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桥梁设计原则

作者:核心期刊目录查询发布时间:2019-12-05

  结合实际,从桥梁设计的原则出发,分析了桥梁设计的基本要求。分别从桥梁上部结构设计与下部结构设计的要点进行研究,同时重点对桥梁的防水设计内容进行了介绍,目的在于提高桥梁设计水平,促进路桥事业的发展。

桥梁设计原则

  关键词:桥梁设计;防水设计;结构设计

  桥梁是公路工程的重要设施。桥梁设计方案对其最终的工程质量有直接影响,所以应选择科学合理的设计方案,才能降低桥梁病害出现的频率,从而提升桥梁工程的质量。

  1桥梁设计的基本原则

  桥梁设计应根据所在公路的作用、性质和未来发展的需要,除符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求外,还应按照美观和有利环保的原则进行设计,并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。

  2桥梁设计的要求

  桥梁的设计过程中,应确定荷载的标准,从不同的荷载标准入手,计算确定桥梁的最大剪力与弯矩数值。例如,桥梁的荷载等级设计为公路-Ⅰ级时,跨径20m的桥梁梁板支座位置为剪力最大的地区,即为180kN;跨中弯矩最大为360kN/m。当前我国最新的《公路工程技术标准》中对规定的标准荷载进行了细化。荷载标准的参数确定应该考虑到各个工况的荷载变化,而设计人员应从设计流程的角度出发,计算确定理论状态下的内力参数,然后根据最终的计算数据确定桥梁的尺寸以及应用的材料[1]。

  3桥梁上部结构

  目前我国的桥梁的上部结构形式主要有普通钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢结构、木质结构以及砖石结构等。具体的受力体系可以分为装配简支、先简支、整体浇筑等。根据工程所在地区的特点,结合跨径尺寸的要求确定合理的上部结构形式,从而可以有效避免桥梁裂缝的出现,延长使用寿命,具备较高的经济效益与社会效益。单孔跨径尺寸处于5~20m之间时,桥梁的上部结构通常使用装配简支体系的普通混凝土形式,也可使用整体浇筑的结构形式;桥梁的跨径尺寸处于10~20m之间时,通常使用装配普通混凝土T梁的结构形式,但是这种结构设计方案的复杂度较高,当前应用范围不大;如果单孔跨径尺寸处于20~40m之间,此时可使用装配普通混凝土T梁的结构形式,采用简支体系的方式;预应力混凝土桥梁的应用范围较大,通常应用在跨径超过40m的桥梁工程中[2]。在桥梁方案设计中,应结合等级的需求选择最佳的桥梁结构形式,如高速公路的多跨桥梁结构中,上部形式一般选择为连续桥梁的结构形式;下跨径桥涵或者通道的结构形式因桥梁下部的净空较低,并且不需要具备行洪的要求,同时也具备了搭设脚手架的条件,为了全面提升桥梁的受力能力,此时可以将上部结构进行现浇结构的施工。对于运输条件良好的区域,应在同一工程中应用一致的结构形式,可在制造厂统一预制,然后在现场进行装配施工。

  4桥梁下部结构

  桥梁的下部结构通常包含了盖梁与墩台的结构形式。对于抗震设防烈度在6度及以上的区域,设计方案要达到抗震的要求,此时可以应用简支梁到墩、台帽或者盖梁的边缘设置必要的安全距离,其最小值为a(cm)≥70+0.5L(L为梁的计算跨径,m)。具体的抗震结构形式按照施工所在地点的要求以及抗震设防烈度参数进行确定[3],墩台包括:

  4.1U型桥台

  该形式一般应用在填土高度处于4~10m的单孔及多孔桥,如果该地区的地质条件良好,地基承载性能会超过300kPa。某地区的桥梁工程中的跨径尺寸为4~10m,因地质条件良好,河床中分布着大量的卵石层,河岸两侧的填土高度都超过了4m,桥台使用扩基U型桥台,其承载性能达到了350kPa,达到了交通运行的标准。

  4.2柱式墩台

  柱式桥台自重较小,材料应用较少,且外形非常美观,刚度与强度较高,可以应用于多种地质条件下,施工较方便,在软土路基中应用效果明显。如在某跨径尺寸为8~16m的桥梁建设中,应用的是该梁桩柱式桥台的结构形式。在施工完成后,发现该工程的安全性与外部美观性都很高,工程成本较低,受到社会各界一致好评。

  4.3薄壁式轻型墩

  如果填土的尺寸较低,河床宽度较小,为减小桥体长度、降低成本,避免台前锥坡压缩河床,可以在靠河较近的位置应用台身直立的薄壁式轻型墩,该形式一般应用在跨径比较小的桥梁结构中。

  4.4肋式桥台

  为节约圬工体积,可以应用后倾埋置式桥台台身挖孔,制作成肋式桥台的结构形式。该形式的桥台通常布置在河岸上,台身则直接埋设在锥形的护坡中。该结构形式稳定性很强,可以应用在地质环境较差的地区。某地区中应用肋式桥台的结构形式,由于该地区柱式桥台的填土高度无法满足要求,肋式桥台不仅可以降低工程量,而且结构稳定性非常高,工程造价也很低。

  5桥梁设计与周边环境的协调

  桥梁在设计中应充分考虑到水文环境、地质条件以及外部自然环境,为缓解各方影响,应从以下几点入手:(1)全面应用各种桥梁桩基钻孔施工技术,该技术在我国的桥梁工程中应用较广泛,且具备多样化的特点,对周边环境影响较小,还能降低污染、降低成本。(2)桥梁在山区进行建设的过程中,要严格控制挖掘面积,综合比较多种设计方案,确定其满足安全性的要求后才能开始施工[4]。

  6桥梁防水设计

  6.1桥梁防水材料的选择标准

  防水材料要具备较强的渗透和抗冻能力。该材料还应该具备较强的黏结性,材料在黏结的情况下不会出现分层的情况,也不会出现气泡等质量问题。除以上要求,防水材料还应具备较强的抗滑、耐穿刺、耐高温等性能,并且不会因外部环境损坏。防水层的布置要综合考虑到各种使用工况,必须保证其不会受到外力作用而出现开裂的问题,在进行沥青材料铺设的过程中也不会受到损坏。

  6.2桥梁防水体系的建立

  (1)清除桥面的杂质,保证其表层无浮浆、油污等。(2)在基层表面涂刷处理剂,在该施工阶段应该保证桥面部分干燥。(3)防水层的铺贴施工,应先使用喷灯来进行桥面与防水卷层的加热施工,然后再弹出基准线,待材料出现初步融化之后就可以进行铺贴施工。(4)接缝位置的处理,应保证其具备密封性,铺贴施工完成后,检查该位置的密封性,然后应用喷灯进行加热,以满足其性能达标[5]。

  7结语

  桥梁设计应该综合考虑到各个方面的影响因素,选择最佳的结构形式,做好防水设计,保证结构的稳定性达标,延长使用寿命,使得桥梁更加安全,促进我国交通事业的发展和进步。

  参考文献:

  [1]张锋.山区桥梁设计的特点和方法研究[J].交通世界,2017(9):88-89.

  [2]梁祥,武圣章.现阶段桥梁设计及其抗震优化的探究[J].黑龙江交通科技,2016(11):104-105.

  [3]石春瑞.试论高速桥梁设计的要点[J].中国新技术新产品,2014(15):106.

  [4]马马.山区桥梁设计原则及设计要点初探[J].建设科技,2016(3):91-92.

  [5]刘静波.桥梁的防水措施设计分析[J].交通世界,2015(6):112-113.

  作者:许诚 马国亮 杨发顺 单位:江西赣北公路勘察设计院

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