（荷载应为恒载标准值，荷载的计算范围注意门洞的影响），而对于倾覆荷载，应注意采用4.1.6 中的公式，仅考虑可变荷载起控制，且其他可变荷载不乘组合值系数，对于楼盖悬挑梁部分的荷载，按照悬挑梁倾覆点进行分界计算抗倾覆荷载和倾覆荷载，而墙体荷载直接作为抗倾覆荷载；挑梁的弯矩计算应以倾覆点为支座点，而剪力以墙体的外边缘进行计算；对于顶层挑梁，倾覆点在墙体支撑点外边缘。注意对挑梁下有构造柱时，抗倾覆点应取0.5x0。

9、配筋砖砌体：注意钢筋的抗拉强度设计值不应超过320MPa，配筋率有上下限要求。

10、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层的组合砌体构件：砌体强度在截面上的修正按配筋体进行修正（即小于0.2m2），面积仅取砌体部分（不 含钢筋混凝土面层或配筋砂浆面层），高厚比的厚度取包含面层的最小截面。砖砌块和钢筋混凝土构造柱组成的砌体强度计算，注意强度提高系数。

11、配筋砌块砌体，注意计算高度取层高；主要包括偏心受压计算和斜截面受剪计算，类似于钢筋混凝土墙的计算；

12、砌体抗震设计时选取从属面积较大的和竖向应力较小的墙段进行计算；砌体侧向抗震力的分配按照墙体的有效侧向刚度比（按照墙体的高窟比进行计算，主要包括剪切变形和弯曲变形两大部分）进行分配，对于底层框架结构，混凝土框架柱不折减，混凝土抗震墙折减系数为0.3，砌体抗震墙可乘以折减系数0.2；墙梁的抗震计算应注意弯矩系数和剪力系数的调整；

13、砌体的高厚比验算：主要含墙、带壁筑墙、带构造柱墙、碧柱间墙或构造柱间墙，计算时注意门洞、自承重墙的修正。

14、砌体的刚度计算：有侧移无转动和有侧移有转动；墙体的高宽比；弯曲变形和剪切变形（高宽比小于1 时可仅算剪切变形，大于4 时刚度可不考虑，大于1 小于4 两个都要考虑），刚度的串并联，小开口墙（洞口面积与墙段毛截面面积之比，洞口高度大于层高50%时，按门洞对待）的影响（见P1411 厚）； 木结构部分

1、木结构强度和弹模的调整：恒载条件（超过80%，就应以总荷载（恒荷载和可变荷载分别占控制作用的最大值）和仅按恒载两种工况分别验算，同时注意恒载对强度和弹模的折减）、使用年限，原木（对强度和弹模都提高），矩形截面短边尺寸（提高10%），湿材（降低10%）；注意对 于设计使用年限的调整，不仅对强度部分即承载力计算进行调整，还得考虑对荷载设计值进行调整。注意对于稳定计算不应考虑缺口的影响，应采用全截面。

2、轴心受拉计算，净截面面积应扣除分布在150mm 长度上的缺孔投影面积；轴心受压计算，构件计算长度、构件长细比，稳定计算和强度计算对应的计算面积，以及螺栓孔不作为缺口。

3、注意原木的计算，直径变化率一般取9mm/m 或实际情况，验算挠度和稳定时，可取构件的中央截面，验算抗弯强度时，可取最大弯矩处对应的截面，标注原木直径时，应以小头为准；强度验算应以最小头和有缺陷孔进行计算。原木的惯性矩为1/64*pi*d4。

4、注意木结构偏心受拉计算与混凝土结构、钢结构的不同；类似于钢结构的螺栓连接计算。

5、木结构的连接计算：单齿和双齿构造要求，截面要求；齿计算包括木材承压和受剪计算，剪面长度单齿计算值不应超过8hc 齿深；双齿承压面计算取两个承压面的面积，受剪计算取第二个齿对应的剪面长度，且不应超过10hc 齿深；对于采用湿材制作时，剪面长度取值应比计算值加长50mm，即在验算时应扣除50mm 作为剪面长度进行计算；采用齿连接，在节点部位应采用保险螺栓作为安全储备，对于单齿，保险螺栓计算时强度设计值乘以1.25 调整系数，而对双齿，采用两个保险螺栓，但不考虑强度调整系数，注意齿连接承压面面积的计算（通过几何图形求解）和抗剪力的计算。

6、螺栓和钉连接：构造布置要求（构件厚度和排列最小间距），承载计算注意单剪和双剪，规范公式中承载力为单个剪面，钢夹板承载力计算系数取对应螺栓和钉的最大值，采用湿材连接时，螺栓连接的计算系数不应大于6.7；在连接计算中应注意湿材的修正，在单剪连接计算中，如果厚板厚度不满足最低要求时，应对单剪螺栓承载力给予限制，不应大于0.3cd a2fc。

7、木结构钢构件的计算应按钢结构设计规范，其强度设计值应乘以0.85 调整系数，其它按钢结构设计规范进行，垫板的计算包括截面（承压计算，尤其注意斜纹承压计算）和厚度（钢板的抗弯）。桥梁部分

1、汽车荷载分为车道荷载和车辆荷载，整体计算采用车道荷载，局部计算（含涵洞、桥台和挡土墙土压力等）采用车辆荷载，两者不叠加，对于车道荷载由均布荷载（满布）和集中荷载（仅作用于影响线最大处，且在计算剪力效应时，应乘以1.2 系数）组成。公路二级取车道荷载的0.75 倍；车道荷载的横向分布系数采用车辆荷载进行计算。同时注意设计车道数对荷载的横向折减和计算跨径对荷载的纵向折减。

2、汽车荷载应考虑冲击力，与结构的自振频率有关，而对汽车局部加载及在T 梁、箱梁悬臂板上的冲击系数可乘1.3。再极限承载能力计算中考虑冲击力，而在抗裂计算、裂缝宽度、变形计算中不需要考虑汽车的冲击荷载。

3、汽车离心力（车辆荷载标准值乘以离心力系数C），温度影响力（计算圬工拱圈考虑徐变引起的温差效应时，温差效应应乘以0.7 的折减系数。

4、汽车制动力：按同向行驶的汽车荷载计算，并应注意加载车度进行纵向折减，按设计车道进行计算，先求取一个车道的制动力（注意公路1 级和2 级的最小限值），同向行驶双车道为单车道的2 倍，三车道为2.34 倍，四车道为2.68 倍。

5、偶然作用：地震作用、船只或漂流物撞击力、汽车撞击力（车辆行驶方向1000kN，垂直方向500 kN）。

6、荷载组合：基本组合含汽车冲击荷载，注意当离心力与制动力同时考虑时，制动力标准值或设计值按70%采用。正常使用极限状态效应组合（不计冲击力），短期效应组合和长期效应组合，注意可变荷载的组合值系数不一样，注意标准组合的不同之处。

7、桥面板内跨中荷载的计算应注意恒荷载不得遗漏，支点弯矩和跨中弯矩的求解公式。同时注意车轮着地尺寸以及荷载分布宽度、长度的计算。对于悬挑板，计算跨度可取汽车车轮着地尺寸外边缘到梁根部的距离。当两个车轮有重叠时，内力计算时应取两个车轮的荷载。车轮中心离人行道边缘最小距离为0.5m。

8、钢筋混凝土主梁荷载的计算，求解主梁的最不利荷载横向分布系数，应用主梁的内力影响线，将荷载乘以横向分布系数后，在纵向的内力影响线上按最不利荷载进行加载，对于跨中截面，可近似取横向荷载分布系数沿纵向不变，对于支座截面的剪力计算，需要考虑横向荷载分布系数沿纵向的变化。注意车道荷载的均布荷载单位为kN/m，即在进行荷载计算时，车道荷载是按照车道进行布置的，采用车道数乘以车道荷载再与车道荷载折减系数相乘即可。对于箱型梁桥面，荷载的横向分布系数即为车道数。

9、桥梁计算挠度值按荷载的短期效应组合，即汽车荷载应考虑频遇系数为0.7，人群荷载频遇系数为1.0；注意与标准组合的区别。

10、汽车制动力的计算：仅考虑一个方向多个车道形成的荷载。桥梁的内力组合；并注意最小限值的要求。

11、桥墩计算：偏心（基本组合、偶然组合）；砌体与混凝土偏心受压构件计算；

12、盖梁计算：盖梁跨度（lc 和1.15ln 两者较小值），单柱式墩台盖梁，汽车横桥向非对称布置，横向分配系数采用偏心压力法，而双柱式墩台盖梁，汽车横桥向对称布置，横向分配系数采用杠杆原理法；

13、柔性墩计算：柱和墩的刚度计算，为串联；汽车制动力引起各柱的荷载分配按照各墩柱串联后刚度进行分配，14、梁的温度变形引起的水平力计算，求各墩柱的串联后刚度，再根据刚度求温度中心，进而求出各墩台顶部的水平位移，进而求出各墩台的水平力。

公路桥梁钢结构 第6篇

建立桥梁钢结构制造工时定额的必要性

1.应对桥梁类型变化的需要

随着桥梁设计日益现代化，桥梁的结构形式千差万别，外观和内在质量上都提出了更高的要求，桥梁用材料、制作加工技术也在变化，而国家、行业在劳动定额管理方面没有现成的桥梁钢结构标准可用，所以根据桥梁钢结构的产品特点建立工时定额很有必要，而且还应标准化。

2.采用新设备、新工艺技术发展的需要

随着科技的发展，新的加工设备不断出现，制作工艺技术也在不断革新；如：以前以火焰自动切割为主，现在有等离子切割机、激光切割机；以前由人工手摇压制反变形焊接胎架改为自动液压反变形焊接胎架等，施工工效在提高，所以根据新设备、新工艺发展适时地制定定额并形成标准很有必要。

3.提高定额管理工作质量、保护和激发工人生产积极性

定额工时的查定是一项技术性较强的工作，也是一项非常细致、复杂的工作，定额工时更直接关系到生产工人的经济利益。既要控制生产工费成本，又要保障生产工人的经济收入，保护和激发他们的劳动热情，科学合理地建立劳动定额标准就显得尤为重要。

4.提高定额人员自身业务素质的需要

“工欲善其事，必先利其器”，制作工时定额标准作为定额员的工作工具，它能提高工时查定效率和质量，是定额员工作业务自身提高的需要。定额测定和管理工作是兼具自然科学和社会科学的特征，它对定额人员的专业技术和思想品质要求很高。要求定额人员不仅要懂得生产工艺技术还要懂得组织管理，还要有优良的思想品质，通过建立和应用工时定额标准，让定额人员在实践中学习和提高业务技能，满足企业的需要。

建立桥梁钢结构制造工时定额标准的目标和路径

作为一项定额并形成标准，首先应达到科学合理性、实用性、可操作性的目标。那么在实际的建立过程中要做到四个方面：一是参照依据可靠，二是采集数据真实可信、三是标准化内容可行、四是标准可应用程度高。为达到目标，主要按以下路径进行标准设计。

1.以原“钢质船体制造工时定额标准”为原形

因造船行业专业化程度高，实行标准化较早，国家行业部门在上世纪80年代末制定了“钢质船体制造工时定额标准”。在上世纪90年代中期从第一座钢箱梁桥“西陵桥”开始，就对钢箱梁桥节段制造工时定额进行了初步的探索，收集了第一批原始资料，经比较确认钢箱梁与船体的钢结构制造相似程度高，因而在造船标准的基础上选择性的应用，制定适用于钢箱梁桥制造的工时标准；在以后的同类型产品制造中，逐步积累工时定额制定的经验，制定了：“钢箱梁节段制造工时定额标准”；通过了几年的工作实践，应用中逐步修改、完善。由于是在国标的基础上制定的，可信度较高。

2.按结构类型进行定额标准分类并切合生产实际

为使制定的标准内容覆盖到整个的工序过程，标准水平能够与实际的生产效率相适应，进行大面积的劳动工时测定和写实观察，将收集的写实资料加以分析整理，从制造的各种类型钢结构桥中，分析工时制定和完成情况，按工艺流程的工序制定工时标准，又将“钢箱拱”“钢管拱”纳入了标准化的制定范围。从标准内容上按钢箱梁、钢箱拱、钢管拱桥钢结构分类分别编制相应的工时定额标准。

3.标准编排形式和内容通俗易懂，可操作性强

标准编排形式和内容上采用定额人员工作中比较熟悉的、常规的表现形式，按具体生产工序以表格加说明为主的表现形式，初具工程管理知识的非定额员和其它相关人员也能看懂。这样能使定额人员工作具有延续性，业务熟练程度会加强，其它人员也能一一对应比较查看，发现问题及时反映，能让标准有一个逐步完善的空间。

编制“桥梁钢结构制造工时定额标准”的方法

因钢结构千变万化，标准是不可能完全覆盖的，所以从实际工作需要出发，将比较成熟的较有把握的先确定下来，然后再进一步扩大范围，积累资料。根据施工工艺流程进行系统的编制，再将具体数据科学认证，确认某工序工时标准的制定。 具体做法是：

1.采用标准借鉴法：将国家以前发布的劳动定额方面的标准作为参照，再结合具体生产现状进行。例如：半自动气割、拼板、冷加工、焊接等，就是将现有的设备参数结合施工工艺以原船用标准作为依据重新制定。2.采用施工现场测时、写时法：过去没有数据积累和依据的情况下，通过施工现场测时、写实，收集原始资料后进行分析整理的一种方法。 3.统计分析法：根据过去已制作过的同类型产品或相同的零件、工序的实动工时或产量的统计资料，在整理和分析的基础上，结合生产技术组织措施，确定劳动定额的方法。 4.比较类推法：又称比较定额法或典型定额法。它是以现有的产品定额资料作依据，经过对比分析，推算出另一种产品、零件或工序定额的方法。

结 论

通过建立桥梁钢结构制造工时定额标准，填补了这一行业制造工时定额的空缺，實现了科学合理性、实用性、可操作性的目标，使定额人员和相关部门有定额工时标准作为工作指导；在工作使用中具有统一性，提高工时查定效率，避免工时查定过程中的盲目性；相配套制定并使用标准，使工时标准更符合生产的实际。

公路桥梁钢结构 第7篇

钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构, 而所谓的钢结构工程主要就是以钢材制作为主的结构, 在所有的建筑结构中它是最主要的类型之一, 同时也是现代建筑工程中最为普遍的结构形式。超高、超重建筑物中的钢结构的应用主要是利用了它的高强度、自重轻、刚度大这些特点;而一般的工程力学中的钢结构则主要是利用了钢结构的材质匀质性和各向同性好;在一些机械化程度比较高的生产过程中则是由于钢结构较强的塑性和韧性, 它有着较大的变形能力, 并且能够很好的承受动力的荷载。钢结构凭借这些独特的特性为高速公路桥梁建设贡献出了很大的力量。

钢结构与普通的钢筋混凝土结构相比, 有着匀质、高强、施工速度快、抗震性能好以及比较高的回收率等这些优越的特性, 并且它比普通的石砖的强度更强还有着超好的弹性, 综合这些方面的考虑, 如果在同样的负载的情况下, 钢结构的质量更加的轻, 运输起来也比较的方便和省力。除此之外, 由钢结构建造的桥梁在发生危险之前, 钢结构就会首先产生一定的变形, 能够更好的引起桥梁监管人员的注意, 能够很好的避免事故灾害的发生, 这在一定程度上也很好的保障了人们的人身安全和财产安全。

但是钢结构件也有着很多的缺点, 例如钢结构易腐蚀、不耐火、容易断裂以及相对其他的材料来说, 它的价格比较昂贵。因此, 在高速公路桥梁建设中钢结构的应用一定要克服这些缺点, 使其更好的为我国的桥梁的设计做贡献。

2 钢结构施工工艺及要求

2.1 加强施工的复核测量和图纸的设计工作

在高速公路桥梁的施工建设过程中, 由于各个方面因素的影响很容易导致钢结构件在尺寸上存在着一定的误差, 造成这种现象的原因主要有两个:一是设计本身的原因, 在进行尺寸设计的过程中, 设计的尺寸经常会发生变化, 并且桥梁的各种圆曲线和竖曲线的结构位置在实际的建设过程中都会发生变化;另一方面就是发生在施工的过程中, 在施工的过程中由于每一个施工人员自身的问题, 测量方法的不同都会导致不同的测量误差存在, 施工的图纸设计和标准的施工设计图也会存在着很大的误差, 因此在桥梁的建设中不能直接按照设计图纸来进行工作, 设计图纸在使用之前必须经过专业的技术人员进行复核和转换深化, 将复杂的设计图分开来看, 可以简单的分为结构施工图和零部件的加工设计图纸等。针对不同的方面进行比较和校正, 这种方法的运用在一定程度上节省了时间, 并且还减轻了施工人员的压力, 让他们能够合理的分工, 方便各自更好的完成自己的工作。在施工之前除了要严格图纸设计的工作外, 还要对高速公路桥梁施工的各种数据进行复核测量, 对所需要的数据要进行反复的测量, 以保障数据的准确性, 只有

2.2 钢结构的制作要求

高速桥梁钢结构的安装之前一定要严格按照深化后的设计图纸和施工方案进行详细的了解, 只有很好的掌握了施工的各项要求才能够制作出更好的钢结构, 也才能够更好的保障桥梁的质量和安全问题。

在对钢结构的安装过程中, 要特别注意焊接工作。钢结构的焊接过程要符合焊接工艺的评定工作, 符合国家的各项焊接工艺要求。要严格按照焊接的一般顺序进行, 首先是焊接之前的检查, 检查各个坡口的角度、间隙及错口量, 坡口内和两侧的锈迹和锈斑一定要情理干净, 接下来就是预热工作, 要用气焊或者特质烤枪进行均匀的加热的工作, 并且要用测温计进行温度的测量, 防止温度过高或过低而导致氧化现象的产生, 再然后就是安装焊垫板以及引弧板, 它们表面的清洁程度一定要与坡口表面相同, 应该使两者能够很好的贴合在一起。再接下来就是焊接工作, 第一层焊道是最关键的工作, 它应该封住坡口内母材与垫板的连接处, 然后再进行逐层的焊接。最后的工作就是检验, 对焊接完成的每一个焊接点都要进行严格的审查和检修, 如果出现焊接缺陷应该及时磨去并进行相应的修补工作。

2.3 钢结构的控制要点

施工过程中的钢结构的控制要点主要取决于桥梁本身的结构特点, 一定要达到设计中的精确度, 它需要进行一个复杂的施工过程, 施工前期的每一个施工过程都会直接影响到桥梁的整体的结果和安全问题, 并且施工过程中的每一个环节都要进行严格的检测和保护工作, 对将要施工的阶段状态及施工参数的准确预报, 严格把握桥梁工程的质量问题。

3 钢结构在高速公路桥梁应用中的一些注意事项

钢结构在高速公路桥梁的应用过程中要特别注意钢结构的防火、防腐蚀的工作, 因为钢结构的最大的缺点就是易腐蚀、不耐火。钢结构的表面都要进行喷涂防腐漆, 在喷涂防腐漆之前要将钢结构表面清理干净从而更好的保障漆料的喷涂。除了喷涂防腐材料外还要注意喷涂防火材料, 防火材料要达到国家的防火要求, 还要注意裸露在外的钢结构与深埋地下的钢结构的防腐和防火材料的使用要根据各自的需要进行选涂, 不能够滥用同一种涂料。在钢结构的安装使用过程中, 要严格按照国家的相关规定, 严格要求钢结构吧在高速公路桥梁建设中的规定, 保障桥梁工程的质量避免安全事故的发生。

摘要：在这高速发展的现代社会, 我国的建筑事业也有了很大的发展趋势, 钢结构凭借着自身的成本造价低、较好的结构性能、较高的质地和强度以及施工速度快等这些优点, 使它在桥梁建设的应用过程中的作用愈加重要, 并且也开始逐渐被人们所认同和使用。近年来, 随着施工技术的不断发展和完善, 钢结构在高速公路桥梁建设中的应用越来越重要。本文主要对钢结构的概况进行了详细的介绍, 并详细的介绍了钢结构在高速公路桥梁中的应用以及在施工建设过程中的一些注意事项。

关键词：钢结构,桥梁,施工

参考文献

[1]盛显峰, 金长志, 李丽青.公路钢结构桥梁的疲劳设计研究[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (11) .

钢结构桥梁疲劳设计分析 第8篇

1 影响公路钢结构桥梁疲劳性能的因素

影响钢结构桥梁疲劳性能的因素很多, 具体归纳起来主要有钢结构的材料特性、内部因素、钢结构的外部因素。

1.1 钢结构的材料特性

钢结构材料的特性是影响公路钢结构桥梁疲劳性能的因素之一, 钢构件的大小和钢结构材料的各种性能都是影响钢结构桥梁出现疲劳的因素。但钢结构出现微弱的裂纹的时候, 钢结构的疲劳性能会随着裂纹的增加而加大, 同时, 随着钢结构强度的增加, 钢结构的疲劳性能也会增强, 因此, 并非是采用强度越高的材料就越好。由于钢结构的疲劳裂纹主要是发生在钢材的表面, 主要是由于钢结构外表面的应力较高。

1.2 外部因素

影响公路钢结构桥梁的因素除了有上面的情况外, 外部因素也会对钢结构桥梁的疲劳产生一定的影响, 如自然环境的变化, 昼夜温差太大或强冻强高温的情况, 以及外界给桥梁所施加的压力等, 车辆行驶所产生的共振等。根据相关的研究证明, 焊接构件的疲劳强度和应力幅值有很大的关系, 非焊接构件的疲劳强度也和应力幅值有关系。

1.3 内部因素

结构内部因素对公路钢结构桥梁疲劳设计的影响主要体现在, 导致公路钢结构桥梁的疲劳形象发生变化, 结构构造影响因素包括了公路桥梁的结构、钢构件的连接形式、构造细节等等。同时公路钢结构桥梁设计方法、采用钢结构的制造以及其焊接技术、焊接处理等都会对钢结构应力分布以及钢结构自身的缺陷产生很大的影响。

2 公路钢结构桥梁疲劳设计方法

公路钢结构桥梁疲劳设计根据以上我们分析的影响公路钢结构桥梁疲劳性能设计的因素, 进行公路钢结构桥梁疲劳设计, 将由钢结构材料自身属性、结构构造等引起的公路钢结构桥梁疲劳性能损伤进行消除, 防止钢结构桥梁结构的疲劳性能被破坏。公路钢结构桥梁疲劳设计有3种:安全寿命设计、无限寿命设计、损失容限设计。

2.1 安全寿命设计

安全寿命公路钢结构桥梁设计, 这种设计方法可以保证公路钢结构桥梁在一定的时限内, 疲劳性能不发生损坏, 而且构件应力设计可以超过其疲劳极限值。安全寿命设计可以将钢结构桥梁应力—疲劳寿命关系, 作为公路钢结构桥梁设计的参考依据, 进行钢结构桥梁设计。安全寿命设计和无限寿命设计不同, 安全寿命设计属于有限寿命设计, 而有限寿命设计的构件应力设计值在疲劳极限值之上, 从图1中的前半部折线部分, 可以知道在这些区域内的钢结构桥梁疲劳寿命各不相同, 所以在设计的过程中不能像无限寿命设计那样只考虑最高应力, 这种设计方法需要按照一定的理论进行疲劳损伤估算。公路钢结构桥梁设计使用安全寿命设计的条件是:钢结构桥梁的疲劳强度曲线必须知道, 而且含有起裂构件制造质量符合钢结构桥梁疲劳等级定义。

2.2 无限寿命设计

无限寿命设计是最早的公路钢结构桥梁疲劳设计使用的方法, 这种设计方法在钢结构桥梁设计的过程中, 要求结构设计的应力低于钢结构桥梁疲劳极限值, 进而完成公路钢结构桥梁的无限寿命设计。无线寿命设计是简化设计, 虽然是将公路钢结构桥梁疲劳设计进行简化, 但是在构件设计上显得有些笨重, 为了能够充分的利用材料的性能, 将钢结构桥梁应力的设计水平提升, 进而将公路钢结构桥梁的无线寿命设计演变为有限寿命设计。

2.3 损伤容限设计

使用这种方法进行公路钢结构桥梁设计需要满足的前提条件是:钢结构桥梁裂纹开始的地方接近表面或者从表面开始;潜在起裂处设计寿命内的损伤超过10;采用探测方法可行;维护说明中要指明裂缝发生的位置。

在进行预测检测间隔时, 需要考虑到一次漏检。Ti≤0.5Tf, 其中Tf是可探测裂纹, ld是临界长度, lf是时间 (见图2) 。

表面裂纹的最小暴露长度ld, 在检测时考虑了探测的可能性、裂纹的位置、检测方法等内容, 可探测表面裂纹长度的最小值见表1:

在计算Tf时, 采用的方法是断裂力学原理, 将裂纹表现形式简化成半椭圆等近似的椭圆形状, 在交变应力作用下, 按照计算公式进行深度方向上裂纹扩展速率计算:

3 钢结构桥梁疲劳设计的关键点

3.1 疲劳荷载的确定

公路钢结构桥梁设计和铁路桥梁设计疲劳验算有所不同, 公路钢结构桥梁通过的车辆数量变化幅度非常的大, 而且车型、车辆间距等都有所不同, 在钢结构桥梁设计规范中有:可以根据钢结构疲劳损伤等效, 将其折算成标准疲劳车进行计算, 但是要保证各疲劳车的总重量相同。

影响线长度较小的局部计算, 按照标准轴重荷载进行。标准轴重荷载=标准疲劳车轴重载荷×1.1。

3.2 将验算位置进行准确确定

验算位置指的是疲劳敏感细节和部位, 公路杆结构桥梁的疲劳验算有很多地方, 每一个小节点、每一个焊缝趾等短都需要进行验算。其中重点验算的内容有:焊接缝根部、焊趾、结构倒角处、冲孔、剪开边等。

3.3 确定加载次数

在公路钢结构桥梁疲劳设计过程中进行疲劳应力计算时, 要将疲劳车一次加载次数、影响线长度、疲劳车轴距之间的关系进行确定。根据钢结构桥梁的性质以及钢构件的性能, 一个轴重就是一次加载, 根据效应相等原则, 将复杂应力循环转换成单个循环代数进行表示。

3.4 钢结构桥梁设计中构件需要满足的要求

根据多年的公路钢结构桥梁设计经验以及现有的桥梁设计规范等文件要求, 公路钢结构桥梁设计中钢结构构件需要满足的要求为:在公路钢结构桥梁设计过程中对于承受拉伸、弯曲等钢构件, 需要使用长且圆的过渡性钢构件, 这样可以将钢结构的刚度变化相应的减小;钢结构桥梁设计中要有线选用对接焊缝, 焊接构件的焊缝要在应力区下面, 并且进行焊后处理。对于较复杂的构件采用辅助疲劳设计的方法进行辅助设计。

4 总结

随着钢结构桥梁的不断发展, 在钢结构桥梁设计的过程中常会存在一些设计的缺陷, 从而导致桥梁结构发现疲劳破坏, 而影响桥梁结构疲劳的因素很多, 需要我们对其原因进行分析, 通过不同的桥梁结构设计方法对其进行优化设计, 确保桥梁结构的稳定。

参考文献

[1]李星新, 汪正兴, 任伟新.钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析[J].中国铁道科学, 2009 (02) .

[2]朱劲松, 孟会林.公路钢桥精细化抗疲劳设计方法及其应用[J].桥梁建设, 2009 (03) .

浅析桥梁钢结构的防腐技术 第9篇

由于所处环境的不同, 施工条件、施工质量、设计的方案以及维护的制度不用, 现阶段的桥梁钢结构腐蚀主要表现为以下几种类型:

1.1 气体腐蚀的现象

在桥梁钢结构的腐蚀中, 首当其冲的就是大气腐蚀, 即钢结构与水分、氧气的接触而产生的化学反应。大气中水分会以电解液体的形式附着在金属表面, 大气中的氧气会发挥着阴极去极剂的作用.由此两者的配合, 就会与钢结构构成基本的腐蚀原电池, 一旦形成锈层, 便会产生一系列的电极反应。

1.2 局部部位的腐蚀现象

局部腐蚀, 是钢结构自身方面出现的腐蚀现象, 也是钢结构中最普遍的问题。其表现为电偶腐蚀和缝隙腐蚀。其一, 电偶腐蚀主要产生的区域在钢结构结合处, 这里往往是不同金属的交合处, 往往是电位属性会影响其腐蚀的速度, 如果电位为负极, 其腐蚀的速度就会快些, 在电位为正极的时候, 金属相对就会处于被保护的状态。由此形成了腐蚀原电池, 将会以电极反应的形式腐蚀桥梁。其二, 缝隙腐蚀发生的部位在于不同的构件之间, 当缝隙达到一定的限度, 可以是液体在其间形成停滞.其表现形式有:铆接缝隙、衬垫缝隙, 这样施工过程中的缝隙是难以完全避免的。其作用的对象就是降低钢结构强度, 使得吻合度难以达到理想的状态。

1.3 应力作用下的腐蚀现象

在一定介质的作用下, 钢结构处于无应力状态下, 腐蚀的影响是最小的。但是一旦相应的应力超过其承受的界限时, 构建部位就会发生断裂。此种由于应力而导致的腐蚀现象具有较强的隐蔽性, 往往难以及时地发现, 其造成的后果是很恶劣的, 带来的损失也是巨大的。

2 桥梁钢结构腐蚀现象产生的主要原因

桥梁钢结构腐蚀现象产生的原因是多方面的, 主要涉及的有自然环境因素、钢结构自身构造因素和人为的主观因素, 往往在桥梁的腐蚀现象中, 可能是其中一种诱因其主导作用, 其他的因素也在起作用。由此要对于桥梁钢结构腐蚀现象产生的主要原因做好了解, 以便有针对性的展开桥梁建设。

2.1 自然环境方面的影响

自然环境方面的影响主要来自于工业污染, 其排放的气体中有腐蚀性的气体, 尽管含量很小, 但是其对于钢结构的腐蚀作用是巨大的。尤其是SO, 其影响是最大的。一旦氧化膜被破坏, 非金属氧化物与水分结合就会演变为酸, 其H浓度就会提升, 导电性就会显著。另外, 桥面下部多半是水域, 其水分的蒸发都会使得桥梁钢结构周围的空气质量发生变化, 主要表现为湿度提高, 这恰恰是酸性气体产生的温床, 导致电解质形成, 加速了化学反应, 其腐蚀的效率也会加大。在一定的四季变化的条件下, 其效果将会变得更加的明显。

2.2 钢梁结构自身构造产生的影响

钢梁结构多数是由铆接或者是拴焊工艺结构形成的, 板材之间形成一定的缝隙, 一定的缝隙区间会发生强烈的反应, 在发生类似的腐蚀时, 缝隙内部的反应程度会明显高于其外部。这是因为缝隙内部空气缺乏, 形成了缝隙内外的电极差异, 由

2.3 人为方面的主观影响

人为方面的影响主要体现在桥梁的施工和维护上, 往往都是因为操作不当造成的。主要有:桥面的漏水现象;钢梁部位堆积过多的有腐蚀性的物质;涂料的配套不当, 层次不足, 施工的质量不到位等。

3 桥梁钢结构的防腐蚀技术

3.1 热镀锌防腐技术

热镀锌防腐技术, 它是防腐蚀技术中最普遍, 也是最有效的措施之一。将经过除锈处理过的钢板浸入高温的锌液中, 在其表面上产生一定厚度的锌层。其厚度的大小将会影响其防腐蚀的效果, 一般情况下, 5mm以下薄板, 其层要保持在65μm以上的范围, 这是质量稳定的保证。但是由于加工环境的特殊, 部分较大尺寸的防腐蚀技术要在特定的工厂才可以完成, 其运输过程中的损伤也是时有发生的, 由此带来的成本也是很大的。

3.2 热喷涂防腐技术

由于使用的技术要素不同, 这里的技术应用主要涉及到两个方面:

3.2.1 火焰喷涂

指借助可燃气体融化金属制材, 将其附着在钢结构的表面, 以起到防腐蚀的效果。最早见于欧洲北美地区, 是采用的乙炔火焰喷涂, 效果明显。

3.2.2 电弧喷涂

借助电弧设备, 对于金属材质加热, 是指融化, 涂在金属的表面, 再加上长效防腐复合涂层, 两者相互结合构成的防腐技术, 将会极大的延长其使用寿命, 保证在一定期限内不出现脱落或者是起皮的现象, 以电极保护的形式来保护钢铁的整体性能。

3.3 使用抗腐蚀性的钢材

只用抗腐蚀性的钢材, 主要涉及到就是耐候钢。隶属于特种钢材的耐候钢, 是在低碳钢或者是合金钢的基础上, 在其中添加其他具有防腐蚀性能的金属元素, 此类钢材会在大气作用下, 在其表面就会想成一层完美的防腐蚀保护膜, 其防腐蚀的功能将会高于普通材质的很多倍。另外此类钢材不用开展涂装的加工, 适宜露天的场所, 使用与桥梁的建设再合适不过了。但是其价格往往比较高, 在国内的使用不是很广泛, 基于此情况, 降低其成本就成了此类材料使用的关键。

4 结语

综上所述, 桥梁钢结构发生腐蚀现象是有其缘由的, 无论是客观的自然条件, 还是人为的主观原因, 或者是钢结构自身的缺陷, 都是可以有针对性开展相关的措施的, 由此我们要集合其产生的原因, 做出充分的分析, 尽量以最好的防腐蚀措施, 确保桥梁钢结构的安全性。唯有如此, 才能确保钢桥的长久寿命, 确保交通事业的稳定发展。

参考文献

[1]雪竹.环氧厚浆涂料在金属防腐工程中运用[J].建筑工业信息, 2005.

[2]王用中.我国桥梁钢结构的应用现状与展望[J].施工技术, 2010 (08)

公路桥梁上部结构加固技术的发展 第10篇

桥梁是公路的重要组成部分, 桥梁的质量直接影响着行车安全和公路的畅通。随着我国国民经济的飞速发展, 各种重型车辆不断出现, 公路桥梁的负荷也日趋加重, 有相当数量的桥梁处于超期运营状态, 加之旧桥部分结构老化、破损、开裂严重, 对桥梁结构的安全性、适用性及耐久性产生了很大的影响, 不同程度地造成桥梁承载力降低甚至丧失, 严重危及桥梁的安全运营。因此, 如何对旧桥和危桥进行处理就成为目前所面临的重要问题。如果全部拆除新建, 不仅耗资巨大, 而且影响交通, 给国家造成的经济损失将是无法估计的, 也为我国的国情与财力所不容。而桥梁的加固费用仅为新建费用的10%～20%, 采取有效的加固和改造措施, 提高桥梁的承载能力, 延长其使用年限, 以满足现代交通对桥梁的客观要求, 也不失为一种解决问题的办法。国外的统计资料也表明, 一些交通发达国家的桥梁建设重点已经转移到了旧桥的加固与改造方面。因此, 通过对既有桥梁有计划、有步骤地进行维修加固, 不仅能更好地为现代交通运输服务, 而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益。文中将重点针对公路桥梁上部结构常用的加固技术及特点进行介绍。

1 增大构件截面加固技术

1.1 桥面补强层加固技术

桥面补强层加固法是将原有桥面铺装层拆除通过一定的工艺和结构措施, 在梁顶面 (桥面) 上加铺一层钢筋混凝土面层, 使其与原有主梁形成整体, 达到加厚主梁高度、增大梁的抗压截面以及提高桥梁抗弯刚度的目的, 提高桥梁的承载能力和变形能力。

1.2 增大主梁截面和配筋加固技术

当原桥截面过小、下缘主拉应力超过容许值导致承载力不足, 而桥下净空又允许时, 可以采用增大主梁截面和配筋加固法, 将主梁截面加宽、加高以扩大截面, 并在新混凝土截面中增设受力钢筋。对T形截面梁可采用底面及侧面同时加大以及底部马蹄形加大两种加固形式。

1.3 喷射混凝土加固技术

喷射混凝土加固一般不需要立模, 也不需要振捣, 依靠高速度的喷射将混合料连续喷敷在受喷面上即可, 具有施工简单、快速、经济、不影响车辆通行等优点。采用喷射混凝土代替传统的浇筑混凝土, 就可以解决传统加固方法所遇到的问题, 因而具有相当大的研究推广和应用价值。

目前实际工程当中通常采用喷射合成纤维混凝土进行加固, 在喷射混凝土中掺入三维分布的合成纤维来改善混凝土性能。喷射合成纤维混凝土除具有喷射混凝土抗压、抗拉、抗剪、抗弯、粘结强度高的优点外, 还具备良好的抗裂阻裂性能、抗冲击性能、耐磨耐腐蚀性能、抗渗抗冻融性能以及较好的抗疲劳性和抗碎裂性。

增大构件截面加固技术适应性比较强, 且具有成熟的设计和施工经验, 适用于较小跨径的T梁桥或板桥的加固。采用此法加固后桥梁刚度明显提高, 承载能力也能取得较好的效果。但该法也存在明显的缺陷, 比如混凝土构件的体积增大、自重增加、施工周期长、施工空间大等。

2 粘贴加固技术

粘贴加固技术是采用化学粘结剂或锚栓将补强材料直接粘贴锚固于结构受拉或薄弱部位的混凝土表面, 使之与结构形成受力整体, 以此来提高结构的承载力和刚度。根据所采用的补强材料不同, 又可将粘贴加固分为粘贴钢板加固技术、粘贴纤维增强复合材料 (FRP) 加固技术。

2.1 粘贴钢板加固技术

粘贴钢板加固技术是20世纪60年代末70年代初由法国、南非等国家率先应用于桥梁结构加固的, 随后瑞士、日本、英国等也相继开始使用。粘贴钢板加固法有许多独特的优点和先进性, 主要包括:1) 坚固耐用;2) 施工快速、简洁;3) 结构轻巧、外形不变;4) 灵活多样;5) 经济安全。

因此, 粘贴钢板加固法在许多情况下替代了增大截面加固技术。然而, 随着加固技术的不断研究和发展, 粘贴钢板加固技术的不足也日益显现, 主要表现在:1) 钢板因遭受污染大气侵蚀等原因造成各种化学腐蚀而影响其加固效果, 这使得后期的养护问题变得异常突出;2) 由于钢板刚度较大、施工误差等原因使得结构在使用过程中容易在粘结面上发生剥离脱空, 特别是钢板端部更容易发生剥离破坏, 因而加固设计时一般需附加螺栓加以辅助锚固, 这从一定程度上增加了施工难度并对原结构造成一定程度的损伤, 导致粘贴钢板结构的抗疲劳性能不佳。为此, 一种新型的粘贴纤维增强复合材料 (FRP) 加固技术应运而生。

2.2 粘贴FRP加固技术

FRP材料是以连续纤维浸渍在用于粘合纤维的聚合物中硬化后形成的。目前常用的FRP材料主要有玻璃纤维 (GFRP) 、碳纤维 (CFRP) 和芳纶纤维 (AFRP) , 其中CFRP以其优异的物理力学性能而在FRP材料中备受推崇, 并日益得到更为广泛的应用。

与传统加固方法比较, CFRP加固方法具有以下优点:1) 材料具有很高的抗拉强度, 而且自重小, 比强度高。2) 耐久性和抗腐蚀性能好。3) 抗疲劳能力强。4) 适应性强, 适用面广。5) 施工便捷。

虽然如此, 但是由于FRP材料各向异性, 抗剪强度低。同时, 其防火性能也较差, 对施工要求较为严格, 工程造价也比较高。

3 体外预应力加固技术

体外预应力加固技术的实质是以粗钢筋钢绞或高强钢丝等钢材作为施力工具, 对桥梁上部结构施加体外预应力, 以预加产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力, 从而达到改善旧桥使用性能并提高其极限承载能力的目的。

体外预应力技术早期曾应用于加固工业与民用建筑, 前苏联在这方面做了较多工作。但由于预应力筋转向块构造设计困难、耐腐蚀性差, 体外预应力技术加固桥梁的维修养护费用很高, 未能体现其工程应用上的优越性, 因而在20世纪60年代前未能在桥梁工程中得到推广。随着技术的进步, 20世纪60年代后期, 体外预应力筋耐久性及构造设计的一些问题部分得到解决, 为体外预应力技术的进一步发展奠定了基础, 尤其70年代美国和法国大量的桥梁加固为体外预应力技术的快速发展提供了难得的契机。通过在桥梁加固中应用体外预应力技术, 积累了实践经验并获得重要参考数据, 进一步完善了设计理论, 为在建设新桥梁时重新考虑使用体外预应力技术提供了依据。

由于体外预应力体系布置灵活, 不仅可用来加固简支梁桥和连续梁桥, 还可用来加固拱桥和刚构桥等;不仅可用来改善梁的抗弯性能, 还可用来改善构件的抗剪性能;不仅可用来进行整体桥梁加固, 而且可用于桥梁局部加固;不仅可用来加固桥梁的梁部结构, 也能用于加固桥墩及索塔等部位, 具有良好的加固效果及广阔的应用前景。但由于对预应力筋张拉时会产生预应力损失, 因此, 在设计中需对预应力损失进行合理的估计和计算, 并在施工时采取措施以减少预应力损失。

4 改变结构体系加固技术

4.1 简支梁变连续梁加固技术

采用在简支梁下增设临时支墩或把相邻的简支梁加以连接的方法, 可改变原有结构物的受力体系, 将多跨简支梁的梁端连接起来, 变为多跨连续梁, 以改善结构的受力状况, 提高桥梁的承载能力。

4.2 加劲梁或叠合梁加固技术

采用加劲梁或叠合梁以增强主梁的承载能力, 也是常用的改变结构体系的一种加固法。采用加劲梁或叠合梁加固时, 应根据加固时结构体系转换的实际受力状态, 分清主次, 进行合理的抽象和简化, 得出计算图式, 进行补强计算。因实际结构比较复杂, 各种结构部分之间存在着多种多样的联系, 而决定联系性质的主要因素是结构各部分的刚度比值。故新旧结构体系可依据相对刚度大小分解为基本部分和附属部分, 以分开计算其内力, 如分成主梁和次梁、主跨与附跨, 并注意略去结构的次要变形, 从而获得较简明的力学图式。除此以外, 还有很多其他的改变结构体系的方法, 如增设支架或桥墩、改桥为涵等。然而, 这些方法往往都需要在桥下操作, 有时还要设置永久设施, 会影响桥下净空, 因此仅适合在不影响通航及桥梁排洪能力的情况下使用。

5 结语

改革开放以来, 我国交通运输业的迅猛发展, 加强既有桥梁的补强加固、保障公路桥梁的安全运营已成为交通管理部门关注的重点。桥梁加固技术以其特有的安全、经济、方便、快捷等特点得到世界各国的广泛采用。随着科学技术的不断发展, 桥梁结构加固的新技术、新工艺不断涌现, 在桥梁的加固工作中发挥了十分积极的作用。相信在广大科研工作者和工程技术人员的共同努力下, 桥梁结构的加固改造工作会日益发挥出更大的作用。

参考文献

[1]杨文渊, 徐.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[2]曹农江, 赵峰, 龚书林, 等.桥梁上部结构的加固维修方法综述[J].公路工程, 2007, 32 (5) :139-142.

[3]黄平明, 王达.喷射混凝土在梁桥加固中的应用[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2005, 11 (6) :39-42.

[4]申灵君.预应力混凝土连续梁桥上部结构施工技术[J].山西建筑, 2007, 33 (19) :153-155.

公路路面结构层次的作用 第11篇

关建词:路面面层结构层次 各结构层所起的作用

公路路面是公路的一个重要组成部分,它直接影响公路的行车速度、运输成本,直接承受汽车荷载的作用和自然因素的影响,并为汽车提供安全、经济、舒适的服务。路面工程在整个公路造价中占比重较大,一般高级路面要占公路建设总投资的60—70%。因此,合理在安排好公路路面建设,讲究科学,重视投资效益,对降低行车营运费用、延长公路使用年限、发挥投资效果、提高运输效能具有十分重要的意义。路面工程与其他建设项目一样,随着改革开放和社会经济的发展,世界经贸组织的加入,机动车辆的逐年增加,迫使公路建设加快了步伐,而提高公路修建质量、延长公路使用年限是摆在我们面前的又一新课题,已纳入公路建设议事日程,特别是路面结构修筑技术是路面工程研究的重要内容。若使路面达到具有足够的程度、足够的稳定性、足够的平整度,增强表面抗滑性、耐久性这些硬指标,路面结构层次的合理布设起着至关重要的作用。根据我国公路现状,路面结构层次基本划分为三层即面层、基层、垫层。它们各结构层所起的作用分述如下:

面层是路面结构层最上面的一个层次,直接承受车辆荷载的作用及自然因素的影响,并将荷载传递到基层。现代化的汽车运输,要求车辆能迅速、安全、经济而舒适地在道路上行驶。因此,它要求比基层有足够的强度和刚度,并能安全的把荷载传递到下部。车辆行驶时,既对路面产生竖向压力,又使路面承受纵向水平力。由于发动机的机械震动和车辆悬挂系统的相对运动,路面还受到车辆震动力和冲击力的作用,在车轮后面还会发生真空吸力作用。在这些外力的综合作用下,路面会逐渐出击磨损、开裂、坑槽、沉陷和波浪等病害,影响公路作用质量。因而,路面结构的整体及其各个组成部分必须具有与行车荷载相适应的程度,以使路面在车辆荷载作用下不致产生变形或破坏。另外,要求路面具有足够的稳定性。路面的稳定性是指路面保持本身结构强度的性能,也就是指在外界各种因素影响下,路面强度的变化幅度。变化幅度愈小,则稳定性愈好。路面稳定性通常分为:水稳定性、干稳定性、温度稳定性和耐久性;还要求应具有足够的平整度。路面平整度是路面使用质量的一项重要指标,路面不平整,行车颠簸,前进阻力和震动冲击力都大,导致行车速度、舒适性和安全性大大降低,机件损坏严重,轮胎磨损和油料消耗都迅速增长。不平整的路面会积水,又加速路面的破坏。所有这些使得路面经济效益降低,因此,越是高级的路面,平整度的要求也就越高。它还要求表面平整,有良好的抗滑性能(粗糙度),還必须能抵抗车轮的磨耗,使车辆能顺利的通过。

面层根据设计使用要求,有进可分为两层次或三层次,如沥青混凝土、水泥混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石可作为高等级道路的路面面层上层,沥青碎石也可作为面层下层。沥青贯入式碎、砾石,路拌沥青碎、砾石,沥青表面处治,半整齐石块可作为次高级路面的面层。还有中级路面的面层是由碎、砾石(泥结或级配),不整齐石块,其它粒料。低级路面的粒料加固土等等。为了加快面层与基层共同作用或减少基层裂缝对面层的影响,在基层上加辅联接层(一般采用沥青碎石或沥青贯入式,此结构一般用于高等级以上公路),它也是面的组成部分之一。用做封闭表面空隙,防止水分侵入面层的封层和厚度不超过3cm的磨耗层不能作为一个独立的层次来看待,但它仍应看作面层的一部分。

无论采用什么材料的面层,在其修筑质量上都由一定的允许偏差规定值控制。

面层在使用材料上主要有沥青混凝土、水泥混凝土、沥青碎(砾)石混合料、碎(砾)石掺土或不掺土混合料和块石等。

基层是面层以下的结构层,它主要承受由面层传递的车辆荷载垂直力,并将它分布到土基或垫层上。固此,它也应具备足够的强度和刚度,并具有良好的扩散应力的性能。基层也应具有平整的表面,以保证面层厚度均匀。它还可能受到地表水或地下水的侵入,故应有足够的水稳定性,以防湿软度变形过大面影响路面结构的强度。

用作基层的主要材料有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或碎(砾)石或工业废渣组成的混合料,贫水泥混凝土,各种碎(砾)石混合料或天然砂砾入片、块石、圆石等。

当基层较厚或采用两种以上混合料时,基层可分为两层或三层来修筑。上面一层仍称为基层,基层的最下层又称为底基层,它对强度要求较基层稍低,因此,因地制宜采用当地材料来修筑,以便在保证质量的前提下降低造价。

垫层是为了隔水、排水、防冻防污染或改善基层和土基的工作条件,可以在基层与土基之间修筑垫层,如在地下水位较高的路基上;可能发生冻胀翻浆的路基上;以及中湿、潮湿路段;基层可能受污染的路段,都应设置垫层。垫层材料强度要求不高,但要求水稳定性或隔热性能好。

常用垫层材料有砂砾、炉渣或片(圆)石组成的透水性垫层和石灰土或炉渣石灰土等组成的稳定性垫层。

根据本人长期从事路面施工的经验来看,实际工作中路面结构层次不一定好上述那样完备,有时一种层次可起二个或三个层次的作用。如修建次高级路面中的砂垫层直接辅在土基上,则这层砂砾层既是垫层也是基层。再如碎石辅筑在土基上,则这层碎石路面既是面层也是基层。旧的碎石路面上铺沥青路面,则原来的碎石路面由面层变为新路面的基层。

公路桥梁结构的抗震设计要点分析 第12篇

1 新旧抗震规范比较

1.1 基本设计思路

《规范》采用一阶段设计,即弹性抗震设计,假定结构是弹性状态,采用“综合影响系数”来反映弹塑性动力特性,但没有进行必要的延性抗震设计。《08抗震细则》采用二阶段设计法进行抗震设计。抗震设防目标A类桥梁:中震不坏,大震可修;B、C 类桥梁:小震不坏,中震可修,大震不倒。第一阶段的抗震设计,即E1地震作用的抗震设计,采用弹性抗震设计;第二阶段的抗震设计,即E2地震作用的抗震设计,采用延性抗震设计方法,并引入能力保护设计原则,确保塑性铰只在选定的位置出现,不出现剪切破坏,即不出现脆性的破坏模式。

1.2 地震力简化计算公式

根据目前积累的大量震害情况及理论研究成果,对于规则桥梁,采用简化公式计算方法已能较准确地反映地震动力响应特性,满足规范要求的预期抗震设计性能目标,因此,可以采用《08抗震细则》的简化公式计算方法计算出地震力作用下的水平地震力来进行抗震设计及复核。对于规则桥梁水平地震力简化计算公式,《08抗震细则》只采用新的重要性系数作为设计地震动参数,来替代《规范》采用重要性系数及综合影响系数共同考虑的设计地震动参数,其值与《规范》基本相当。《08抗震细则》增加了由场地类型及抗震设防烈度共同调整的场地系数Cs,并采用场地类型及区划图上的特征周期共同调整的桥址反应谱特征周期Tg,注重考虑不同桥址场地条件对地震的显著影响,更客观地反映各种因素对地震的影响。

《08抗震细则》以重现期为475 a的地震动加速度峰值A为基准,即中震(重现期475 a)的抗震重要性系数Ci取1.0,来考虑不同的抗震重要性系数Ci(见表1),以完成各桥梁类型下的两阶段设计及水平设防目标。

1.3 《08抗震细则》

地震中导致桥梁破坏的主要原因有:墩柱不具备足够的延性能力发生弯曲破坏或抗剪能力不足产生剪切破坏;基础失效导致桥梁破坏。为了防止以上情况的发生,《08抗震细则》强调充分发挥墩柱的延性能力,塑性铰的位置选择在墩柱上,墩柱可以发生弹塑性变形,耗散地震能量;桩基础如发生损伤,将难以发现并且维修困难,故需保证其在墩柱达到塑性变形时仍处于弹性状态,且墩柱塑性铰区域不发生剪切破坏,即基础及抗剪强度要满足能力保护构件要求。

2 工程抗震实例分析

2.1 总体思路

昆明东北二环立交系统工程属于城市大型复杂立交系统,处于地震断裂带上,故抗震设防等级较高,需对桥梁进行严格的抗震计算及设计。本工程结构形式(包括混凝土现浇连续箱梁及钢结构连续箱梁、各联跨径组合、桥面宽度、上部梁高种类)较多,桥梁高度起伏较大,各类型墩柱刚度差异较大,所以,设计过程中需筛选控制性结构进行桥梁抗震分析,考虑各种可能出现的最不利情况。本工程根据《08抗震细则》进行抗震分析,主要工作有:计算结构(节段)选取、结构抗震计算、能力保护构件设计和抗震构造措施设计。其中,计算结构的选取是整个设计的前提。

2.2 计算方法

本工程采用《08抗震细则》的反应谱方法,即简化公式计算方法进行计算及复核,分别考虑水平顺桥向和水平横桥向的地震作用。上部构造为连续梁结构;中间墩柱采用固定盆式支座,其余墩采用单向或双向盆式支座。因此,一联结构顺桥向地震力由固定支座墩承受,横桥向地震力由一联内各个墩共同承受。

2.3 桥址地震参数

本工程所在地区的抗震设防烈度为8度,抗震设防类别为B类桥梁,E1地震作用下抗震重要性系数Ci为0.43,设计基本地震动加速度峰值A为0.20g,场地为Ⅲ类建筑场地,区划图上的特征周期为0.40,地震反应谱特征周期Tg为0.55 s,场地系数Cs为1.2。

2.4 计算结构的选取

本工程结构以各伸缩缝为分界点,可分为若干独立的子结构。对于特大型立交系统而言,往往可细分为几十甚至上百段子结构,但实际结构分析中,不可能也无需逐段进行抗震分析,应根据设计意图、相似结构及地震动特点,选择具有代表性的若干子结构进行抗震分析,得到一般性结论。表2中结构基本代表了本工程中出现的各类桥段情况,具有典型性。

结构类型划分的影响因素包括桥宽、一联长度、一联最大跨度、固定墩高度。这些影响因素都能单独影响抗震设计,综合考虑又有许多种组合,为了使设计工作简化明确,先以单个最主要的控制因素来初步假定墩柱尺寸,再综合其余因素进行截面复核。考虑到墩柱尺寸与桥宽的比例协调性及美观统一性,采用桥宽作为初始控制指标。在相同桥宽下,顺桥向最不利地震力由最大联长控制,横桥向最不利地震力由最大跨度控制。

2.5 结构抗震计算

本文以单柱墩为分析对象,采用《08抗震细则》的简化公式计算方法得出顺桥向作用于支座顶面及横桥向作用于上部构造质量重心上的地震力。 公式中“桥墩的自振周期T”根据《08抗震细则》的梁桥结构基本周期的近似公式得出。公式中顺桥向作用于支座顶面或横桥向作用于上部构造质量重心上的单位水平力在该点所引起的水平位移δs、基础顶面的水平位移,按照JTG D63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》中“m法计算弹性桩水平位移及作用效应”计算得出。

根据公式得出的顺桥向和横桥向地震作用效应与永久作用效应组合后,按现行的JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中偏心受压构件的规定验算弹性状态下桥墩的强度,确定墩柱的纵筋配置。

2.6 能力保护构件设计

1)桩基础强度验算。

单柱墩的底部区域为潜在塑性铰区域,根据E1地震作用计算而确定的配筋,采用材料强度标准值和最不利轴力计算得出顺桥向及横桥向极限弯矩值(考虑超强系数Ф°),然后在此弯矩值、相对应的剪力值及轴力值的作用下,选择合适的桩基础直径及组合,使得桩基础保持弹性状态,按JTG D63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》验算桩基础的承载能力。

本立交工程桩基础计算结构同样存在多因素影响性:极限弯矩对应的弯矩值由墩柱配筋(墩柱尺寸)确定;极限弯矩对应的剪力值与墩柱高度有关;极限弯矩对应的轴力值与桥宽、跨数及跨径有关。为了简化计算工作,同样采用“关键控制因素假定法”来选取有代表性的计算结构。由于桩基础除了需满足抗弯强度要求外,还需满足竖向承载力要求,因此采用竖向承载力要求来初步假定桩基础直径及组合。由竖向承载力因素得出:13、17 m桥宽主线桥梁的固定墩位置桩基础需采用3桩或4桩及以上群桩基础,验算其强度能满足能力保护构件设计要求。9.5 m、8 m桥宽匝道桥梁的固定墩位置桩基础采用双桩基础,需根据不同轴力值(由跨数及跨径控制)及剪力值(由墩高控制)组合选取计算结构,验算其强度是否满足要求;如不满足,需增大桩径或加大配筋直至其强度满足要求。

2)墩柱抗剪强度验算。

根据E1地震作用计算而确定的配筋,采用材料强度标准值和最不利轴力计算得出顺桥向及横桥向极限弯矩值(考虑超强系数Ф°)。在此弯矩值及相对应的剪力值作用下,进行墩柱塑性铰区域的箍筋配置,并按《08抗震细则》验算墩柱的抗剪强度。

3 各因素对抗震设计的影响

3.1 墩高

为了研究不同墩高对墩柱自振周期、墩顶地震力及墩底弯矩的影响,在上部结构及墩柱尺寸(2.0 m×1.4 m)相同的情况下,分别取墩高H=5、7.5、10、12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5和30 m进行计算,其分析结果如表3所示。

由表3可知,墩柱的自振周期随着墩高的增大而增大。这是因为在相同截面尺寸下,墩柱越矮刚度越大,周期越小,而墩柱越高(即越柔),周期越大;墩顶水平地震力随着墩高的增大而减小,这是因为地震力与周期成反比,墩柱越柔地震力越小。

地震力产生的墩底弯矩值与墩高有关系,规律有所不同。从图1中可明显地看出,对于顺桥向,墩底弯矩值基本是随着墩高的增大而减小,呈现平顺递减走势;对于横桥向,墩底弯矩值随着墩高的增大先递增再递减,在墩高10 m处弯矩值最大。

在大型立交工程中,相同桥宽及跨径结构一般存在许多种类墩高,如何选取控制性墩高进行抗震计算及设计是一个重要的问题。从以上研究分析可得出:对于顺桥向,选取高宽比为3.75时的墩高,其墩底弯矩值为最不利值;对于横桥向,选取高宽比为5时的墩高,其墩底弯矩值为最不利值。

3.2 墩柱截面尺寸

为了研究不同截面墩柱尺寸对墩柱自振周期、墩顶地震力及墩底弯矩的影响,在上部结构及墩柱高度(15 m)相同的情况下,分别取墩柱截面尺寸为2.8 m×1.4 m、2.0 m×1.4 m、1.8 m×1.4 m、1.5 m×1.4 m进行计算,其分析结果如表4所示。

由表4可知,对于某一特定桥宽、跨径结构及墩高的桥梁,墩柱截面尺寸的选择是一个复杂的问题。选择较大截面(刚度较大,墩底弯矩就较大),使得E1地震作用下的墩柱纵向配筋增加,其极限弯矩值也越大,能力保护构件如基础构件的尺寸也将越大;选择较小截面,墩底弯矩减小,但截面尺寸较小,可能使截面配筋率过高。因而,对这种循环相互影响的问题,需通过墩柱截面尺寸的初步假定来试算确定。

4 应重点注意的抗震设计细节

1)选择合适的墩柱截面。截面过小,E1地震作用下抗弯强度不满足;截面过大,将会引起墩柱极限承载力过大,导致基础构件尺寸过大。

2)一联桥梁中,特别是接桥台的那一联结构,不宜选择矮墩作为固定支座墩。这是因矮墩刚度较大,对结构抗震不利。

3)边梁梁端至墩柱边缘应有一定的距离,以防止地震作用下发生纵向落梁。

4)桥墩与上部构造之间设置钢筋混凝土横向限位挡块或钢锚栓,以防止地震作用下横向位移过大引起落梁。

5)桥台背墙与梁端间设置橡胶垫块,以缓和水平地震荷载的冲击。

6)立交工程采用抗震型盆式橡胶支座,可增大支座的耗能能力,达到一定的抗震效果(但在选择墩顶尺寸时,应核算支座尺寸是否超出墩顶尺寸)。

7)单柱墩底部塑性铰区域为箍筋加密区,加密区长度取墩柱截面的长边尺寸或H /5(H为墩高)两者中的大值,加密箍筋间距取10 cm,直径及肢数由墩柱抗剪强度验算确定。

8)独柱墩下结点与承台连接处应保持垂直墩柱配筋和横向箍筋的连续性,防止薄弱结点在地震中的破坏。为此,墩底纵向墩柱钢筋应延伸至承台底,加密区箍筋应延伸入承台的距离不少于墩柱截面的长边尺寸的1/2或50 cm。

5 结语