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[摘要]桥梁工程下部结构是整个工程的基础,要保证桥梁工程的设计质量就要做好桥梁工程下部结构的设计工作。本文从桥梁下部结构型式选用、桥梁下部结构设计要点以及下部结构内力计算三个方面来对桥梁下部结构设计进行讨论。
[关键词]桥梁;下部结构;设计
随着交通行业的不断发展,一座座常规桥梁、非常规桥梁如雨后春笋般拔地而起。桥梁茌横跨大江大河上做出了很大的贡献,桥梁下部结构的设计对装个桥梁工程有着很重要的影响。结构设计的是否合理,直接影响桥梁的造价、工程质量、建筑工期以及使用状况。
1、桥梁下部结构型式选用
1.1钢筋混凝土薄壁墩台
在填土较低以及河床较窄的情况下,为了缩短桥长、节约成本,不使台前锥坡压缩河床,可使用离河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台,并设置支撑梁莅墩台下面,整个桥梁组成框架结构系统,同时利用两端台后的被动土压力来维持稳定。
1_2埋置式桩柱式桥台
该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中,有单排桩柱式与双排桩框架式两种。采用该型式桥台,为保证路基稳定性,不能过多地压缩桥长,不少工程对此有深刻的教训。
1.3柱式桥墩
本型式桥墩有施工的简便性和较广的适应性,在软基中是很好的选择型式。分为:(1)带盖梁单排桩柱式桥墩,一般用于简支梁桥;(2)不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩,用于连续现浇箱梁。
在选用墩台的时候,要考虑如下两方面:
①为了降低结构受到软基位移的影响,在最大程度上缩减超静定个数,适当地减少桩根数,同时加大桩距。②在桩底同基层表面相近时,承载力与设计规定接近,就不需要再伸入基岩;如果没有充足的承载力,那么我们可以加大桩径再算,最好把嵌岩柱桩涣成摩擦桩。
2、桥梁下部结构设计要点
2.1桥墩的设计
对于高度不超过40m的桥墩,需使用Y型薄壁墩或住式墩。其中Y型薄壁墩是一种独柱双支座桥梁墩型结构,可被应用于平原桥梁项目以及山区桥梁项目中,Y型薄壁墩虽然能够提升桥梁的美观度,但也会导致施工难度大大增加。Y型薄壁墩结构主要应用于高桥墩形式中,若是将Y型薄壁墩结构应用于矮桥墩之中,不仅会降低桥梁的美观性,同时还会大大提升施工难度。柱式墩—般可以被划分为方柱墩和圆柱墩两种。从外观质量角度上分析,使用圆柱桥墩的作业施工难度要远小于方柱桥墩,同时也更有利于圆柱以及桩基之间的衔接。圆柱桥墩是平原地区桥梁施工经常使用的—种设计方式:从美观角度上来看,相比于圆柱,方柱具有更强的美观性,同时可以与上构梁体协调配合;从受力角度上来看,基于相同截面积的情况下圆柱所具有的抗弯刚度小于方柱,同时受力弱于方柱。
2.2桥墩以及路幅的设计
对于修建于山区地带的桥梁来说,整体式路基是其主要的路基形式。同时双幅桥也是山区地带桥梁项目常选用的设计方式之一。在开展双幅桥桥梁下部结构谢十工作时,—般需要开展单独、分幅设计,即为双幅四柱。如果桥梁的长度较大,同时桥墩相对较高时,需考虑采取双幅两柱这一常见的整体式路基形式。但总体来说,在桥墩的选择上,仍需设计人员综合考虑山区的实际地理环境来选择合适的桥墩。
2.3桥台的设计
—般来说,建设于山地的桥梁项目往往会选择使用U型台作为其桥台。设计人员在设计使用U型台时,需要对U型台高度进行严格的控制,要求其落差不得超过10m,另外台后填土高度不得超过5m,联长高度不得超过150m,埋置式肋板台高度不得超过12m。
2.4下部结构配筋设计
(1)盖梁配筋设计
①等截面连续梁可以用极限法,但不能完全套用,负弯矩处需留有富余。②变截面连续盖梁只能使用容许应力法。⑨盖梁的抗弯配筋,两种方法均不控制设计,主要由裂缝宽度控制。④抗剪设计,两种方法都对混凝土与箍筋承担剪力比例作了明确规定。这样梁体往往需要设置大量斜剪力筋给梁内布筋带来困难,配筋时可以通过多设箍筋,让昆凝土与箍筋承担更多的比例,使配筋自由度大一点。⑤盖梁配筋要注意“强剪弱弯”,大部分梁体破坏是由剪力不足造成的,对抗弯筋满腰求即可,而抗剪筋—般留有富余。⑥施工阶段应力计算多用容许应力法。
(2)桩筋及桩长设计注意事项
①桩筋设计目前均采用极限法进行桩体抗弯筋设计,这茌规范中已有详细公式。对桩体抗裂还没有明确要求,目前说法不一,有待进一研讨。对于基桩各截面的配筋,从理论上讲,应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大弯矩处进行配筋,从桩顶一直伸到最大弯矩—半处下—足锚固长位置,减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置,再下为素混凝土段,对于软基,桩主筋最好穿过软土层。②桩长谢十桩长计算不同于桩基配筋,仍采用容许应力法,最大竖向力应按容许应力法要求计算,不需考虑极限荷载组合系数。
3、下部结构内力计算
3.1盖梁内力计算
《墩台设计手册》中算例对墩台内力按下列方式计算;当荷载对称布置时,按杠杆去计算,当荷载偏心布置,按偏心压力法计算,两种布载状况的内力取大值控制设计。但这种算法仅为两种布载状况下的内力计算,不是各截面最不利状态的内力计算,所算内力存在着不安全因素。较适宜做法应先得出各截内力影响线,再对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不利横向布载,求出各截面内力最大、最小值,然后根据内力包络图进行结构配筋。
3.2桥墩内力计算
墩桩顶的最大竖向力计算同上;墩桩顶水平力计算,运用柔性墩理论中的集成刚度法,将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配;最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。
3.3桥台内力计算
(1)钢筋混凝土薄壁台土压力计算
软土地基上带基桩的薄壁台土压力计算要按承台底面以下—定深度考虑。
(2)埋置式桥台土压力计算
土压力一般是以填土前原地面或冲刷线起算的,对较差土质,需根据实际土质验算,确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平压力的影响。台后应选用透水、强度高、稳定性好的材料,否则渗水后摩擦角及粘结力下降,自重增加,台实际受土压力大于设计值,使桥台失稳。
(3)搭板对士压力影响
设搭板桥台还应考虑搭板作用后活载土压力改变对桥台有利的影响。
(4)桥头路基沉降、滑动验算
①路基沉降过大:桥头跳车,台背和梁端过早损坏;加大竖向土压力及负摩阻力,桥台盖梁开裂及村庄琪不均匀下沉:路面开裂及路基渗水,促使路基失稳。②路基滑动:导致桥台严重破坏此时桥台所承受水平土压力已远大于正常计算,对于桥头路基加宽或处于改河、填沟段或路基外不远有沟、河的,更要注意深层滑动验算。上述两项如不满足要求,须采用切实可靠措施进行处理。
综上所述,桥梁工程项目建设中,其设计人员应当善于对相关的工程实际情况进行总结,尤其针对其可能产生的问题进行分析与解决。不断提升我国建筑工程施工质量与水平。
[关键词]桥梁;下部结构;设计
随着交通行业的不断发展,一座座常规桥梁、非常规桥梁如雨后春笋般拔地而起。桥梁茌横跨大江大河上做出了很大的贡献,桥梁下部结构的设计对装个桥梁工程有着很重要的影响。结构设计的是否合理,直接影响桥梁的造价、工程质量、建筑工期以及使用状况。
1、桥梁下部结构型式选用
1.1钢筋混凝土薄壁墩台
在填土较低以及河床较窄的情况下,为了缩短桥长、节约成本,不使台前锥坡压缩河床,可使用离河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台,并设置支撑梁莅墩台下面,整个桥梁组成框架结构系统,同时利用两端台后的被动土压力来维持稳定。
1_2埋置式桩柱式桥台
该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中,有单排桩柱式与双排桩框架式两种。采用该型式桥台,为保证路基稳定性,不能过多地压缩桥长,不少工程对此有深刻的教训。
1.3柱式桥墩
本型式桥墩有施工的简便性和较广的适应性,在软基中是很好的选择型式。分为:(1)带盖梁单排桩柱式桥墩,一般用于简支梁桥;(2)不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩,用于连续现浇箱梁。
在选用墩台的时候,要考虑如下两方面:
①为了降低结构受到软基位移的影响,在最大程度上缩减超静定个数,适当地减少桩根数,同时加大桩距。②在桩底同基层表面相近时,承载力与设计规定接近,就不需要再伸入基岩;如果没有充足的承载力,那么我们可以加大桩径再算,最好把嵌岩柱桩涣成摩擦桩。
2、桥梁下部结构设计要点
2.1桥墩的设计
对于高度不超过40m的桥墩,需使用Y型薄壁墩或住式墩。其中Y型薄壁墩是一种独柱双支座桥梁墩型结构,可被应用于平原桥梁项目以及山区桥梁项目中,Y型薄壁墩虽然能够提升桥梁的美观度,但也会导致施工难度大大增加。Y型薄壁墩结构主要应用于高桥墩形式中,若是将Y型薄壁墩结构应用于矮桥墩之中,不仅会降低桥梁的美观性,同时还会大大提升施工难度。柱式墩—般可以被划分为方柱墩和圆柱墩两种。从外观质量角度上分析,使用圆柱桥墩的作业施工难度要远小于方柱桥墩,同时也更有利于圆柱以及桩基之间的衔接。圆柱桥墩是平原地区桥梁施工经常使用的—种设计方式:从美观角度上来看,相比于圆柱,方柱具有更强的美观性,同时可以与上构梁体协调配合;从受力角度上来看,基于相同截面积的情况下圆柱所具有的抗弯刚度小于方柱,同时受力弱于方柱。
2.2桥墩以及路幅的设计
对于修建于山区地带的桥梁来说,整体式路基是其主要的路基形式。同时双幅桥也是山区地带桥梁项目常选用的设计方式之一。在开展双幅桥桥梁下部结构谢十工作时,—般需要开展单独、分幅设计,即为双幅四柱。如果桥梁的长度较大,同时桥墩相对较高时,需考虑采取双幅两柱这一常见的整体式路基形式。但总体来说,在桥墩的选择上,仍需设计人员综合考虑山区的实际地理环境来选择合适的桥墩。
2.3桥台的设计
—般来说,建设于山地的桥梁项目往往会选择使用U型台作为其桥台。设计人员在设计使用U型台时,需要对U型台高度进行严格的控制,要求其落差不得超过10m,另外台后填土高度不得超过5m,联长高度不得超过150m,埋置式肋板台高度不得超过12m。
2.4下部结构配筋设计
(1)盖梁配筋设计
①等截面连续梁可以用极限法,但不能完全套用,负弯矩处需留有富余。②变截面连续盖梁只能使用容许应力法。⑨盖梁的抗弯配筋,两种方法均不控制设计,主要由裂缝宽度控制。④抗剪设计,两种方法都对混凝土与箍筋承担剪力比例作了明确规定。这样梁体往往需要设置大量斜剪力筋给梁内布筋带来困难,配筋时可以通过多设箍筋,让昆凝土与箍筋承担更多的比例,使配筋自由度大一点。⑤盖梁配筋要注意“强剪弱弯”,大部分梁体破坏是由剪力不足造成的,对抗弯筋满腰求即可,而抗剪筋—般留有富余。⑥施工阶段应力计算多用容许应力法。
(2)桩筋及桩长设计注意事项
①桩筋设计目前均采用极限法进行桩体抗弯筋设计,这茌规范中已有详细公式。对桩体抗裂还没有明确要求,目前说法不一,有待进一研讨。对于基桩各截面的配筋,从理论上讲,应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大弯矩处进行配筋,从桩顶一直伸到最大弯矩—半处下—足锚固长位置,减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置,再下为素混凝土段,对于软基,桩主筋最好穿过软土层。②桩长谢十桩长计算不同于桩基配筋,仍采用容许应力法,最大竖向力应按容许应力法要求计算,不需考虑极限荷载组合系数。
3、下部结构内力计算
3.1盖梁内力计算
《墩台设计手册》中算例对墩台内力按下列方式计算;当荷载对称布置时,按杠杆去计算,当荷载偏心布置,按偏心压力法计算,两种布载状况的内力取大值控制设计。但这种算法仅为两种布载状况下的内力计算,不是各截面最不利状态的内力计算,所算内力存在着不安全因素。较适宜做法应先得出各截内力影响线,再对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不利横向布载,求出各截面内力最大、最小值,然后根据内力包络图进行结构配筋。
3.2桥墩内力计算
墩桩顶的最大竖向力计算同上;墩桩顶水平力计算,运用柔性墩理论中的集成刚度法,将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配;最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。
3.3桥台内力计算
(1)钢筋混凝土薄壁台土压力计算
软土地基上带基桩的薄壁台土压力计算要按承台底面以下—定深度考虑。
(2)埋置式桥台土压力计算
土压力一般是以填土前原地面或冲刷线起算的,对较差土质,需根据实际土质验算,确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平压力的影响。台后应选用透水、强度高、稳定性好的材料,否则渗水后摩擦角及粘结力下降,自重增加,台实际受土压力大于设计值,使桥台失稳。
(3)搭板对士压力影响
设搭板桥台还应考虑搭板作用后活载土压力改变对桥台有利的影响。
(4)桥头路基沉降、滑动验算
①路基沉降过大:桥头跳车,台背和梁端过早损坏;加大竖向土压力及负摩阻力,桥台盖梁开裂及村庄琪不均匀下沉:路面开裂及路基渗水,促使路基失稳。②路基滑动:导致桥台严重破坏此时桥台所承受水平土压力已远大于正常计算,对于桥头路基加宽或处于改河、填沟段或路基外不远有沟、河的,更要注意深层滑动验算。上述两项如不满足要求,须采用切实可靠措施进行处理。
综上所述,桥梁工程项目建设中,其设计人员应当善于对相关的工程实际情况进行总结,尤其针对其可能产生的问题进行分析与解决。不断提升我国建筑工程施工质量与水平。