合理化桥梁的介绍和应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaodong0814
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  摘要: 介绍了日本近几年发展的新型桥梁形式,以及合理化设计的设计理念。
  关键词: 新型桥梁,合理化设计
  
  中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
  
  前言
  日本是桥梁大国,特别是钢桥方面,处于世界领先位置,从1997年开始,日本陆续推出几种合理化的新型桥梁形式,并基本已经实现标准化设计及建设,主要目的是通过桥梁的结构简素化,合理化,达到缩减桥梁总体费用的最终目的。由于未来公共事业的经费缩减可能是整体的大趋势,所以这些新型桥梁的设计理念,对于未来桥梁的发展方向,具有一定的指导性。本文主要是介绍这些新型桥梁的设计理念,为国内桥梁技术者提供新的思路,并进行积极推广。
  
  2.新型桥梁的设计理念
  首先,桥梁作为交通体系的重要组成部分,就其价值观来说,主要体现在其功能性,强度以及美观三项,新型桥梁的设计理念就是通过完善着3个方面,对桥梁进行改善,从而提高桥梁的整体性能。
  从前的桥梁设计,针对桥梁的经济性,大多只是单纯追求减少材料的用量,实际上,桥梁的整体费用,包括初始投资成本和后期维护费用两大项,初始投资成本又包括设计费用,制作费用,施工费用。后期维护费用包括桥梁的日常检查维护,补修等费用。所以日本近年来,针对桥梁的省力化,合理化陆续推出几个相应的设计指针,以材料费,加工费,施工费和维护费用总量最小为目标,对结构进行了简素化,统一化,以期实现省力化的目标。
  
  3.桥梁的标准化设计
  日本桥梁建设协会在1995年,推出标准化设计指针,通过规范设计思想,统一设计思路的方法,实现桥梁设计的标准化设计,从而达到缩减桥梁整体费用的目标。其主要规定如下:
  主梁的截面变化位置原则上设在连接板处。(在梁段内部,截面一定)同一梁段内,翼缘和腹板分别用整块板制作,不设板间焊缝。
  全桥翼缘的宽度值取固定值。
  腹板的厚度全桥尽量采用固定值。
  水平加劲肋原则上设一段。连续梁中间支点附近应力较大的位置,如果增加水平加劲肋的段数可以使腹板板厚保持一致的话,可以考虑增加水平加劲肋的段数。
  连接板两侧翼缘厚度不同时,采用垫板垫在薄的一侧找平。
  腹板的连接板,原则上不分别设弯矩板和剪力板,而采用一整块连接板。
  在全桥范围内采用的型钢种类取1至2种。
  当采用钢筋混凝土桥面板时,在全桥范围内板托高度取固定值。至少同一主梁取固定值。
  
  4.合理化桥梁
   1998年日本桥梁建设协会根据研究开发,并总结实绩总结,出版【新型钢桥的诞生】并与2003年进行完善,以此作为桥梁合理化提案并作为合理化桥梁的指导性资料。其中主要的桥梁形式包括:少数I形主梁桥,开断面箱梁桥,细幅箱梁桥,合理化钢桥面板少数I形主梁桥,合理化桁架桥。
  
  
  少数主梁桥 少数I形主梁桥近年来已经成为一种常见的钢桥形式,适用于曲率半径大于700米的场合,经济跨径小于60米。采用大刚度,高强度,大跨度的合成桥面板或PC桥面板,减少主梁数目,并使横梁,风撑结构简素化甚至可以省略的新形桥梁。
  特长:1)加工,架设费用递减,工期缩短:
  采用大刚度,高强度的合成桥面板或PC桥面板,提高了桥面板的跨度。合成桥面板的底鋼板同时兼做混凝土的模板,提高了现场施工的效率性。现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。
  主梁,横梁结构的合理化,风撑结构的省略。桥面板跨度的增加,从而减少了主梁数目。横梁的间隔也可以达到10米程度,且横梁可以直接使用型材,使横梁结构简素化。通过大刚度的桥面板抵抗横方向的荷重,进而可以省略下风撑。除去强风地域,一直到60米均可保证抗风安全性。跨径再大的话需要对抗风做特别的考虑。
  2)维持管理费用的递减
  a) 由于主梁,横梁,风撑数目的减少,钢材表面涂装面积大幅减少,日常养护费用减少。
  b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较,耐久性大幅增加,从而减少了桥面板补修的费用。
  3)由于桥面板模板等设备的省略,使现场施工架设作业时的效率性和安全性提高。
  4)由于部材数的大幅减少,使整个桥梁具有简洁的外观,景观性提高。
  
  开断面箱梁桥 开断面箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合,经济跨径50到80米。采用大刚度,高强度,大跨度的合成桥面板或PC桥面板,而且桥面板和钢梁构成混合结构,从而减少主梁断面。
  特长:1)加工,架设费用递减,工期缩短:
  主梁结构的合理化。桥面板和主梁构成混合结构,共同作用,减少钢梁的断面。
  采用大刚度,高强度的合成桥面板,提高了桥面板的跨度。省略纵梁,横梁,牛腿以及风撑构造。合成桥面板底钢板在现场架设施工时,可以起到防止全体座屈的作用,并可以兼用为桥面板打设模板。
  隔板的合理化。隔板采用桁架结构,使用型材。
  2)维持管理费用的递减
  a) 由于纵梁,横梁,牛腿,风撑数目的减少,钢材表面涂装面积大幅减少,日常养护费用减少。
  b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较,耐久性大幅增加,从而减少了桥面板补修的费用。
  细幅箱梁桥 细幅箱梁桥适用于曲率半径大于300米的场合,经济跨径60到100米。采用大刚度,高强度,大跨度的合成桥面板或PC桥面板,而且桥面板和钢梁构成混合结构,从而减少主梁断面。
  特长:1)加工,架设费用递减,工期缩短:
  主梁结构的合理化。纵向加劲板减少,横向加劲板省略。
  采用大刚度,高强度的合成桥面板,提高了桥面板的跨度。省略纵梁,牛腿以及风撑构造。
  2)维持管理费用的递减
  a) 由于纵梁,牛腿,风撑数目的减少,钢材表面涂装面积大幅减少,日常养护费用减少。
  b) 合成桥面板和PC桥面板和普通的RC桥面板相比较,耐久性大幅增加,从而减少了桥面板补修的费用。
  合理化钢桥面板少数I主梁桥
  合理化钢桥面板少数I主梁桥适用于曲率半径大于700米的场合,经济跨径60到100米。采用大尺寸的U形加强肋,合理化钢床板少数I梁桥采用了较厚的钢桥面板,增强了耐久性。
  特长:1)加工,架设费用递减,工期缩短:
  钢桥面板的合理化。采用大断面U形加强肋,减少加强肋和焊接线的数目,采用了较厚的钢桥面板,增强了耐久性。
  和混凝土桥面板相比较,不用现场加工,基本在工厂加工完成,可以大幅缩短制作周期。
  2)上部工重量减轻,提高抗震性能。
  合理化桁架桥
  合理化桁架桥适用于曲率半径大于1000米的场合,经济跨径80到150米。与从前的钢桁架桥相比,省略了支持桥面板的纵梁和牛腿等床组结构,采用了适用于大跨度的合成桥面板或PC桥面板。通过桥面板抵抗横向荷载,省略了上风撑。
  特长:1)加工,架设费用递减,工期缩短:
  采用大刚度,高强度的合成桥面板或PC桥面板,提高了桥面板的跨度。合成桥面板的底钢板同时兼做混凝土的模板,提高了现场施工的效率性。现场打设的PC桥面板或工厂预制的桥面板均可对应。
  桥面板支持结构结构的合理化,采用大刚度,高强度的合成桥面板,提高了桥面板的跨度。省略纵梁,牛腿构造。
  通过大刚度的桥面板抵抗横方向的荷重,进而可以省略上风撑。
  
  5.我国城市交通中的钢桥现状及未来发展
   我国现阶段,大跨径桥梁技术发展迅速,但是对于城市交通系统中的中小型钢桥,大多为普通的I形主梁和箱梁结构,桥面板基本采用RC,PC桥面较多,对于合成桥面板应用还不多,在设计理念上,还没有过多的考虑结构的合理化,但根据国外钢桥发展经验,今后桥梁的合理化必然是一个大的趋势,日本首先提出的这些新型的桥梁形式,对我国城市道路桥梁发展是非常好的借鉴。
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