山区重载公路桥梁设计及隔震设计

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所属分类:减隔震百科

山区公路建设在促进山区经济发展、改善山区居民生活质量方面具有重要意义。在实际施工过程中,由于山区地理环境的特殊性,自然灾害频发,以及重载车辆的影响,导致公路寿命不长,为了延长公路使用年限,需要做好重载公路桥梁的设计工作。基于此,对山区重载公路桥梁设计及隔震设计进行探讨,有关经验可供相关专业人员参考。

关键词:山区重载公路;桥梁设计;隔震设计

引言

我国是一个多山国家,山区面积占我国国土总面积超过70%,其主要位于我国西部,山区的地形结构和地质情况总体较为复杂,自然灾害多发。随着我国经济水平的不断提升,基础设施已经成为了我国经济发展的重要因素,因此公路建设速度进一步加快,山区的大量资源也得到机会运送出来。而为了进一步加快山区的经济发展,充分发挥自身的地区优势,为东部地区的经济发展提供更多的能源产品,进而为我国的经济发展给予更大的支持。

1山区重载公路桥梁上部的结构设计

由于山区部位地形地势变化较大,在公路建设过程中桥梁建设占据着极为重要的位置,但是绝大多数桥梁跨度较小,因此在实际建设过程中其具有施工快速简便、整体造价较低的特性,在实际施工过程中完全可以借助预制化构建进行施工。在桥梁的实际设计过程中必须根据公路周边的地形、地质以及自然环境展开综合性分析。在下文则对简支预应力混凝土空心板、先简后支连续预应力混凝土组合箱梁以及先简支后连续预应力混凝土T梁三种不同桥梁建设结构进行深入分析,说明其在桥梁上部结构设计过程中具有的基本特点。(1)当前的桥梁建设过程中简支预应力混凝土空心板施工技巧已经极为成熟,其实际施工也较为便捷,而该种施工方式主要应用于地势较为平缓的地段,实际填土跨径不超过15m。在山区的桥梁建设过程中往往受到地形的制约使得跨径和高度比例严重失衡,在影响桥梁美观性的同时,极大地增加了桥墩的数量,使得工程建设成本极大提升。(2)桥梁跨径为20~30m时则应当使用先简支后连续预应力混凝土组合箱梁施工技术,该种施工方式具有整体造价低廉,便捷性高等特性,是当前山区桥梁建设过程中最为常见的一种桥梁结构。这种跨度的桥梁结构与其它两种桥梁结构有所不同,其桥形结构较为美观,受力特性也远超于其他桥形结构,桥墩的数量较为适合,在实际施工以及后期的养护过程中投入的费用较少。在实际施工过程中可以通过架桥机进行桥梁安装,然后直接在已经浇筑完成的桥面上进行施工,该种方式能够极大地减少工程建设对公路沿线产生的环境影响。(3)桥梁结构超过30m时,则应当使用先简支后连续预应力混凝土T梁结构。在山区公路建设过程中将会受到路面半径较小的影响,常常会出现超高缓和路段,倘若选用混凝土空心板和箱梁组合的结构,则难以准确掌握桥梁架设支点的平衡性,常常会出现桥梁受力失衡和支座脱落的现象[1]。因此在实际施工过程中必须展开桥梁设计的深入研究,准确了解桥梁建设过程中的影响性因素,从而保证山区公路建设的基本质量,见表1。在设计重载公路桥梁路面时,要对轮胎荷载进行计算。目前,我国当前的设计规范主要使用圆中心距、双轮双圆等于三倍的接地半径、接地压力为0.7MPa的标准荷载图。此计算荷载图只可以用来对正常荷载情况下的车辆进行表述,无法代表重载车辆对路面造成的影响。研究证明,使用下述公式轴载计算方法更适用于山区重载公路,可以体现出轴重增加的情况下,轮胎接地面积和轮胎压力的变化规律。力学图式见图1。(1)式中:A是指轮胎接地面积,cm2;P指的是单个轮胎的荷载,N。

2山区重载公路桥梁下部的结构设计

在桥梁的下部结构设计过程中必须满足上部结构的受力需求,同时保证桥梁外形结构上下的协调。下文主要通过桥墩、基础以及桥台形式对桥梁的下部结构设计进行详细说明。2.1桥墩结构的选择通常情况下,桥梁跨度超过20m时桥墩高度通常不会超过15m,倘若桥梁跨径超过25m则应当保证桥墩高度为12~20m,跨径为30m的桥梁桥墩高度则应当为18~30m,倘若桥梁跨径为40m时则应当保证桥墩高度为24~40m。在山区建设的桥梁中桥墩主要分为两种,即柱式墩和空心墩。在山区公路建设过程中大量使用的柱式桥墩自身重量较轻,外观轻盈,整体结构稳定,施工较为简单,而该种桥墩结构能够适用于不同类型的桥梁建设,具有极强的灵活性。另外,由于山区公路桥梁跨越大量深沟山谷,往往会和溪水河流交错进行,因此倘若使用柱式桥墩将会极大减少对溪水河流的水流的干扰,保持公路沿线的原有环境特色,因此在较为干旱的西北部地区使用该种桥墩最为合适。而另一种桥墩结构空心薄壁墩比柱式墩美观性更强,但是实际施工的复杂性大大提升,因此在山区公路建设过程中使用较少。倘若在实际施工过程中存在坡度较为陡峭的地势则可以有效发挥空心薄壁墩的基本优势,只需要建设一个支架和一套模板便可以完成施工。2.2基础建设方式的选择在山区进行公路建设时地质条件基本都能够满足桥梁建设的基本要求,但是在部分地质条件较差的地段,则应当综合考虑地质条件、工程造价以及对环境影响等多种因素,选择适当的基础建造方式。通常来说,当地面坡度较小、岩层埋深较浅时,易采用扩大基础,当地形结构复杂、岩层埋深较深时,易采用灌注桩基础。2.3桥台形式的选择在进行山区公路建设过程中通常会采用重力式U型台,肋板式桥台以及桩柱式桥台等几种形式。其中重力式U型台对于施工当地的地基承载能力要求极高,所需要的混凝土浇筑量极大,而台前不存在溜坡,有效减少了桥孔的基本数量。而使用范围较广的肋板式桥台要求桥梁高度不能超过12m,因此在实际使用过程中受到了极大地限制[2]。桩柱式桥台推抗强度较小,当联长长度较长时其适用性将会大大降低,因此通常要求台后填土的高度不超过5m,联长不应当超过150m。而因为山区地形纵向坡度较大,通常不可以使用锥坡,因此在使用桩柱式和肋板台时会受到较大限制。

3重载公路桥梁的隔震设计

3.1山区桥重在载公路桥梁隔震设计的基本原理隔震是利用隔震体系,设法阻止地震能量进入主体结构。山区桥梁隔震设计的最终目的在于降低地震对桥梁结构产生的影响作用,增强桥梁结构的柔韧性,弱化桥梁不同构造之间的水平关联,最终在地震来临时减少地震对桥梁的损害作用。桥梁设计中的阻尼作用见图2,该种结构能够最大限度的消耗地震产生的能量,提升桥梁稳固性。而在实际设计过程中借助相关知识进行综合性考量,保证所有部件都能够形成较强的可塑性和弹性,最终通过精细计算和设计保证桥梁具有较强的隔震性能。3.2隔震装置的选择当前来说,我国的桥梁隔震装置主要包括以下几种:隔震支座、阻尼器、柔性桥墩以及隔震支座等。其中铅芯橡胶支座的隔震效果最为明显。在实际设计过程中应当根据桥梁桥墩的实际高度进行桥墩水平高度的计算,然后选择适合的隔震支座。当地震发生时,倘若桥墩刚度过大则会优先对其形成剪切破坏,因此在进行桥墩选择时应当尽可能选择柔性较强的桥墩,尽可能减少桥墩的直径。而在实际的桥墩设计过程中必须以减隔震设计为主,延性设计为辅,有效避免桥墩早于隔震支座出现屈服,见图3、图4。3.3强化桥梁隔震过程中附属构造的基本作用在桥梁隔震设计过程中,通过对桥梁装置、限位装置的深入分析发现,大量附属结构将会对桥梁的隔震作用产生较大影响,因此在实际设计过程中应当加强对附属结构的研究,对桥梁的抗震能力进行准确评估,同时保证桥梁附属结构能够和桥梁形成整体,最终保证桥梁建设的基本质量。3.4隔震计算方式的选择在桥梁隔震设计过程中应当选择适合的计算方法。目前国际上桥梁抗震计算主要有三种方法。静力法:把结构在地震时的动力反应看作是静力反应,忽略了地面运动特性与结构动力特性,具有局限性,目前很少采用。反应谱法:能够反映地面运动和结构的动力特性的相互作用,适用线弹性结构体系,无法准确反映结构非线性状态下的地震反应,适用于山区公路中小跨度桥梁抗震计算。时程分析法:可以精确地考虑地基和结构的相互作用、各种非线性因素以及分块阻尼等问题,适用于山区公路大跨度桥梁抗震计算。

4结语

总而言之,在进行山区重载公路设计时,要根据公路的具体情况选用合理的结构。为了保证公路桥梁的抗震性、可靠性和安全性,还需要做好隔震设计工作,调整桥台和桥墩的水平分配情况,降低地震对桥梁上部结构的影响,延长山区公路桥梁的使用寿命。

参考文献:

[1]刘延芳,叶爱军.减隔震技术在桥梁结构中的应用[J].世界地震工程,2008,24(2):131-137.

[2]聂肃非.连续梁桥橡胶铅芯隔震支座力学研究及应用[D].湖北武汉:华中科技大学,2010.

[3]杨德喜.RB隔震连续梁桥若干问题研究[D].湖北武汉:华中科技大学,2006.

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