[分享]桥梁设计那些事儿,你必须要懂!

发表于2020-02-13     331人浏览     2人跟帖     总热度:640   等级:

刚接触桥梁设计时,会特别喜欢钻研规范的每一个角落,各种套规范、卡规范,遇到问题会往复杂层面考虑,碰到特复杂的问题就没办法处理了。到一定阶段时,就不太愿咬文嚼字了,特别喜欢把问题往简单的方向思考,注重概念设计,从大方向进行控制。
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遇山挖洞,遇水架桥。一般来说,桥梁属于项目重要又不可或缺的一部分。路线专业综合各方面条件,定好道路走向后,在跨越河、山谷等地方,桥就应运而生。接下来就是桥梁工程师大展宏图的时候了。
商品房设计使用年限是5年,大桥100年,中桥50-100年,小桥30-50年。武汉长江大桥从1957年建成通车,到现在经历了62年,正值壮年。咱们前辈用水泥、砂浆、石头做的赵州桥,用了一千四百余年,其间经历了多次修复,仍屹立不倒。
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桥梁设计首先是核实桥所在位置的情况。地质特别不适合建桥的地方,赶紧与路线专业沟通,改线,毫不犹豫,生死一瞬间,全系于此。。。路线方向和河流方向不垂直的,那你当然要做斜桥了,让水流方向与墩的横向一致,最大限度减小冲刷,水滴石穿的道理无人不晓,更不用说是川流不息!
桥位处河流发生洪水时有多猛,以此作为设计依据之一。你可要搞清楚河里是否有船经过。你绝对不希望自己做的桥,没几年就被突如其来的大水淹没、冲不见或者被船给撞垮了吧?这就解释了,为何有的地方路很低,其中跨越河流的地方却抬得特别高。
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需要的水文资料,就可以定桥面高了。做低了要担风险,做高了会显得很没水平,浪费纳税人的钱,这就比较考验设计师的功底了。
定好桥面标高后,这是作为路线的一个控制因素,道路同志定纵断面时,桥位处标高不能低于这个控制标高。经过反复磋商、协调、折腾后,可以进一步定桥型了。
桥型的选择是非常灵活的,主要考虑投资和用途。钱多可以做的美观些,拱桥、斜拉桥、悬索桥等,各种造型燥起来,钱少只能选择常规装配式梁桥,经济一点。荒郊野外的公路桥,以使用功能为主,按常规做。城市桥梁,不仅要满足使用需求,还要满足桥梁美学及地标作用。
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你不想每天起来看到的,全是无任何槽点的普通梁桥吧;别人大老远从外地跑来旅游,不能没一点地标性的桥梁吧。总的来说,跨越小河小山谷采用梁桥和拱桥,或者组合梁桥;跨越大江大河,采用斜拉桥和悬索桥。

选好桥型后,还有个很重要的地方要定,就是定梁型。现在用的基本都是标准跨径的梁桥,笔者建议,单孔跨径不超过12m,用现浇板,施工方便快捷;单孔跨径不超过16m,用空心板,标准化生产,省时省力;单孔跨径不超过40m,用小箱梁或者T梁,工艺成熟,都有标准图集,设计施工都方便,省钱;单孔跨径不超过150m,用现浇预应力混凝土变高度连续梁结构,美观可行,国内技术也很成熟了;更大跨径的,则需考虑自重较轻的钢箱梁、钢混叠合梁、钢桁架等。

对于常规桥梁而言,很多时候会比较纠结单孔跨径问题。跨径选择小一点的话,桥墩个数和梁片数就多了,如果部分桥墩较高,就会很不经济;跨径选大了的话,梁会比较贵,墩柱及桩基的尺寸就会比较大,同样的导致不经济。这里就需要一个平衡了。笔者建议,优先考虑30m跨径的梁桥,特殊地区特殊对待。
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再厉害的工程师,也不可能一次就能选中最经济合理的桥型,这就避免不了多方案比选了,即拟定三种及以上桥型方案,分别从安全、经济、适用、合理等方面做出比较,选择最适合的桥型。这个就很需要经验了,一个好的方案,可能省钱数十万上百万。
接下来就是拟定结构尺寸。常规桥梁,都有各种标准图参考和利用,说的简单,就简单在这儿。即使是个门外汉,照着图集做,也不会有任何问题。当然了,使用图集时,你得适当考虑保守,你得明白最基本的一点:桥宽加大和跨径加大,会导致结构不安全,不想蹲小黑屋的话,就别犯这种低级错误。
有个需要注意的是,地震比较多和大的地方,必须考虑地震作用,加强构造。地震如何叫作大呢?咱们前辈们早已经根据多年的地震记录数据,结合经验,把全国各地的地震划分了级别,只要所在地的地震级别,比图集上注明的大,就要特别考虑地震作用。还有个不常见的需要注意的地方,可能很多初学者都会忽略。
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讲到了梁桥采用通用图设计时应注意的问题,新手很容易出现的问题是:出于安全考虑,在通用图的基础上加大下部结构的尺寸。一方面,通用图给出的尺寸已经是比较保守的了,人为加大尺寸,势必造成投资浪费;另一方面,这与桥梁的延性设计和减隔震设计要求背道而驰。
从建国至今,纵观这么多年的桥梁破坏,除了前面说的倾覆问题、洪水冲刷致基础被掏空(感觉身体被掏空)外,最大的敌人便是地震。有的桥可能运气不错,整个运营周期都没遇到强震,更多的桥就没那么好运了。
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结合以往的桥梁受地震的破坏情况看,最易出现问题的就是下部结构,其中墩柱是受灾最严重的地方。大量震害可看出,立柱抗弯和抗压是没有任何问题的,总是在柱底发生剪切破坏,像被人用剪刀剪断了似的,这就是柱的抗弯超强现象,太强硬了,也顶不住大自然的力量。
桥梁设计那些事儿,你必须要懂!_8既然不能和大自然作对,只能想办法去适应这种暂时不可预估的地震现象。桥梁设计师可以控制安全富余,使得桥梁在一般情况下都是绝对安全的,在这种不确定的强震情况下,允许有一定的破坏,就像插在土里的筷子,适当柔一点,减轻地震的力量。这个度的把握,才是一个合格的工程师应掌握的本领。
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结合以往的桥梁受地震的破坏情况看,最易出现问题的就是下部结构,其中墩柱是受灾最严重的地方。大量震害可看出,立柱抗弯和抗压是没有任何问题的,总是在柱底发生剪切破坏,像被人用剪刀剪断了似的,这就是柱的抗弯超强现象,太强硬了,也顶不住大自然的力量。

所以墩柱并不是越大越好。越是不确定性多,越能考验一个人的能力,当然了,风险也是有的。俗话说,把结构做大不算本事,把结构做小又经济耐用,才是大师。笔者惭愧,很多时候也会偏保守。还有个问题值得说一下,就是减隔震设计。一座桥立于天地之间,墩柱有长有短,就像一个家庭,共同承担和抵抗外来的压力。能者多劳,能力强的柱会受到更多水平方向的力量冲击。
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如何释放地震对桥造成的巨大瞬间水平推力。桥本身大部分部件都是钢筋混凝土,做的很柔的话,会特别不经济,只能通过构件之间的连接部位实现消能减震。 最理想的措施,就是在主梁和梁底的盖梁之间做文章(设置支座)了。在一定的自重压力、汽车刹车及车祸等冲击作用下,会发生轻微的变形后恢复,减缓这种作用,并能使行车舒适。在地震等强烈作用下,地面剧烈移动,桥梁下部结构跟着剧烈晃动,此时支座就充分发挥其作用了。

支座瞬间会发生较大变形,开始变形之后,阻力越来越大,变形越来越困难,会慢慢恢复原状。现在的很多重要建筑,为了抵抗强地震作用,在每个柱下也做了这样的支座,道理相同,也是为了保护建筑本身,消耗、减弱地震的力量。
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  • 奖励于 2020-02-17 10:23:50

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支座瞬间会发生较大变形,开始变形之后,阻力越来越大,变形越来越困难,会慢慢恢复原状。

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  • 奖励于 2020-02-17 10:24:34

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倾城月

北京 海淀区 | 路桥市政

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