我国桥梁建筑历史悠久,古有著名的赵州桥依然屹立于世。现如今我国的桥梁建筑业已初具规模,尤以大跨径连续刚构桥的桥型为主。此种桥型有其独特的优点,坚固性很强,跨度大,适于架设在水电站及跨水域地区。设计初期要进行详细的实地调查,然后再对桥梁的其他设计要素进行分析。本文将以某大跨径连续刚构桥为例,对此类桥梁的设计进行初步探讨。
1 某桥的实际概况
某桥建于长江一支流处,属水电站的库区位置。考虑到库区的特殊环境影响,为涡流以及风浪等自然因素制定相应解决方案。该桥所需载荷量为公路-Ⅰ级,航道等级为四级,桥梁的宽度为12米;该桥为大跨径刚构桥,连续跨径为160米,在实际的设计中采用了适当的优化处理,该桥在抗震性能方面做了详细的设计,具有很强的稳定性。
2 桥梁的整体设计规格
刚构桥的设计要考虑到很多因素,但必须以质量为前提,尤其是大跨径连续刚构桥的设计。因其跨径较大,因此要着重考虑其坚固性与耐久性。再根据该桥梁所处自然环境,地理位置等对桥梁的用料进行实际安排。因此,一座合格的桥梁设计应满足以下要求:首先,以质量为前提,并提倡高效与环保。其次,尽可能采用先进的技术,选取优质材料。最后,要适应当前社会发展,桥梁要保质保量保时竣工。
3 桥梁的抗震能力分析
大跨径连续刚构桥的设计要考虑自然因素,首先就离不开对抗震能力的分析。以X桥进行实例分析:通过反应谱法可以计算出该桥的抗震能力。经详细的科学计算,得到结论为第二类场地类别。在对桥梁的抗震能力分析时,要对桥梁用料,桥墩平均直径,桥梁跨度等进行综合的考虑,采用三维空间建模的方式进行模拟分析,计算出该桥梁抗震的最大值,并以此最大值作为该桥安全性的衡量标准。
4 桥梁的稳定性计算
测量桥梁实际施工过程中的最大悬臂以及相邻两桥墩的高度,如X桥梁的两相邻桥墩,分别记为1号和2号。1号桥墩高60米,2号桥墩为78米;则选取2号桥墩在施工中的模型计算其稳定性。承载稳定性除涉及桥梁的自重外,还要考虑桥上的运行车辆及行人。综合整体因素计算出该桥梁的稳定性系数,以此为依据核实桥梁的稳定性。
5 桥梁设计中主要的技术应对策略分析
(1)有效地提高大跨径刚构桥的抗震能力。由于大跨径桥梁大多具有高墩,跨度大等特点。比如本文中的X桥最高桥墩达78米,而主跨也达到了160米。类似于这样的桥梁,应在设计中运用可以有效防震、隔震、减震等先进技术,从结构上更好的增强大跨径刚构桥的抗震能力,后期的维修养护等也至关重要。(2)大跨径刚构桥的裂缝问题。桥梁的裂缝问题贯穿于桥梁设计的始终,是值得重视的问题。由于大跨径刚构桥的桥梁跨度大,容易使混凝土受力不均。再加上自然因素等的腐蚀侵害,时间久了,就会产生裂缝。桥梁产生裂缝就会存在很大的安全隐患,因此要在设计初期制定解决方案以及后期如何进行维护。解决方案一般两种:第一,桥梁的尺寸拟定结束后,可以通过加大桥墩底部曲率半径的方式来稳固桥梁,减小混凝土预应力的下压力;第二、添加钢筋,防止混凝土发生崩裂现象,有效的缓解混凝土预应力的下压力。(3)大跨径刚构桥的整体稳定与局部稳定。稳定性对于桥梁的设计来说是一个难点,即要考虑到桥梁的整体稳定,又要对桥梁的局部稳定性进行考虑。经过大量的理论研究以及实践案例表明:影响桥梁稳定性的主要因素在于桥梁矩形的空心桥墩。当空心桥墩的边长为其外壁厚度的17倍到22倍时,桥墩外壁的控稳的最大值大于柱体的强度,而使得混凝土的强度起主要控制作用。因此,可以通过对大跨径刚构桥空心桥墩的边长为其外壁厚度的比例来控制桥梁的整体与局部的稳定性。(4)如何保证桥梁的耐久性。架设于水库区或是电站等水域上方的桥梁,影响其耐久性的主要因素为水流问题。桥墩长期浸泡在快速的流水中再加上高水位的压力以及洪汛期的影响,要求大跨径刚构桥要具有耐久性。以X桥为例,该桥架设于水电站,电站要进行定期的蓄水及开闸处理,水位一般保持在800～750米之间,水位变化幅度为50米。因此该桥的主墩原料采用了高强度混凝土,并且在桥墩外壁覆盖防腐蚀的保护层,减少流水中的化学试剂对桥墩的腐蚀。(5)桥梁特殊墩壁承台与箱梁的混凝土开裂解决分析。混凝土的主要成分是水泥以及其他的外添加剂。其中,水泥具有不可避免的水化热性,这种性质会对混凝土产生极为不利的影响。外壁较薄的桥墩的承台及箱梁的混凝土在浇筑的过程中就会因为产生高温而造成破裂。通过控制混凝土的原料选取,可以有效的解决水化热问题。通常采用外添加剂的方式来减少水泥用量,减低水泥的水化热。但是这也在一定程度上降低了混凝土的硬度,而大跨径刚构桥对混凝土的硬度要求有很高,因此还需在其他方面来解决。目前比较有效并且得以兼顾的方式是采用分层浇筑法,在浇筑时仍需注意以下几点:第一、明确定位各分层的位置,并且每一层的混凝土的形成时间相差要足够小,保证各层混凝土具有比较一致的收缩性,这样做可以尽量的减少开裂问题;第二、在浇筑顶板的时候,要保证箱梁的水养护,控制好箱梁的内外温差,防止因温差而引起的混凝土开裂;第三、可以在混凝土的配置过程中采取降温处理,在混凝土形成过程中注重养护,保证混凝土的质量。(6)桥梁薄壁桥墩与承台的结合部位的开裂问题解决。桥梁在设计时要着重考虑开裂问题,开裂问题多出于混凝土自身。大体积的混凝土是容易发生开裂的,这种开裂多为水化热造成混凝土内外温差而导致混凝土的开裂。对于桥梁来说,结合处的混凝土也是很容易开裂的。解决方法如下:第一,注重混凝土的保养,选用优质的混凝土;第二,在设计中注意加大薄墩壁的角度,使承台与其接触处尽量平滑,减小刚度压力,同时安插防裂钢筋,防止混凝土开裂;第三,接触处要采用土龄差尽可能小的混凝土进行衔接,防止因土龄差过大而造成的开裂。第四,要定期对混凝土进行养护处理,减缓混凝土的老化。
6 结语
大跨连续刚构桥的设计工作相比其他桥梁要更加复杂,但是这种桥型引领着当今刚构桥的发展趋向。随着科技的不断进步,刚构桥的不断发展,有关大跨连续刚构桥的设计也将更加科学与完善。当然,桥梁原料也应该紧跟刚构桥的发展趋势。如果可以很好的解决混凝土的水化热问题,那么就可以在设计中更好的保证桥梁质量,并在此基础上做到经济与环保兼顾。
摘要：近年来,交通业的快速发展对桥梁建筑提出了更高的要求,尤其是大跨径连续刚构桥,已成为主流的设计桥型。大跨径连续刚构桥对线型设计、结构计算以及抗震能力都有着很高的要求。为更好地加深对此类桥型的了解,本文将对大跨径连续刚构桥的设计进行初步的探讨与分析。
关键词：大跨径连续刚构桥,桥型设计,结构分析,抗震能力
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