第一篇:桥梁设计论文
桥梁设计不仅要求结构合理,更重要的是符合美学的要求特点。众多的桥梁设计的灵感都是来源于生活当中,比如自然现象,仿生学,等等。下面举三座著名桥梁为例
1.西清桥
西清桥坐落在西清湖上的西清桥,是两江四湖上最为引人注目的桥梁之一,它的奇特与轻巧,就象一个精湛的工艺品,让人把玩不够和赞赏不已。
原西清桥建于一九八三年,桥长42.5米,宽4.3米,现浇混凝土作拱,方料石嵌面,栏杆也是混凝土的。人们注意到:那时的桥体,西半部仅是一段河堤而已,桥东端才是有着三个桥拱的桥,那三个拱也只能容得小竹排通过,平时起着通水作用。
新西清桥桥型设计灵感来源于英国伦敦剑河上的数学桥。伦敦数学桥是一座木质桁架桥,造型别致,有二百五十多年的历史。当地盛传,数学桥是大数学家牛顿在剑桥教书时,亲自设计并建造的,整座桥体原本未用一根钉子和螺丝固定。后来还传说,这是英国桥梁设计大师威廉姆.埃斯里奇的杰作,而且是他在游历东方以后,受中国桥梁的启发而设计的。实际上,这座桥是由詹姆斯.埃塞克斯根据埃斯里奇的设计而建造的。它展示出现代钢梁桥的雏形,其桥身相邻桁架之间均构成11.25度的夹角。在十八世纪,这种设计被称为几何结构,所以得名“数学桥”。新的西清桥取世界名桥之形,融桂林山水之魂,英国的数学桥是单拱桥,西清桥为两个拱的人行桥,双拱,不仅可以扩大通航水面,桥下十分通畅,而且在景观上显得轻巧剔透。桥长48.8米,宽4.5米,桥身装修全部采用名贵的红松木,它色彩醒目,体量轻巧,结构奇特,线条流畅,在蓝天、碧水、青山、绿树中形成了亮点。
2.微型立交桥
大学生设计微型立交桥设计图,欲解北京拥堵 专家称会更堵。面对日益严峻的交通拥堵,交通专业大学生李旭用两年时间设计“微型立交桥”,在他的设计中,十字路口不停车,还能节省空间。该设计引发网友热议。一些网友认为,该方案有利于解决北京交通拥堵。李旭也表示其方案适合北京。但有专家指出,如果采用,只会加剧拥堵。“微型立交桥”也引发人们对北京现有立交桥的关注,部分市民列举一些立交桥存在设计问题导致堵车。
近日,“微型立交桥”设计图现身网上,引来众多网友发问。“北京的立交桥能不能用这种设计?”“这个方案没有红绿灯,所有车辆都可以直行、转向、掉头。”
现有的立交桥,比如北太平庄桥,主线直行无红绿灯,转向车辆需要等灯。“微型立交桥”的设计能解决这个问题。
该设计图一出,引发网友对北京现有立交桥的挑刺。网友Ttyin说,北辰立交桥缺少由北向东衔接北四环东向的引桥。北三环与北四环的万泉河桥,缺少万泉河桥由南向西连接北四环西行的引桥,造成西行北四环的车辆不得不到颐和园路立交桥下掉头绕行。还有网友指出,许多干道与五环衔接处的立交桥,或无法驶出五环,或无法进五环。网友们表示,上述问题导致立交桥周边拥堵。
双井桥设计存在问题,公交站、地铁站、购物中心集中,环线出口车辆与自行车、行人交织,非常混乱,并希望“微型立交桥”方案能帮双井桥治堵
对于该方案是否适用于北京,设计者李旭表示乐观。他说,该方案特别适合北京,因为北京的交叉路口多,且道路比较宽,四平八稳。
李旭说,在长安街上,左转弯是个大难题,长安街拥堵也越来越严峻。但李旭的方案也受到一些市民的质疑。市民李先生在看了该方案以后认为其设计无非是把向外扩张的左转环线合并到主路内部。这种设计使得两条主路忽然缩减车道。这在需要减速的路口会造成大拥堵。
3.金门大桥
金门大桥金门大桥是世界著名的桥梁之一,是近代桥梁工程的一项奇迹。大桥雄峙于美国加利福尼亚州宽1900多米的金门海峡之上,历时4年和10万多吨钢材,耗资达3550万
美元建成,由史特劳斯设计。
1579年英国探险家FrancisDrake发现了连结太平洋和旧金山的一个海峡,这就是后来的金门。尽管这个名字在1849年的淘金潮以前早就使用,但淘金潮使得金门(进入北加利福尼亚的入口)成了加利福尼亚神秘魅力不可缺少的一部分。早在1872年就讨论过要在金门海峡修建一座大桥的想法,但是直到1937年才在海峡上修了一座悬索桥。金门大桥横跨南北,将旧金山市与Marin县连结起来。花费四年多时间修建的这座桥是世界上最漂亮的结构之一。它已不是世界上最长的悬索桥,但它却是最著名的。金门大桥的巨大桥塔高227米,每根钢索重6412公吨,由27000根钢丝绞成。1933年1月始建,1937年5月首次建成通车。
建筑简况
美国金门大桥金门大桥的北端连接北加利福尼亚,南端连接旧金山半岛。当船只驶进旧金山,从甲板上举目远望,首先映入眼帘的就是大桥的巨形钢塔。钢塔耸立在大桥南北两侧,高342米,其中高出水面部分为227米,相当于一座70层高的建筑物。塔的顶端用两根直径各为92.7厘米、重2.45万吨的钢缆相连,钢缆中点下垂,几乎接近桥身,钢缆和桥身之间用一根根细钢绳连接起来。钢缆两端伸延到岸上锚定于岩石中。大桥桥体凭借桥两侧两根钢缆所产生的巨大拉力高悬在半空之中。钢塔之间的大桥跨度达1280米,为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一。从海面到桥中心部的高度约60米,又宽又高,所以即使涨潮时,大型船只也能畅通无阻。金门大桥包括从钢塔两端延伸出去的部分,全长达2000米,为此,又分别在两侧修建了两座辅助钢塔,使桥形更加壮观。大桥的桥面宽27.4米,有6条车行道和两条宽敞的人行道。大桥的设计者是工程师约瑟夫·斯特劳斯,人们为纪念他对美国作出的贡献,把他的全身铜像安放在桥畔。铜像形象生动,神情自若。落成时间
金门大桥于1933年动工,1937年5月竣工,用了4年时间和10万多吨钢材,耗资达3550万美元。整个大桥造型宏伟壮观、朴素无华。桥身呈朱红色,横卧于碧海白浪之上,华灯初放,如巨龙凌空,使旧金山市的夜空景色更加壮丽。可是,由于一下雨,钢塔就会生锈,粉刷匠只能日复一日地刷上油漆。
金门大桥落成七十周年
美国金门大桥美国旧金山的地标金门大桥在2007年5月27日度过了七十岁“生日”。金门大桥行政区日前发布一份正式的报告,给建桥之前一位名为艾里斯的主要工程师应有的荣誉。一直到上个星期,金门大桥的功绩簿里都没有他的名字。斯特劳斯作为该的首席工程师长期以来被封为金门大桥之父,享有二十世纪最伟大工程师之一的荣誉。金门大桥尾端有一座雕像,是一九三八年他逝世后为纪念他而设立的。但是金门大桥的设计和上千笔建桥所需要的重要数学计算,在24日发表的新书“金门大桥:总工程师报告2”,其实是由名为艾里斯的工程师完成的。艾里斯却在金门大桥开工前被解雇,斯特劳斯抢了所有的功劳。艾里斯回到大学教书,于1949年逝世。七十年后,建桥的功臣得到了迟来的肯定。神秘的传奇并不影响每天十万通勤族,跨桥往来旧金山与北边半岛。金门大桥的形象成为旧金山最佳的代言,根据统计,每个月约有一百万游客来到此地。现有两百个人“伺候”金门大桥,包括收过桥费、维修和油漆钢索等工作。金门大桥的颜色并不是正红,而是红、黄和黑混合的“国际橘”,油漆工必须在移动的鹰架上油漆,先用压力清洗,然后上三层油漆,另一位同事绑在依附于钢索的蜘蛛网,做油漆检查的工作。金门大桥有美感也有问题。金门大桥以浓雾闻名,但雾和冬雨都是结构钢铁的最大敌人,严重的生锈,所有五百条悬吊钢索分时分段都更新过。七十年来有三次因为风太大,“风”锁大桥。
建筑美学
金门大桥桥身的颜色为国际橘,因建筑师艾尔文·莫罗认为此色既和周边环境协调,又
可使大桥在金门海峡常见的大雾中显得更醒目。由于这座大桥新颖的结构和超凡脱俗的外观,它被国际桥梁工程界广泛认为是美的典范,更被美国建筑工程师协会评为现代的世界奇迹之一。它也是世界上最上镜的大桥之一。金门大桥维护工作中,给桥身不断涂刷油漆是其中一项内容。金门大桥的维护工作还包括不断的加固工作,在1989年底发生Loma Prieta大地震后,当局聘请专家对金门大桥的脆弱性进行了详细评估,并制定了加固计划,分三期工程实施,第二期加固工程已于2006年中完成。
金门大桥装防自杀网
金门大桥虽然不是世界上最长的悬索桥,但金门大桥因其雄伟壮阔的造型而被世人所熟知。然而,导致这座大桥闻名遐迩的另一个原因则是它“自杀圣地”的称号。据统计,自大桥建成以来,共有1200多人从桥上一跃而下,诀别于世。由于桥面到海面的距离长达60米,再辅以人坠落时巨大的冲击力,自杀者基本上没有生还的可能性。仅去年一年就有39人在这里跳桥身亡,今年的自杀人数则暂为19人。居高不下的自杀人数使旧金山相关部门头痛不已。其实早在20世纪70年代,就有人提议在大桥上装上特定设施以阻止人们跳桥。当地桥梁管理部门于2008年10月10日投票决定在大桥上安装不锈钢网,这样整座大桥都会被网“兜”起来,自杀者就不会直接坠落到海面了。这项工程的造价约为400万到500万美元。当地的环保部门还要对工程进行进一步审查,确保其不会对环境造成破坏,也不会影响到金门大桥的美观。虽然给大桥围网的初衷是好的,但此计划还是招致了一些异议。批评人士指出,与其在大桥上一掷千金,还不如用这笔钱来帮助自寻短见者战胜心理疾病,提高他们的心理健康水平,这样才能从根本上解决问题。
第二篇:桥梁概念设计论文分解
武汉理工大学研究生 期末考试试卷
课 程:桥梁概念设计
题 目:国内外船撞桥事故的研究与防护
学 生: 刘赞
学 号:1049721401638
2014年 12 月 22 日
前言
桥是国家公路、铁路交通命脉的咽喉,中华人民共和国成立以来,特别是改革开放之后的时间中,新建桥梁规模之大、数量之多、速度之快,举世瞩目。但同时货物的运输量53%是通过水路,靠船舶运输,尤其是在外贸中,这个比例达到90%。于是船舶越来越多、船舶吨位越来越大,有些吃水深船体大的海船是无法进入我国大部分内陆河流的,不得不靠吃水较浅、吨位在500~1000t左右的机动驳船来分散驳运。于是内河上的运输船舶也就越来越多。虽然船舶通过航道进入桥孔下通过时,都没有航道标志和航标灯等警示装置,但由于种种原因,还是有船舶撞到了桥梁,并造成了财产和人员的伤害。
根据各种相关资料文献的介绍,船撞桥事故在世界各地一直不断的在发生,船撞桥事故的频率比我们想象的更经常;由船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环境破坏是惊人的。很多船撞桥事故轻则损失数万元,重则人员伤亡、损失以数百万、数千万甚至数十亿美元计,大量的间接损失更是难以计算。况且,人的生命是无价的,牵扯到人员伤亡的事故更是令人痛心。
所以我们应加强对这方面的研究,并争取找到更好的防范方法减少船撞桥事故的发生。
关键词:船舶;桥梁;船撞桥;事故
国外典型船撞桥事故
世界上损失最大的船撞桥事故之一是美国的阳光大桥被撞事件。1980年,美国福罗里达州横跨泰姆伯(Tampa)湾的阳光大桥被一艘空载的35000t载重的散装货轮M/V Summit/Venture号撞击而倒塌,事故中35人丧生,船舶价值1300万美元,阳光大桥的价值是25000万美元,损失巨大,该桥后又重新修建。
阳光大桥被撞毁情形
1993年,美国亚拉巴马州莫比尔附近横跨贝优卡诺特(Bayou Carrot)的CSX铁路大桥,被一个拓驳船队严重撞击。当时正值雾天,该船队误驶入莫比尔河的侧航道,造成撞桥事故,使桥梁结构产生巨大位移,恰好几分钟后一列旅客列车从桥上驶过,大桥即刻坍塌,列车出轨,47人丧生,见下图。
CSX铁路大桥被撞毁情形
近几年,船撞桥事故频繁发生的局面似乎并未有很大的改观,重大的船撞桥事故仍时有发生。
2001年9月16日,美国南部德克萨斯州最长的跨海大桥“伊莎贝拉皇后大桥”被一艘拖轮撕开一道长达72m的缺口,两个桥孔坍塌,5辆桥上行驶的车辆坠入大海,4人死亡,桥下的电话线、自来水管以及银行通讯系统均遭到破坏,通过该大桥与大陆连接的著名旅游胜地帕德利岛与外界的联系中断了数日。
2002年5月26日,美国俄克拉荷马州阿肯色河上,一艘拖轮顶着两艘运油的空驳船撞上一座有20年历史的公路桥的一个桥墩,造成公路桥坍塌,至少有17辆汽车从20m高空坠入河中,死亡17人。这次事故严重阻碍了横穿俄克拉荷马的40号洲际高速公路公路的交通,修理并重新开放这座大桥需要六个月时间。我国典型船撞桥事故
在我国,船撞桥事故也是频繁发生。如武汉长江大桥自从1957年建成以来,大约发生了70起船撞桥事故,其中经济损失超过百万的大事故超过10起;南京长江大桥至今已发生30起船撞桥事故。
2000年12月7日,广东省东江流域一艘“三无”载客船撞上黎咀大桥后翻沉,船上44人全部落水,6人死亡,2人重伤,4人轻伤。
2001年10月20日,浙江绍兴一座55m长的小桥被一艘运送黄沙的水泥船撞翻,段为两截,船长掉落河中死亡。
2007年6月15日凌晨5时10分左右,轰隆一声巨响,横跨西江,全长1675.2米的九江大桥塌了200米。正在桥上行驶的4辆汽车与2名施工人员像下饺子一样坠入河中,共造成8人死亡,这就是当年轰动全国的“九江大桥6·15船撞桥断事故”
著名学者戴同宇通过调研和实证掌握了一百余份相关文件,包括四十年来发生在十余座我国长江大桥的200余起船撞桥事故,他得出了一些重要的结论:我国长江主线发生船撞桥事故的基本趋势依旧是呈现增长趋势的。3 分析产生的原因
从1959年到现在所发生的有记载的船撞桥事故中,记录总数为213个,其中长江172个,黑龙江12个,珠江12个,沿海及其他区区域17个。
在事故所涉及的35座桥梁中,其中按照撞桥的位置区分,撞桥墩的有148起,占69.5%,撞桥墩防护装置的有20起,占9.4%,撞上部结构的有12起,占5.6%。
从我国及国外在桥区水域发生的多起桥梁坍塌事故案例知道,船撞桥的主要因素有以下三个方面:
第一个方面是客观的自然条件因素,特别是遭遇到像台风、浓雾等恶劣天气情况,由此会影响航行者视线而误判方向。第二个方面是主观的技术问题,船舶制造技术及船员航行技术不完善不熟练引起船撞桥事故。进入航运市场的大批量的低质量船舶,其质量以及寿命无法得到保障,甚至有部分严重缺乏高频电话等基础设施的中小型船舶投入使用;另外船员数量不足、疲劳驾驶、缺乏航行技术以及较低的素质也是造成事故的原因。
第三个方面是主观桥梁施工致使船舶通航环境发生改变,另外豆腐渣式桥梁工程、不全面不到位的施工防护措施、监管人员配备急缺以及应急救助方案制定的不及时是发生水上桥梁区交通事故的主观因素。
有长江干线发生船撞桥事故的统计数据说明了以下一些问题,我认为可以应用于绝大多数船撞桥事故的原因。
(1)长江干线船撞桥事故数量总体呈增长趋势,应引起各有关方面的重视。
(2)洪水对船撞桥事故有显著的影响。洪水季节船撞桥事故明显增多,事故率可达约平均值的3倍左右。
(3)船队比单船更易发生撞桥事故,事故数量占总数的86%。(4)船撞桥事故更多发生在能见度较差的情况下,与良好能见度情况相比,事故数量比约为8倍。但由于数据不十分充分,尚不能下最后的结论。受黑暗和城市灯光的影响,21:00左右船撞桥事故较多。
(5)在长江干线上发生的船撞桥事故最主要的原因是人员失误,在155起明确指出事故原因的事故当中,人员失误为121起,约占78%;第二位原因是恶劣的自然环境,约占16%;第三位原因是机械故障,约占6%。三者之比大约为13:2.8:1。
(6)船撞桥事故与桥下通航宽度密切相关。3/4以上的船撞桥事故发生在通航孔宽度在150m以内的桥梁内。
显然,无论国内还是国外,船撞桥事故的主要原因——人员失误都占70%以上,造成的和后果是很严重的。4 如何防止此类事故的产生
我们要做的就是设置防撞保护系统;然而对大量被撞垮的桥梁调查得知,几乎所有的桥梁均未设置防撞保护系统;即使少数有防护系统的桥梁,也因设计防护能力不足而未能抵挡住船舶的撞击。
从概念上讲,当撞击力大于桥墩的承载能力时,桥梁的抗冲击能力既不能由桥墩提供,也不能靠撞击的船舶提供,这是因为:
①桥墩的刚度总是较大的,不可能产生较大的塑性变形来缓解撞击动能;
②为了桥梁上部结构的安全,不允许桥墩有较大的位移; ③肇事船只的船头刚度不论多小,变形量也只能船头钢板的压扁长度提供,故不可能产生较大的变形,由此缓解的撞击动能与总的撞击动能相比是较小的。
由此可见,桥梁不设防护系统时,船博将直接与墩身接触。由于二者的刚度均较大,变形量较小,不能缓解撞击动能,因而将产生极大的撞击力,造成船毁桥塌事件。
所以,桥梁的抗冲击能力一般只能由防撞保护系统提供,以缓冲船舶的撞击力,使桥梁和船舶的损失程度尽可能缩小。美国铁路工程师协会的“防撞保护系统设计规范”中规定:“设置防撞保护系统的目的,是使其保护的铁路桥梁及桥墩面遭船舶突然撞击而可能产生的破坏。设计这类防护系统以改变撞击力的方向,或吸收撞击能量,使撞击动能消散,或限制及降低由船舶转移到桥墩上的能量,使桥墩不被破坏。”
下面我将根据一些实例介绍一下目前桥梁防撞的措施: 1.缓冲材料方式
1)濑户大桥
1981年9月至1983年5月期间作为试验在濑户大桥5#桥墩周围设置了橡胶制空气式缓冲材料和钢制缓冲材料,如下图所示。空气式缓冲材料是6个直径为4.5m,长为12.0m和6个直径为4.5m、长9.0m的缓冲件。缓冲件之间在其断面中心处用链条连接,各级冲件安装有不绕轴旋转的垂重链(直径32mm,4链)。
试验结果为:各缓冲件内气压下降0.004~0.017Mpa,其他连接钩环、系泊用链、垂直用链均有不同程度的腐蚀。
2)岩黑岛桥
岩黑岛桥2#桥墩的角部设计装置了槽型缓冲材料防撞设施,如下图所示,这种防撞设施能吸收的最大冲撞规模为200t的船,航速为2.8m/s;100t的船,航速为3.4m/s。
2.绳索方式
1)柜石岛桥
该桥与岩黑岛桥2#桥墩相同,在桥2#桥墩的墩角处装置了槽型缓冲材料,其他处在航道侧的3个边倒采用了绳索方式防撞设施,如下图,大致以水面附近为中心上下排列着17根钢丝绳体(直径20mm)。
2.缓冲工事方式
1)Richmond——San Rafaei桥
该桥在易撞桥墩周围设置的缓冲工事为木质桁架构造如图所示,该工事涉及水面上下范围+4.5m~1.5m。
1951年8月5日,美国海军一艘排水量为1450t的舰只由于舵故障而冲撞该缓冲工事;其结果是,受冲撞部分的缓冲工事完全被破坏,桥墩无损伤,冲撞舰只也损伤轻微。
2)濑户大桥
该桥5#桥墩西面设置多孔构造钢制缓冲工事,其他面设置了空气式缓冲工事,分布在南北两侧桥墩拐角部分和其他部分。它们的断面形状如下图所示。
该缓冲工事于1981年10月12日尚在建设时,为了加固5材桥墩,一艘运土船,碰撞了该墩西南向的钢制缓冲工事的角部;当时,水流与船的前进方向相反,流速为1m/s。这次事故使该缓冲工事发生了宽约3m,高约3m,凹入约为30cm的变形,运土船未被破坏。3.重力式方式
1)Tasman 桥(澳大利亚)
该桥于1964年建成,桥长1025m,最大跨径94m;在主航道宽为73m的两侧14#和15#桥墩处设置有重力式防护设施,如下图所示;它是从桩顶把预应力混凝土构造物通过销栓连接沉吊而成的,当船舶冲撞它时,它便作水平移动而吸收船舶的冲撞能量。
4.桩方式
1)Trom桥(挪威)Trom桥全长1016m,主跨径为80m,航道宽为60m,防撞设施于1959年设置为护舷物方式,如下图所示。
1961年11月,一艘载重量为10000t的货轮冲撞东侧护舷物,使大部分水平板和混凝上桩被撞坏沉入海底,于是在1975年,又设置了环状护舷物式防撞设施。如下图所示,它在钢桩上配置了钢筋混凝上,钢筋混凝土包围着主跨墩的4根桩柱。
1975年7月,一艘游船撞上该环状护舷物,船侧以及4个船舱裂纹,安装在护胶物上的木材被压溃,可是,硅和钢制护舷物本体无损。由此可见,如果没有设置该防护设施,该桥被冲撞的后果将不堪设想。5.沉箱方式
1)Outer 桥(美国)
该桥桥跨为90m+115m+230m+115m+gom,桥墩尺寸为36.5m*l8m。距桥墩一定距离处设置有防撞沉箱,沉箱是在直径为13.5m的刚圆筒沉箱中装满砂,顶部装有厚度为1.5m的RC板。该沉箱设计抗撞能力为40000t的船,速度为1.54m/s,该沉箱设置状况如下图所示。1963年,一艘排水量为12200t的加拿大船冲撞沉箱后,又与航道面的桥墩相碰,冲撞船的侧外板多块受损。桥墩只有几块小的混凝土片被撞下,防撞沉箱部分破坏。
6.人工岛方式
Brevik 桥(挪威)
该桥长度为677m,主跨为272m,主跨两侧的侧跨为85m。在桥上游峡湾深处有一港口,从那儿出港的船舶冲撞南侧桥墩的危险性极高,通行船只最大可达35000t,在南侧桥墩处设置了填土区域,如图所示。虽然在吸收冲撞能组的同时,航行深度也受到了一定限制,但是,至今为止己有多次在接近事故发生时船舶却在离桥墩20m以上的地方搁浅。
在所有的船撞桥事故的发生因素主要涉及人、船舶、通航环境、管理等四方面。事实上,很多事故是在几个因素同时交织存在的复杂情况下发生的。因此,欲有效防范船撞桥事故的发生,应从多个侧面进行系统分析,从而形成安全监管合力,降低事故的发生几率。
首先,建立健全桥区水域的通航安全监管制度要有效解决桥区水域的通航安全这一难题,仅仅依靠海事部门加强现场监管远远不够,还需要全社会共同关注,各相关单位、部门积极应对、共同解决。因此,笔者认为迫切需要制定实施桥区水域通航安全监管制度,为解决桥区水域通航安全问题提供必要的法律依据。桥区水域的通航安全监管制度应重点明确桥区水域的范围,关注对桥梁防撞的设计和建设、桥区助航设施的设置、桥梁建设施工前的通航安全论证、桥梁施工作业期间的安全保障措施,以及桥梁投入使用后桥梁所有人、经营人对桥区通航安全的保障责任,船舶通过桥区水域时的安全航行要求,桥区水域河道采沙作业的限制等内容。
其次,加强公司的安全管理为从源头上遏制船撞桥事故的发生,应进一步加强辖区航运公司的安全管理,促进企业落实安全生产主体责任,督促航运企业加大安全投入。一是要加强辖区公司SMS运行的日常监管工作力度,使其体系运行有效。二是对于非强制建立体系公司,按照《中华人民共和国航运公司安全与防污染管理规定》切实加强对公司的安全监督管理工作。三是要重点加强对中小型航运公司,尤其是委托经营公司的安全管理,督促企业切实落实安全生产主体责任。四是要加强公司安全文化建设,切实做好船员的安全培训工作,不断提高船员的应急反应能力。
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第三篇:桥梁整体设计技巧论文
摘要:钢结构具有轻质、高强,抗拉、抗压性能强等优势,因而在我国桥梁建设中应用十分广泛,钢结构桥梁整体性能的好坏,与其整体设计密切相关。文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念,基于关键技术,探讨了桥梁整体设计优化策略。
关键词:桥梁钢结构整体设计
中国钢结构桥梁的发展,近年来取得了骄人的成绩,南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造,表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物,现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统,有明确的承载安全和服役耐久性要求。
一、钢结构桥梁整体设计理念概述
钢结构的特点是质量轻,强度高,并且具备其抗压以及抗拉等相关优点,对于混凝土结构而言,其外观更为直观,强度等级更高。在我国,钢结构桥梁应用十分广泛。因为作为钢结构的施工而言,其施工周期短。钢结构桥梁主要应用在:
①城市立交桥段,尤其是交通要道处,如果采用混凝土桥,必然增加施工周期,对于现场交通不能较好地维护。
②大跨径海、江、河桥梁(长江大桥、杭州湾大桥等),因为大跨径的要求下,只能考虑钢结构,因为如果采用混凝土结构,根本满足不了大跨径要求。
1.1钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为100年,与国际标准(BS5400,EUROCODE)基本一致。完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外,尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。
1.2钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷,在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下,这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹,导致材料和结构力学性能劣化。对桥梁钢结构而言,完整性和损伤是相对应的,损伤程度将会对结构的完整性带来影响,损伤极限则是结构的失效。而损伤容限是指钢结构在规定的使用周期内抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。损伤容限概念的使用是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷,但可通过结构完整性设计方法评判带缺陷或损伤的钢结构在服役期限内的安全性。
国内桥梁钢结构因损伤导致局部破坏的实例近几年时有发生,结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统失效过程关注的同时,也引发了人们对如何保证桥梁钢结构系统整体完整性的思考。
二、桥梁钢结构整体设计策略
2.1横向抗倾覆稳定设计钢结构的桥梁普遍比较轻而且强度非常高,然而,在小半径以及多车道设计时,其横向抗倾覆是当前研究的热点内容。早前的桥梁施工中,由于设计原因,导致在施工过程中或者桥梁使用过程中发生桥体倾覆。因为连续钢梁的半径比较小,所以相对而言,其跨度显得较大,如果再加上桥面宽于钢梁,这一必定显得活载不是最优,弄不好横梁外侧支座受力增大,而内侧支座出现不受力,这样横梁受力极其不均匀,发生梁体的倾覆。在设计过程中,通过合理的计算,来设计横梁的偏心受力情况,这样即可满足桥梁的荷载要求,也能似的桥体均匀受力。在横梁处采取灌砂措施,并在满足规范的条件下,增加多车道时的桥梁整体稳定度。
2.2焊接结构完整性设计要点桥焊接结构的完整性设计是保障桥梁整体稳定性的重要因素,其焊接的接头形式因受力的不同而各有差异,其接头部位的应力作用导致了母材结构以及受力性能的不同,同时,在焊接过程中不能100%消除应力,焊接应力通常导致焊接接头的变形,造成焊接接头形成大量缺陷,不能满足桥梁整体性设计要求。所以在桥梁整体设计中,必须考虑焊接接头的设计,在满足相干规范的前提下,必须做到:
①因地制宜地选择形式,并通过焊接性检测要求来获取静力和疲劳等级,来决定焊缝相关形式。
②在焊接设计中,必须详细设计其关键细节,达到焊接中受力均匀,尽可能降低应力。
③在设计中必须考虑焊接检测相关要求,必须以无损检测等相关控制指标来检测焊缝质量。
2.3加劲肋设置加劲肋是在支座或有集中荷载处,为保证构件局部稳定并传递集中力所设置的条状加强件。加劲肋的设计,通常很多人都认为这方面是可有可无的,实际上必须通过设计计算才能决定是否加劲肋。加劲肋与否,是有腹板的h0/δ的值来决定。如果确定需要加劲肋,则优先考虑竖向加劲肋,并且其设置距离由腹板厚度以及相关剪应力来决定。当竖向加劲肋仍然不能满足要求时,可设置水平加劲肋,水平加劲肋是竖向加劲肋的补充形式。加劲肋的设置是因为原有构件截面的不足而用来增强抵抗弯矩和剪力的,因为设置加劲肋可以缩小原构件截面大小,从而有效的降低用钢量,压缩成本,所以在工程中,一般设置在原有构件上起到增强抵抗弯矩和剪力的作用。
2.4钢箱梁横梁设计当桥梁主道设计过宽时,必须优化车道钢结构宽箱梁,在设计中,重点满足其竖向计算要求,对于横梁的跨径,需要从支座间双悬臂简支梁的计算中得知,在支座处可采取竖向加劲肋相关措施,当竖向加劲肋不能满足要求时,考虑横向加劲肋,其计算措施与纵向计算措施相仿。
2.5施工人孔的设置桥梁的整体设计中,其不可忽视的一环是人孔的设置,通常情况下,人孔是为了方便施工,在桥梁箱梁顶板和腹板上开设。顶板施工人孔的具体位置可设置在1.5跨径处,而腹板的施工人孔的具体位置必须设置在应力相对薄弱的地方,比如简支梁,其腹板施工人孔可设置在跨中,而连续梁,必须精确计算剪力,选取剪力最小处。有时候人孔的设计不止一个,不能将所有人孔分布在相同断面,采取错开设置。当应力较大的地方必须加设施工人孔,必须采取加强措施。
2.6结构内力计算结构内力计算是以边孔采用单悬臂,中孔采用简支挂梁作为结构的计算模式。将桥梁纵向划分为多个单元,并对每个单元截面进行编号,然后进行项目原始数据输入。输入的数据信息有:项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。按全预应力构件对全桥结构安全性进行验算,计算的内容包括预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处滑动设支座,桥墩处设固定支座,碇梁与挂梁间存在主从约束,挂梁一端设置固定支座,另一端设滑动支座。牛腿计算是对预先设计好的牛腿尺寸和配筋分4个步骤进行验算:
①牛腿的截面内力。求出截面内力后对各种危险截面进行强度校核;
②竖截面验算。按偏心受压杆件验算抗弯和抗剪强度或按受弯杆件验算强度;
③最弱斜截面验算。求得最弱斜截面位置后,按偏心受拉构件验算此斜截面的强度;
④45°斜截面的抗拉验算。
三、结语
我国基础建设的加快,带动了桥梁技术的长足发展,在当前形势下,桥梁钢结构的整体应用也十分广泛,主要是在设计过程中的优化,才能确保桥梁钢结构的整体性、稳定性。必须从整体性角度出发,全面分析桥梁受力情况,加强焊接形式的优化设计,才能保障桥梁钢结构的整体质量。
参考文献:
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第四篇:大跨度桥梁设计的论文
一、非线性地震反应分析
大跨度桥梁结构的非线性可分为材料非线性(又可称为物理非线性或弹塑性)和几何非线性两种,一般情况下结构的几何非线性可通过考虑所谓的P-△效应来进行在结构非线性地震反应分析的计算理论研究方面,备受关注的是结构的弹塑性分析,这不仅是因为相对于几何非线性而言,结构的弹塑性性能对于结构的抗震性能影响较大,而且更由于问题的复杂性。所以国内外众多学者针对后者开展了大量的研究工作。在大跨度公路桥梁弹塑性地震反应分析的力学模型中,根据各种构件的工作状态,将结构简化为杆系结构是合理的,同时对计算而言也是非常经济的。若按构件所处的空间位置可把力学模型分为平面模型和空间模型两种。若按模型中所采用的单元应力水平的种类来分,又可分为微观模型(采用应力空间)和宏观模型(采用内力空间)两种。由于微观模型要求将结构划分为足够小的单元,尽管很有效但所需的计算量较大,只适用较小规模的结构或构件的非线性分析,因此在实际工作中应用的范围比较有限,所以这里仅按前一种分类方法来加以讨论。
在结构弹塑性地震反应分析中,构件恢复力模型的确定是基本的步骤而构件的恢复力关系又集中反映在滞回特性曲线上,基本指标有曲线形状、骨架曲线及其特征参数、强度、刚度及其退化规律、滞回耗能机制、延性和等效滞回阻尼系数等。国内外在这方面已进行了大量的试验研究并取得了相应的研究成果。在平面模型中,根据所采用的塑性铰类型可把它分为集中塑性铰模型和分布塑性铰模型两大类。在集中塑性铰模型中,有代表性的一种是Clough等于1965年提出的双分量单元模型,该单元模型采用两根平行杆来模拟构件,其中一根用来表示具有屈服特性的弹塑性杆,另一根用来表示完全弹性杆,非弹性变形集中于杆件两端的集中塑性铰处,该模型的最大不足是不能考虑构件刚度退化。另一种有代表性的是1969年Giber-son提出的单分量模型,它克服了Clough双分量模型的不足,同时只用两个杆端塑性转角来刻划杆件的弹塑性性能,而杆件两端的弹塑性参数又是相互独立的,因此应用起来较为简便。其缺点是基本假设中有地震过程中反弯点不能移动的限制,所以对一些与基本假设不甚相符的特殊情况其使用的合理性就受到了限制。
二、多点激振效应
通常桥梁结构的地震反应分析是假定所有桥墩墩底的地震运动是一致的。而实际上,由于地震机制、地震渡的传播特征、地形地质构造的不同,使得入射地震在空间和时间上均是变化的。即使其他条件完全相同,由于地面上的各点到震源的距离不同,它们接收到的地震波必然存在着时间差(相位差),由此导致地表的非同步振动。这一点已被地震观测结果所证实。因此,多点地震输入是更合理的地震输入模式。特别是大跨度桥梁结构,当地震波的波长小于相邻桥墩的跨度时,入射到各墩的地震波的相位是不同的,由于在桥长范围内各墩下的基础类型和周围的场地条件可能有很大的差别,因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有关实际震害表明,入射地震波的相位差可增大桥跨落梁的危险性。所以就地震波传播过程中的多点激振效应进行研究是有很大的实际意义的。
从概念上看,仅考虑入射地震波的相位变化情况属于行波效应分析问题。若再考虑地震波的波形变化就属于地震波的多点输入问题。从计算方法上看,由于多点地震输入算法与同步激振的计算方法不同,因此必须重新推导结构体系的动力平衡方程。美国学者Penzien和Clough于1975年推导了多自由度体系考虑地震波多点输入时的动力平衡微分方程及求解方法,通过所谓的影响矩阵,实现了地震波的多点输入算法。这种方法后来被广泛应用,目前所有考虑地震波多点输入的结构地震反应时程分析算法均以此为基本出发点。
综上所述,大跨度公路桥梁的多点激振效应分析是一个比较复杂的计算问题,其复杂性一方面在于计算方法上面,更重要的是对于不同类型的桥梁结构体系可能有着截然不同的计算结果。因此实际计算时只能针对具体的桥梁结构进行具体的分析,不能一概而论。从计算方法上看,目前有关研究基本上仍局限于线弹性体系的多点激振效应分析,而非线性多点激振效应与结构体系非线性地震反应分析的力学模型是密切相关的.
三、结构设计
上部构造形式的选择,应结合桥梁具体情况,综合考虑其受力特点、施工技术难度和经济性。简支空心板结构的桥型,施工方便,施工技术成熟;但跨径小,梁高大;由于桥梁跨径受限制,往往造成跨深沟桥梁高跨比不协调,美观性差;上部构造难以与路线小半径、大超高线形符合,且高墩数量增加;桥面伸缩缝多,行驶条件差。因而,在山区大跨度中,该类桥型一般用于地形相对平缓、填土不高的中、小桥上。预制拼装多梁式T梁在中等跨径桥中具有造价省、施工方便的特点,其造价低于整体式箱梁,是中等跨径直梁桥的常用桥型。但对于曲线梁来说,T梁为开口断面,抗扭及梁体平衡受力能力均较箱梁差,曲梁的弯矩作用对下部产生的不平衡力大。但当曲线桥的弯曲程度较小时,曲线T梁桥采用直梁设计,以翼缘板宽度调整平面线形,可减少曲梁的弯扭作用,在一定程度上可弥补曲线T梁桥受力和施工上的不足。虽然直线设置的曲线桥仍有部分恒载及活载不平衡影响及曲线变位存在,但较曲线梁小。此外,可以采取加强横向联系的措施,提高结构的整体性。对于大跨径桥梁,最好采用悬臂浇筑箱梁。但是对于中等跨径的桥梁,箱梁桥不论采取何种施工方式,费用都较高,与预制拼装多梁式T梁相比,处于弱势。
下部结构应能满足上部结构对支撑力的要求,同时在外形上要做到与上部结构相互协调、布置均匀。桥墩视上部构造形式及桥墩高度采用柱式墩、空心薄壁墩或双薄壁墩等多种形式。柱式墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式,其自重轻,结构稳定性好,施工方便、快捷,外观轻颖美观。对于连续刚构桥,要注意把握上下部结构的刚度比,减小下部结构的刚度比,减小下部结构的刚度,可减小刚结点处的负弯矩,同时减小桥墩的弯矩,也可减小温度变化所产生的内力。但是桥墩也不可以太柔,否则会使结构产生过大变形,影响正常使用,并不利于结构的整体稳定性。对于高墩,除了要进行承载能力与正常使用极限状态验算外,还要着重进行稳定分析。对于连续梁结构或连续刚构桥,各墩的稳定性受相邻桥墩的制约影响,应取全桥或至少一梁作为分析对象。稳定分析的中心问题就是确定构件在各种可能的荷载作用和边界条件约束下的临界荷载,下面以连续梁为例进行说明。介于梁、墩之间的板式橡胶支座,梁体上的水平力H(车辆制动力和温度影响力等)是通过支座与梁、墩接触面上摩阻力而传递给桥墩的,它不但使墩顶产生水平位移,而且板式橡胶支座也要产生剪切变形。当梁体完成水平力的传递以后,梁体暂时处于一种固定状态,但由于轴力及墩身自重的影响,墩顶还会继续产生附加变形,这就使得板式支座由原来传递水平力的功能转变为抵抗墩顶继续变形的功能,支座原来的剪切变形先恢复到零,逐渐达到反向的状态。
四、结语
山区大跨度作为公路工程的一部分,很多方面需要探讨。山区大跨度方案的确定应遵循“安全、舒适、经济、美观”的原则,只有把握好规律,抓住侧重点,山区高速桥梁的布置和设计才能准确无误。
参考文献
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[3]肖汝诚,郭文复.结构关心截面内力、位移混合调整计算的影响矩阵法[J].计算力学学报,1992,(1).
[4]唐茂林.大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发[D].西南交通大学,2003
第五篇:桥梁加固设计研究论文
摘要:交通行业近年来随着我国社会经济的不断发展而得到了快速的提升。桥梁作为交通行业中的重要部分,其承载能力直接决定了交通工程的安全性以及工程的使用寿命。本文就主要分析了桥梁承载能力的检测评定以及加固技术。
关键词:桥梁承载;加固设计;能力检测;评定技术
1桥梁承载能力系数的影响因素
1.1结构完整性
桥梁经过长时间的运行,部分构件会出现一定程度上的损伤,受力结构发生变化导致失去其合理性,从而产生缺乏整体性以及结构局部受力过大的现象,这些现象大幅度的降低了桥梁的承载能力,也就削弱了桥梁的安全性。
1.2裂缝
裂缝在钢筋混凝土桥梁结构当中属于常见的一种病害现象。裂缝的存在和发展会降低钢筋混凝土材料的承载能力、抗渗能力和耐久性,从而影响桥梁的使用寿命。一般情况下我们都将混凝土桥梁裂缝分为两种,即非结构裂缝以及结构裂缝。非结构裂缝只要就是指混凝土桥梁自身并不能够满足周围的环境的要求或者是自身性能不达标等原因而导致的一种裂缝。而结构裂缝则是由于桥梁结构的整体承载力明显下降而导致的裂缝。桥梁裂缝问题大多是在其结构受力之后出现,因此在处理桥梁裂缝的过程中要先通过其实际的情况来判断其属于哪一种裂缝问题,之后再采取合理的措施来进行处理。
1.3钢筋锈蚀
桥梁钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀严重的损坏了其构件的承载性能以及抗压能力。钢筋锈蚀的原因有多种,但其主要原因为混凝土密实性不足和钢筋保护层厚度不足。钢筋锈蚀对结构构件的损坏主要表现为降低了构件的截面面积、降低了钢筋与混凝土的咬合力以及桥梁结构的承载能力等。
1.4混凝土施工质量
桥梁施工过程中,如对水泥品种的选取、混凝土水灰比和保护层厚度的控制不严格,浇注完成的钢筋混凝土构件内部会存在着严重的质量问题,从而降低了混凝土结构的抗侵蚀能力,尤其是抗锈蚀能力,从而降低了其桥梁结构的承载能力。
2桥梁承载能力检测的评定方法
2.1经验法
经验法主要指的就是在评定桥梁承载能力时,需要具有丰富的工作经验的专家对结构抗力效应考虑引入不超过1.2的结构检验系数,并根据对桥梁现象调查的裂缝、桥台沉陷、挠度以及水平位移等缺陷和病害情况来对桥梁结构的强度以及稳定性进行验算。该方法主要应用于我国“十二五”之前。随着经济以及科学技术的发展,由于该方法受专家主观因素影响较大、其评定指标较为单一、难以把握其检算系数和评定标准以及无法定量化应用检测结果等缺点,其应用频率不断的下降。
2.2承载能力衰减时变模型法
变模型法要根据工程所处的地域以及桥梁结构的类型来确定是否使用,并且该方式对于钢筋强度、混凝土的强度和粘结性、碳化深度等方面的取值较为粗糙。但是该方式的应用为预测桥梁寿命以及旧桥承载能力的评定提供了有力的依据。应用该方式来建立不同损伤程度的桥梁承载能力的衰减模型时要对其混凝土强度、结构的耐久性参数以及钢筋的锈蚀程度进行充分的考虑。
2.3荷载试验方法
荷载试验方式能够直接获取在荷载作用下的桥梁结构的校验系数,并且能够保证系数的客观性以及准确性,从而准确的推断出桥梁的安全储备区间。但是在实际的应用过程中,该方式的耗时较长,并且其试验场地规模相对较大,同时还需要大量的试验资金,因此该方式适用于大型的、资金较为充足的桥梁工程当中。在桥梁承载能力的评定当中应用该方法可能会对其结构造成新的损伤,并且其结果反应的都是结构短期内的现象,若想要检测结构的疲劳特桥梁承载能力检测评定技术在桥梁加固设计中的应用赵鹏山东东泰工程咨询有限公司山东淄博256140性以及耐久性指标等就不能够使用该方法。
2.4基于动测参数的评定法
其承载能力的评定主要是通过结构在激振、荷载以及振动的作用下桥梁结构出现的反应来进行的。动测参数评定方式能够将结构在动力荷载的作用下的力学性能以及受力状况准确的反映出来,其结果与桥梁实际的状态较为切合。但是由于技术的限制,该方式还未形成一个较为完善简便的方法,并且也需要建立于承载能力和动态测试参数相关的计算模型。
2.5基于检测结果定量化的评定法
结果定量化评定法是在我国旧桥承载能力检定方法的基础上进行了修订。该方式能够在评测的过程中对桥梁的缺损状况、自振频率以及材质强度等方面的影响进行综合考虑,提高了评定结果的客观性。但是该方式的应用仍有部分的不足,主要有以下几点:(1)通过回弹法、钻芯取样法以及超声回弹法等方式来判断构件材质的强度,其结果与实际的差异较大。(2)由于工程计算模型的尺寸、边界条件以及施工原因等,通过实测自身频率和理论计算频率的实测值来确定分项标度的时候,其结果与实际的差异相对较大。(3)其规程针对的主要都是钢筋混凝土桥梁,对于钢筋混凝土的组合结构还有许多地方未得到明确。(4)在评测过程中考虑到了耐久性的影响,因此其构件强度、钢筋锈蚀程度以及电阻率的测区等方面的真实性是否能够代表构件的情况还有待证实。
2.6基于原始指纹评定法
原始指纹指的就是在桥梁刚建成时,通过对桥梁进行细致的检测而得到的资料,可将检测的桥梁状态作桥梁的初始状态。在进行桥梁承载能力的评测时可以将桥梁的原始指纹作为其结构的参照标准,并且能够将原始指纹与检测的结果进行对比。采用该种方式要以参数随着时间的衰减模型为参考来判断桥梁的剩余承载能力。原始指纹评定法能够使其检测结果与桥梁的初始状态进行对比,以此来获得结构的损伤程度。其思路相对明确,在评定的过程中能够避免计算模型与实际差异的影响,能够保证计算结果的真实性。但是该方式的主要缺点就在于其初始状态的调查需要大量的精力来进行测评,并且其承载能力的检测参数衰减关系不明确。
3基于桥梁承载能力的加固设计措施
3.1加装钢板
在桥梁加固工程当中,将钢板加装在桥梁外能够大幅度的增加桥梁的抗承载能力,而且桥梁横截面也不会大量增加。目前这种加固方式并未得到广泛的应用,其主要原因还是钢板的加工工作难度较大,在加装的过程中需要一定的支护设备,在其投入使用后还要不断的进行钢板维修与保养。当前加装的钢板的主要方式是在桥梁表面进行玻璃钢的粘贴。这种方式由于其材料的弹性模量不能够满足混凝土的要求,因此在加固之后一旦受力就极易产生变形。因此只能够在应用于临时加固以及没有大客车通行的桥梁当中。
3.2加装钢筋
加装钢筋的方式就是在桥梁的表面进行二次钢筋加装,固定桥梁表面,从而达到在不增加桥梁自身的重量的前提下有效的提高桥梁的抗弯性。该方式通常不用于城市的桥梁加固工程中,主要是因为该种方法会对桥梁的外观造成一定的影响。
4结束语
在桥梁工程当中,其承载能力的测评以及加固设计是重要的组成部分。在进行桥梁工程加固设计过程中要对其影响承载能力的因素进行充分考虑,同时要选择合理的测评方式,这样才能够保证加固设计以及措施的合理性。
参考文献:
[1]赵魁魁.刘波.桥梁加固设计中桥梁承载能力检测评定技术的应用探析[J].建筑建材装饰,2016(19).[2]张劲泉.我国公路桥梁承载能力检测评定技术的现状与发展[C]//2005中外桥梁病害诊治大会.2005.