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山区公路桥梁的设计

发布时间:2019-04-08   |  所属分类:工业设计:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  这篇论文主要介绍的是山区公路桥梁的设计的内容,本文作者就是通过对山区公路桥梁设计的内容做出详细的阐述与介绍,特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

山区公路桥梁的设计

  关键词:山区公路;桥梁设计;设计原则

  1我国山区的主要特点

  我国山区的特点可以概括为三复杂:第一,地貌的复杂性。我国山区存在着各种地貌景观,且地貌的变化较大,可能仅相隔一座山峰,相邻区域的地貌就存在较大的差异。第二,地形的复杂性。地形体现的是地表连续的形态与趋势的变化,地形的连续起伏在我国山区极为常见且基本上无规律。第三,地质的复杂性。由于地质历史年代久远,地下的地质变迁较为频繁,从而使得我国山区的地质条件极为复杂。在复杂的地貌、地形、地质条件的多重影响之下,设计人员在进行山区公路的设计时,必须要遵循因地制宜的原则。

  2在我国山区公路建设桥梁的必要性

  目前,我国的很多山区建设桥梁很多都需要跨越山谷,由于大部分工程的地理工程位置的地质地貌都具有一定的复杂性,所以在部分工程的桥墩架设施工中,坡面如果是山石风化面,那么后期就会出现比较严重的坡面破碎状况。在工程处于山谷位置时,由于很多山谷坡度较大,山沟深度大导致山体雨水冲涮后,会形成不同程度的沟谷。如果面对这样的地理环境采用常规传统的路基填筑方法来修建公路,效果差强人意;如果使用过后遇到汛期或者季节性降雨,那么后期路基可能逐渐的被掏空塌陷。因此,在山区公路跨越沟谷时,应当选择正确适宜的施工方法,通过架桥在沟谷两侧挑选距离水流较远的位置设计高墩,以其型式跨越山谷,提高整体桥梁的使用年限。

  3桥梁上部结构型式设计

  在山区修建公路桥梁,受地形条件的限制,其施工所需材料的运输不可能像在平原地区那样便利,施工方式也不可能采取类似平原地区的大面积展开式施工。因此,在山区建造公路桥梁,其上部结构必须尽可能地使用标准化预制件,相应的施工方式则为装配化施工。采用标准化预制件的装配化施工,只需通过类似现场组装的方式即可快速完成桥梁上部结构的大部分施工流程。目前我国对于桥梁标准化预制件的跨径类型有很多,在遇到特殊的地质地貌时,相关人员应当结合现场实际施工环境,通过合理的施工计划选择定制负荷跨径标准的预制件。标准化预制件的横断面型式有小箱梁、空心板与T梁等。在平原地区建造桥梁,需考虑减小路基填土高度、减少占地及降低路基处理难度等因素,故其上部结构应尽可能地降低高度。且平原地区路网发达,为处理道路与道路交叉问题,需设置分离式立交来保障行车安全。如果其上部结构型式选用小箱梁和空心板式,在架梁时一片梁的四个支点难以调平,故山区公路桥梁的上部结构型式采用T梁较为科学合理。

  4桥梁下部构造设计

  4.1矮墩

  在桥梁下部结构设计过程中,运用矮墩时多采用柱式墩及Y型薄壁墩,其中柱式墩用的范围最为广泛,我们所熟知的柱式墩一般有圆柱、方柱。圆柱在施工时与桩基的衔接工作比较稳定,因其外观质量比较容易控制。而方柱棱角分明,在桥梁施工过程中能够与上构梁体达到非常好的协调性,除了美观程度较高以外,还具有一定程度的视线诱导性。从整体受力情况研究分析,方柱的抗弯刚度相较于圆柱明显更大,所以在受力方面很明显要比圆柱更优质。而且在体系为连续刚构时,方柱会通过改变方向尺寸来调整墩柱的刚度以此完成墩柱整体受力的目的。圆柱性质则不同于方柱性质,从同性考虑其不易对墩柱刚度进行调整。

  4.2高墩

  当桥梁的墩高较高时,设计时除需考虑桥墩的强度因素以外,还应着重注意桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62―2012)第5.3.10条对于偏心受压构件的正截面承载力计算做出了规定,从中可以推导出:“当l0/h>30时,偏心受压构件将由材料破坏变为失稳破坏。”其中l0为受压柱的有效长度,一般在0.5~2倍墩高变化。l0的具体取值,需根据桥梁的上构重量、上构与墩柱的连接方式及墩柱的支承刚度等几种因素进行计算确定。

  4.3桥墩与路基断面型式的关系

  山区公路路基形式分为整体式和分离式。一般在道路选线设计前期,随着现代化环保以及科学发展理念,国家越来越重视工程与地理人文之间的协调性。在中长隧道路段进行路基施工时,如果利用分离式路基,其它的路段都是利用整体路基进行配合施工的。而在进行双幅桥设计过程中,为了避免边坡开挖过多,材料过度使用,相关人员可以利用双福四柱的形式来更好的加强边坡稳定性,从根本上控制工程造价,以此达到环保节约的施工效果。

  4.4桥台

  山区公路桥梁桥台一般采用重力式U型台、桩柱式台、肋板台等型式,其中最常用的是重力式U型台。山区地形横向及纵向坡度较大,为适应地形、减小开挖、节约圬工量,重力式U型台在设计时必须根据地形合理分台阶。另外,对桥台的基底承载力也应提出明确要求,若桥台基底承载力达不到设计要求,可采用基底换填、加深基础、加高侧墙等方法来提高基底承载力。桩柱式桥台抗推刚度小,故其台背填土高度宜控制在5m以下,联长宜控制在150m以内,若台背填土高度及联长超过该范围,则不宜采用桩柱式桥台。埋置式肋板台适应范围稍广一些,但其桥台高度不宜超过12m,对于桥台高度超过12m的高埋置式肋板台,可结合现场地形、地质、水文条件等方面的因素,采用加厚肋板、增加肋板个数、加粗桩径等方法加以解决。山区地形纵向陡峭,桥梁往往不能设置锥坡,故采用桩柱式台或肋板台将会受到一定限制,而当现场地形条件特别复杂时,可能会出现重力式U型台下设置桩基的情况。

  4.5基础

  山区公路的桥梁基础多为桩基础,一般也有部分为扩大基础。在工程处于地质条件较好的地区时,山区公路大部分都利用分离式扩大基础进行施工。其不仅能够完善地形横坡相关的施工要求,还能在最大限度上满足前期设计方案中所规定的承载力标准。但斜坡上的扩大基础应充分考虑基础扩散角、覆盖层厚度之间的相互影响,在地质情况较差的地区,公路桥梁应采用桩基础。桩基础按受力型式的不同可分为摩擦桩与端承桩,按施工方法的不同可分为挖孔桩与钻孔桩,挖孔桩造价较低,在桥梁施工中比较常见。

  5设计中应注意的问题

  5.1处理好跨径与墩高的关系

  在进行桥梁设计时,应当考虑桥梁的美学设计定律,在设置跨径和墩高之间的比值是应控制在0.618~1,这一比值不仅具有良好的经济适用性,还比较美观。在实际面对地区地形较为复杂的地区时,再设计过程中应当确定合理的跨径和墩高。

  5.2处理好上部结构与平面线形的关系

  桥梁的内外弧差作为曲线桥的重要特点之一,在受到公路平曲线影响时,如果墩台是纵向布置的,桥梁的内梁和外梁长度不一,平曲线的半径越大,内外梁的长度差值就会越小。解决此类问题首先需要根据实际公路的平曲线半径来控制实际的梁长变化,除此之外,如果在不改变梁长的情况下,可以利用现浇连续段加长方法或者加大帽梁或者封锚端来改变梁长。由于预制梁的长度不一,所以相关人员在实际施工时应结合现实工程情况不断地调整模板尺寸,对于梁进行编号处理。

  5.3结构体系

  由于多跨桥的墩高相差较大,需通过调整桥墩的线刚度来改善桥墩受力情况,从而使得桥墩尺寸规格各异,导致其施工过程相对复杂,同时影响了桥梁的整体美观性。

  5.4设计上的其他思考

  (1)对于桥面平顺性设计。在公路两相邻纵坡的交点处,其竖曲线设计如不平顺,会加大机动车对路面的冲击力动态增量。而在具有大纵坡的桥梁上,如纵坡变化点设置在桥梁跨中,机动车在行驶过程中对跨中的动载冲击能量将会急剧增加,从而影响桥梁扭矩。所以,桥梁的纵坡变化点最好不要设置在桥梁跨中,而应设置在桥梁支点附近。通过采用柔性桥面铺装材料或加强型的桥面铺装材料,来减少机动车的行驶对桥面的产生冲击动量,从而改善桥面出现不平顺的情况。(2)对于机动车冲击力及制动力等方面的设计。机动车在长、大纵坡的桥梁上行驶,由于曲线桥产生的离心力的作用,多梁式上部结构的外梁冲击系数会大于内梁冲击系数,从而对下部结构造成一定不平衡反力,使得桥梁动态能量急剧增加,长年累月将会给桥梁结构安全带来隐患。因此,在进行长、大纵坡桥梁设计时,要特别注意增加计算机动车的冲击力与制动力对桥梁结构产生的影响这一项目,且冲击力的计算还需采取结构基频的方法来分析确定结构的基本频率。(3)对于支座设计。一般的高墩桥梁都可看做刚构体系,但在交接墩或矮墩上均需设置支座。而对于曲线桥的支座设计,除考虑其支座的反力差以外,还应分析桥梁因变形所引起的方向变位差异,使桥梁支座能满足对不同方向变位的需求。

  6结束语

  综上所述,山区公路桥梁的建设难度大,所需费用高,在进行设计工作的过程中,应当遵循因地制宜的原则,严格遵守相关规范的规定,根据工程的实际地形、地貌、水文条件等情况,合理确定公路桥梁的位置与上部结构型式,保证整体工程的安全性,为我国山区公路桥梁设计可持续性发展奠定良好的基础。

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  作者:熊路 单位:湖南省郴州市城市规划设计院


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