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在我國塑料工業(yè)發(fā)展中,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起到了重要作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間,尤其計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)的大規(guī)模推廣,解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定模具設(shè)計(jì)時(shí)模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料,是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問題。
一、塑料制品材料的選用對模具設(shè)計(jì)的影響
一般來說,并沒有不好的材料,只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此,設(shè)計(jì)者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能,并仔細(xì)測試這些材料,研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說,半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件,而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲,則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框,其次,還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。
(一)根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度;礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果,主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工,尤其會(huì)對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以,玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來替代,而不會(huì)有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動(dòng)方向決定,這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)(從注射成型片的橫向和縱向截取了10個(gè)測試條,并在同一個(gè)拉力測試儀上對它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較)表明,對添加了30%玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹脂,其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向(流動(dòng)方向)低了32%,撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43%和53%。
在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中,應(yīng)注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱,更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。
(二)考慮濕度對材料性能影響
一些熱塑性材料,特別是PA6和PA66,吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)特別注意這種性能,考慮其對產(chǎn)品性能的影響。模具材料的選用取決于制品材料,細(xì)致分析制品材料后,才能在模具設(shè)計(jì)時(shí)選用最為合適的模具材料。
(三)塑料制品模具材料選用
細(xì)致分析塑料制品使用的材料后,選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、適合熱縮性材料的模具材料有:非合金型塑料模具鋼(即碳素鋼)、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時(shí),根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑,添加何種添加劑來選取適合的模具材料。例如:制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時(shí),其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼;制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時(shí)間較長,需要高壽命模具時(shí)刻采用時(shí)效硬化型塑料模具鋼。具體選用時(shí)主要還是要針對塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期,同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中,還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)常考慮,其中對于壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要,壁厚設(shè)計(jì)的合理與否對產(chǎn)品影響極大,改變一個(gè)零件的壁厚,對以下主要性能將有顯著影響:零件重量、在模塑中可得到的流動(dòng)長度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量,如表面光潔度、翹曲和空隙等。
(一)塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求
在設(shè)計(jì)的最初階段,有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中,要得到流程長、而薄,則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃?dòng)熔解)是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能,可以使用一種特殊的模具來測定流程。
增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能,還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中,很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性,根據(jù)零件剛性不同,這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問題。為取得均勻的,模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙,并減少內(nèi)部壓力,從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔,將使橫截面變窄,內(nèi)應(yīng)力升高,有時(shí)還存在切口效應(yīng),從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計(jì)時(shí),模腔的要求也不同,根據(jù)制品的要求,設(shè)計(jì)模具的模腔及脫模斜度,斜度要與塑膠制品在成型的分模或分模面相適應(yīng);是否會(huì)影響外觀和壁厚尺寸的精度。
(二)熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性,不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用,合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差,較少成本是可以實(shí)現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%,但這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要求相結(jié)合來判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差,從而降低制品成本。因此,模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)對收縮值的考慮
為了不對塑料部件制定過分嚴(yán)格的范圍,必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確性的因素。模具制造的標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守,同時(shí)要特別注意脫模斜度的重要性,因?yàn)樗鼪Q定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個(gè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的重要問題是,當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成時(shí),其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對加工的要求非常嚴(yán)格,必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)玻璃增強(qiáng)材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮,從而導(dǎo)致尺寸不準(zhǔn)確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響,進(jìn)而影響到產(chǎn)品的性能,這也是設(shè)計(jì)者值得關(guān)注的一點(diǎn)。因此在此類制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸,否則因制品模后收縮值的影響,極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論:
與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問題還有許多,設(shè)計(jì)人員可以參考手冊進(jìn)行設(shè)計(jì)。總之,在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素,綜合利弊,選用適合的材料,合理的設(shè)計(jì),才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻(xiàn)
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當(dāng)今的企業(yè)競爭日趨白熱化,而市場開發(fā)又站在了風(fēng)口浪尖;一個(gè)企業(yè)經(jīng)營的好壞,首先從市場開發(fā)的力度和市場占有的份額便可“窺一斑而知全豹”!
在工程開發(fā)任務(wù)當(dāng)中,招投標(biāo)里的施工組織設(shè)計(jì)又占有相當(dāng)重要的位置。它是投標(biāo)書的重要組成部分,是為獲取工程承包權(quán)而編制的,它的主要作用不是用于指導(dǎo)施工,而是在以下兩個(gè)方面:一是論證作用;二是承諾和要約作用。
一、施工組織設(shè)計(jì)的創(chuàng)新
在今天開發(fā)任務(wù)緊張而又繁重的同時(shí),各種制度、規(guī)定卻越來越完善,越來越苛刻,在編寫施工組織設(shè)計(jì)當(dāng)中,一個(gè)小小的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致廢標(biāo)或者中標(biāo)后巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
因此編寫施工組織設(shè)計(jì)以前必須完成的幾項(xiàng)重要工作:現(xiàn)場考察、材料調(diào)查和圖紙學(xué)習(xí)。
1.寫施工組織設(shè)計(jì)可靠的依據(jù),提高真實(shí)可靠性。
2.新技術(shù)、新工藝在本次工程中的合理運(yùn)用。
3.沒有調(diào)查就沒有發(fā)言權(quán),這是信息收集的重要渠道。
二、公路工程施工組織設(shè)計(jì)編制所存在的一些問題
1.由于規(guī)范及范本對施工組織設(shè)計(jì)的編制只是建議書類型,而業(yè)主在招投標(biāo)過程中對編寫施工組織設(shè)計(jì)的格式要求又各不相同,再加上編制施工組織設(shè)計(jì)人員的水平參差不齊,使得施工組織設(shè)計(jì)在格式和內(nèi)容上,深度和廣度上千姿百態(tài),極其混亂,嚴(yán)重制約著施工組織設(shè)計(jì)作用的發(fā)揮。
2.編制的施工組織設(shè)計(jì)只是單純側(cè)重技術(shù)管理制度以及各種施工方案、方法的堆砌,它主要追求施工效益而很少考慮管理效益,對中標(biāo)后的各種管理保證措施只是單純套用格式,簡單幾條敷衍了事,以至在實(shí)施過程中不講成本,盲目追求經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。
3.編制中對所積累的施工技術(shù)資源不能有效、充分的應(yīng)用,對早已有的成功經(jīng)驗(yàn)不進(jìn)行借鑒,所編制的內(nèi)容缺乏新技術(shù)、新工藝,沒有起到提高效率、降低資源消耗的作用;編制中只是對技術(shù)規(guī)范進(jìn)行照抄,而未對具體工程的特點(diǎn)進(jìn)行有針對性的規(guī)劃和設(shè)計(jì),沒有起到指導(dǎo)施工的作用。
4.編制的施工組織設(shè)計(jì)必須對每個(gè)工程逐個(gè)進(jìn)行編寫,以適應(yīng)不同工程的特點(diǎn),但不同編制人員對同類型的施工工藝在進(jìn)行編制工作的同時(shí),作了大量不必要的重復(fù)勞動(dòng),降低了工作效率。
5.編制的施工組織設(shè)計(jì)只是簡單的剪貼,各相關(guān)內(nèi)容的堆砌,經(jīng)常是設(shè)計(jì)與實(shí)施分離,不能充分利用計(jì)算機(jī)極其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對其進(jìn)行優(yōu)化組合,同時(shí)更缺乏新技術(shù)、新工藝等的詳細(xì)論述和編制,以至造成施工組織設(shè)計(jì)只是個(gè)形式,沒有真正起到指導(dǎo)施工的作用。
6.編制的施工組織設(shè)計(jì)為了迎合業(yè)主及招標(biāo)文件的要求,把企業(yè)最好的或者全部的都編寫上去,結(jié)果中標(biāo)后人員或者設(shè)備不能到場而受罰;一定要根據(jù)實(shí)際情況來挖掘企業(yè)資源,來滿足投標(biāo)要求。
三、提高公路施工組織設(shè)計(jì)的智能化編制,以及計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)在施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
首先,具有市場競爭力的施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)由核心部分和骨架部分組成,核心部分必須根據(jù)該工程特點(diǎn),結(jié)合自己的實(shí)際情況,編制出施工組織設(shè)計(jì)的閃亮點(diǎn),特別是關(guān)于新技術(shù)、新工藝的內(nèi)容;骨架部分由工程概況、施工、質(zhì)量保證等構(gòu)成,寫出它的輕重緩急來,從而賦予它生命活力和競爭力。
1.可以加快編制速度,提高編制質(zhì)量,有利于及時(shí)修改。
2.可以優(yōu)化、檢查、控制施工組織設(shè)計(jì)的編寫。
3.可以及時(shí)獲取、處理和利用各種有用信息。
具體實(shí)施辦法如下:
(1)運(yùn)用系統(tǒng)的觀念和方法,建立施工組織設(shè)計(jì)編制工作的標(biāo)準(zhǔn)。工程管理部門對建筑工程中的項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行收集,經(jīng)過分析和歸納,整理并,則能使先進(jìn)的施工組織設(shè)計(jì)更具效益,減少編制人員重復(fù)勞動(dòng),而且能推廣先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。
(2)施工組織設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是根據(jù)不同工程的特點(diǎn)和要求,根據(jù)現(xiàn)有的和可能創(chuàng)造的施工條件切實(shí)出發(fā),決定各種生產(chǎn)要素的結(jié)合方式。
(3)施工組織設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)簡明扼要,突出目標(biāo),結(jié)合實(shí)際、滿足招標(biāo)文件的需要,要具有競爭力,體現(xiàn)企業(yè)的勢力和信譽(yù)。
(4)實(shí)行施工組織設(shè)計(jì)的模塊化編制,更多的運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù),選擇以前投標(biāo)中施工方案作為大框架模塊,以便進(jìn)行積累、分組、避免重復(fù)應(yīng)用,通過各個(gè)模塊的優(yōu)化組合,減少無效勞動(dòng)。
(5)努力貫徹國家質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn),走質(zhì)量效益型發(fā)展道路,建立并完善科學(xué)的、規(guī)范的體系。逐項(xiàng)地編制質(zhì)量保證計(jì)劃,與施工組織設(shè)計(jì)工作同時(shí)進(jìn)行,并努力使二者有機(jī)結(jié)合起來。
(6)施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)擴(kuò)大深度和范圍,對設(shè)計(jì)圖紙的合理性和經(jīng)濟(jì)性做出評估,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和施工的一體化,擴(kuò)大技術(shù)積累,加快技術(shù)轉(zhuǎn)化,使新的技術(shù)成果在施工組織設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。
四、結(jié)束語
從以上論述我們可以看到,公路工程項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范化是當(dāng)前公路建設(shè)項(xiàng)目管理工作中迫切需要解決的問題。通過規(guī)范化,使施工組織設(shè)計(jì)和施工項(xiàng)目管理規(guī)劃能有序、有章可循地進(jìn)行,能真正起到指導(dǎo)施工全過程各項(xiàng)施工活動(dòng)的作用,從而取得最佳的社會(huì)效應(yīng),而不是為了應(yīng)付發(fā)包人和監(jiān)理工程師的監(jiān)督。
參考文獻(xiàn):
<bodybgcolor="color">
其中的"color"表示不同的顏色,可以用各種不同的顏色表示方法,比較常用的有直接用顏色的英文名稱,如blue、yellow、black等等,還可以用顏色的十六進(jìn)制表示方法,如#0000FF、#FFFF00、#000000等等,此外還可以用百分比值法和整數(shù)法,其效果都是一樣的。
顏色背景雖然比較簡單,但也有不少地方需要注意,如要根據(jù)不同的頁面內(nèi)容設(shè)計(jì)背景顏色的冷暖狀態(tài),要根據(jù)頁面的編排設(shè)計(jì)背景顏色與頁面內(nèi)容的最佳視覺搭配等等。
2.沙紋背景
沙紋背景其實(shí)屬于圖片背景的范疇,它的主要特點(diǎn)是整個(gè)頁面的背景可以看作是局部背景的反復(fù)重排,在這類背景中以沙紋狀的背景是為常見,所以我們將其統(tǒng)稱為沙紋背景。
初學(xué)主頁制作者都有這樣的經(jīng)歷,當(dāng)試圖把自己的照片作為頁面的背景是,卻發(fā)現(xiàn)瀏覽器上顯示出來的不僅僅是一個(gè)照片,而是同一照片在水平和豎直方向上的反復(fù)排列。這就是瀏覽器處理圖片背景時(shí)的規(guī)律方法,利用這一規(guī)律我們可以用一小塊圖片作為頁面背景,讓它自動(dòng)在頁面上重復(fù)排列,鋪滿整個(gè)頁面,從而使網(wǎng)頁的體積大大減小。
讀者到現(xiàn)在恐怕都已經(jīng)知道了沙紋背景的原理和實(shí)現(xiàn)方法,就是找一個(gè)小的圖片,越小越好,但注意要使最后的背景看起來要像一個(gè)整體,而不是若干圖片的堆砌。其實(shí)現(xiàn)的HTML語法如下:
<bodybackground="picture">
其中的"picture"表示背景圖片的URL路徑。
3.條狀背景
條狀背景與沙紋背景是比較相似的,它適用于頁面背景在水平或豎直方向上看是重復(fù)排列的,而在另一方向上看則是沒有規(guī)律的。它也是利用瀏覽器對圖片背景的自動(dòng)重復(fù)排列,與沙紋背景所不同的是它只讓圖片在一個(gè)方向上重復(fù)排列。
以在豎直方向上排列為例,首先用圖像處理軟件做一個(gè)從左到右為藍(lán)白漸變的水平條狀圖片,其長度與頁面的寬度相當(dāng)。也通過
<bodybackground="picture">
將其設(shè)為頁面背景,經(jīng)瀏覽器顯示后,就成為整個(gè)頁面從左到右藍(lán)白漸變的分欄顏色背景。當(dāng)然,也可以用類似的方法實(shí)現(xiàn)條狀背景在水平方向上的重復(fù)排列。
4.照片背景
把自己或朋友的照片作為頁面的背景讓大家看到,是有點(diǎn)令人激動(dòng)的事情,但瀏覽器對圖片的自動(dòng)重復(fù)排列卻使這一愿望難以實(shí)現(xiàn)。怎么辦呢?只有想不到的,沒有做不到的,這里我們用上一點(diǎn)簡單的CSS。在網(wǎng)頁文件的<head>……</head>之間加入下面的CSS語句:
<styletype="text/css"><!--body{background-image:url(myphoto.jpg);background-repeat:no-repeat;background-attachment:fixed;background-position:50%50%}--></style>
這樣,在網(wǎng)頁頁面中,就可以看到你的照片位于頁面的正中間,而且在拉動(dòng)瀏覽器窗口的滾動(dòng)條時(shí),照片仍然位于頁面的正中間而不隨頁面內(nèi)容一起滾動(dòng)。如果你覺得照片位于頁面的正中間不滿意,你也可以隨意地調(diào)整它在頁面中的位置,只需要調(diào)整"background-position"的值就可以了。5.復(fù)合背景
如果你在練習(xí)上面的“照片背景”時(shí)“不小心”也設(shè)置了<body>標(biāo)簽里的顏色背景,那么你看到了什么?顏色背景還起作用嗎?對,你能看到你的照片浮于你設(shè)的顏色背景之上,二者能夠同時(shí)正常地顯示出來。這就是復(fù)合背景的魅力,更為吸引人的是,當(dāng)你所設(shè)置的圖片背景因?yàn)槟撤N不可知的因素而不能正常顯示的時(shí)候,瀏覽器能夠自動(dòng)用你所設(shè)置的顏色背景取而代之。它的設(shè)計(jì)方法,就不用我再多說了吧!
6.局部背景
前面我們所說的背景都是整個(gè)頁面的背景,能不能在頁面上為某個(gè)局部的內(nèi)容設(shè)置屬于它自己的背景呢?回答是肯定的。
最為常見的是在表格的設(shè)計(jì)當(dāng)中,我們可以為表格設(shè)置一個(gè)不同于頁面的背景,甚至在不同的表格單元中,我們也可以設(shè)置各個(gè)表格單元自己的背景。請看下面這個(gè)表格例子:
<tableborder="1"width="240"height="101"bgcolor="#C0C0C0">
<tr>
<tdwidth="80"height="46"bgcolor="#00FFFF"></td>
<tdwidth="80"height="46"></td><tdwidth="80"height="46"bgcolor="#00FF00"></td>
</tr>
<tr>
<tdwidth="80"height="47"bgcolor="#FFFF00"></td>
<tdwidth="80"height="47"bgcolor="#FF0000"></td>
<tdwidth="80"height="47"bgcolor="#FF00FF"></td>
</tr>
</table>
在瀏覽器中的顯示效果如圖所示,可以看到,不但對于表格整個(gè)來說有不同于頁面的背景,就是每一個(gè)單元格也可以設(shè)置各不相同的背景。
除此之外,我們還可以單獨(dú)為某個(gè)文字段落設(shè)置背景,甚至為這個(gè)文字段落中的某幾個(gè)文字設(shè)置自己的背景,是不是有點(diǎn)相當(dāng)不錯(cuò),這也需要用上一些CSS。請先看一下下面的這個(gè)例子:
<HTML><HEAD><TITLE>不僅僅是頁面的背景</TITLE><STYLETYPE="text/css"><!--BODY{BACKGROUND:#FFFFDD;COLOR:red}div{BACKGROUND:red;COLOR:white}--></STYLE></HEAD><BODY><PSTYLE="BACKGROUND:blackurl(../images/bg.jpg);COLOR:black}">
一、項(xiàng)目概況
靈山高架橋是龍(游)-麗(水)高速公路龍游改建段上的一座高架橋,位于龍游縣靈山鄉(xiāng)。龍麗高速公路是在龍麗一級公路的基礎(chǔ)上改建。由于一級公路改高速后,對一級公路實(shí)施時(shí)占用的50省道靈山段必須恢復(fù)。通過多種方案論證比較后決定采用全線高架橋跨越50省道,橋下的50省道按二級公路標(biāo)準(zhǔn)修建。高架橋上部構(gòu)造為(45×25)m部分預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù),全橋分8聯(lián)。該橋左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,全橋長1130m。橋址處地質(zhì)巖層較淺,巖性單一,屬片麻巖。橋位處屬亞熱帶季風(fēng)氣候,極端最高氣溫41.8℃,極端最低氣溫-11.4℃,年平均氣溫在16.3~17.3℃。
二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1.公路等級:高速公路;
2.設(shè)計(jì)荷載:公路-I級;
3.計(jì)算行車速度:80km/h;
4.橋梁橫斷面:整體式路基寬24.5m,橋梁比路基兩邊窄0.25m,橋梁左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,橫斷面布置為0.5m(鋼筋砼防撞護(hù)欄)+10.5m(行車道)+0.75m(波形鋼護(hù)欄);
5.地震動(dòng)峰值加速度系數(shù):0.05g,重要性修正系數(shù)1.3,抗震構(gòu)造措施按七度設(shè)防。
三、總體設(shè)計(jì)
橋址處地形平坦,兩邊為靈山鄉(xiāng)村民居住區(qū),人員比較密集。已建成的龍麗一級公路為雙向四車道,交通量較大。要求施工過程中不能中斷龍麗一級公路、50省道的通行,因而橋梁規(guī)模、施工難度都比較大。橋型方案設(shè)計(jì),力求做到技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、施工周期短、維護(hù)費(fèi)用低,并且盡量減少對相關(guān)工程正常運(yùn)營的影響。結(jié)合初步設(shè)計(jì)專家評審意見,上部構(gòu)造選擇預(yù)制的預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù)。
橋跨布置為:(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m,墩臺(tái)均按法向布置。全橋分為8聯(lián),左右幅布跨相同。下部構(gòu)造為:矩形墩、肋式臺(tái),矩形挖孔灌注樁基礎(chǔ)。
四、上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.上部結(jié)構(gòu)
本橋上部結(jié)構(gòu)采用25m部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土組合小箱梁,5~6孔為一聯(lián),采用多箱單獨(dú)預(yù)制,簡支安裝,現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。梁高140cm,頂板厚18cm,底板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm,腹板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm。半幅橋每孔布置4片箱梁,箱梁梁間距為285cm,懸臂長160cm,箱梁之間設(shè)18cm厚橫向濕接縫。箱梁連續(xù)處設(shè)1道厚35cm的中橫梁,邊跨梁端設(shè)1道厚25cm的端橫梁。小箱梁采用C50混凝土預(yù)制。
2.下部結(jié)構(gòu)
下部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是橋墩類型多,是本橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn),也是本文要重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。為了保證橋下50省道的通行凈空要求,本橋采用二柱或者三柱式橋墩。二柱式墩有37個(gè),其中柱間距為14m的有35個(gè),柱間距為12.4m的有1個(gè),柱間距為15.2m的有1個(gè);三柱式墩有7個(gè)。全橋合計(jì)有10種不同類型的橋墩。
橋墩蓋梁統(tǒng)一采用矩形截面,高為200cm,寬為180cm。其中預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)又是本橋最復(fù)雜的部分。蓋梁采用C50混凝土,按全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件設(shè)計(jì)。采用ASTMA416/A416M-98標(biāo)準(zhǔn)的低松馳鋼鉸線,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa,直徑15.24mm,公稱面積140mm2,彈性模量Ey=1.95×105MPa,所使用的預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370—2000中規(guī)定的I類錨具要求。管道采用預(yù)埋金屬波紋管成型。
橋墩墩身采用等截面矩形實(shí)心墩,墩高為600~700cm。兩柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸為:180cm(橫)×150cm(縱);三柱式邊墩為:150cm(橫)×150cm(縱)。墩柱按普通鋼筋砼構(gòu)件設(shè)計(jì),采用C30混凝土。
為了加快施工進(jìn)度和減少施工過程中對龍麗一級公路、50省道正常運(yùn)營的影響,建設(shè)單位要求設(shè)計(jì)單位對橋墩下部樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。橋址處弱風(fēng)化巖層比較淺,如果按嵌巖樁設(shè)計(jì),樁長只有15~25米,完全可以采用人工開挖。采用這種施工方法每個(gè)橋墩之間互相獨(dú)立不受影響,作業(yè)面廣,可以同時(shí)大面積施工。經(jīng)過綜合分析比較,橋墩下部樁基并沒有采用以往通常的做法:群樁加承臺(tái);而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注樁。兩柱式和三柱式中墩的樁基截面尺寸為:240cm(橫)×180cm(縱),三柱式邊墩為:180cm(橫)×180cm(縱);采用C25混凝土。橋墩構(gòu)造見圖1和圖2。
圖1二柱式橋墩一般構(gòu)造
圖2三柱式橋墩一般構(gòu)造
五、結(jié)構(gòu)計(jì)算
1.組合小箱梁
小箱梁內(nèi)力計(jì)算采用平面桿系有限元程序橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算,荷載橫向分配系數(shù)采用剛接板(梁)法計(jì)算,并用梁格法進(jìn)行檢算,橋面板計(jì)算按單向板和懸臂板計(jì)算。本設(shè)計(jì)為部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土結(jié)構(gòu),故跨中底板和支點(diǎn)處頂板根據(jù)承載能力極限狀態(tài)設(shè)置受力鋼筋。此種結(jié)構(gòu)在高速公路上比較常用,有較成熟的設(shè)計(jì)、施工方法,本文不再贅述。
2.蓋梁橋墩蓋梁施工及運(yùn)營階段的內(nèi)力計(jì)算采用橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆蓋梁施工工藝流程為:下部樁基、立柱施工完成后,搭設(shè)支架澆筑蓋梁砼;蓋梁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉第一批鋼束;然后進(jìn)行上部小箱梁的架設(shè),再張拉第二批鋼束;最后進(jìn)行橋面系施工。按此流程分4個(gè)主要工況計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移。成橋運(yùn)營計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降和溫度等工況,按規(guī)范進(jìn)行最不利荷載組合。溫度荷載按體系升溫5°C及降溫5°C計(jì)算;不均勻沉降按10mm計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果:在最不利荷載組合下,蓋梁上緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力1.2MPa,蓋梁上緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力5.5MPa,蓋梁下緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力0.5MPa,蓋梁下緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力6.6MPa,均滿足規(guī)范要求。
3.蓋梁與墩柱連接方式對比計(jì)算
一般橋墩蓋梁與墩柱都是采取直接固結(jié)的連接方式,本橋設(shè)計(jì)中兩柱式橋墩也是采用這種方式,見圖1。但是在三柱式橋墩蓋梁計(jì)算中,發(fā)現(xiàn)離中柱距離比較大的邊柱如果采用梁柱固結(jié),計(jì)算很難滿足規(guī)范要求,因此采取蓋梁與墩柱之間設(shè)置單向活動(dòng)盆式支座,見圖2。
為弄清2種連接方式對蓋梁的影響,在設(shè)計(jì)中,針對梁柱設(shè)置支座和固結(jié)2種情況進(jìn)行對比計(jì)算。取5號墩蓋梁靠邊墩的部分單元在運(yùn)營階段的截面應(yīng)力進(jìn)行比較,其結(jié)果見表1。
單元號
截面號
下緣應(yīng)力(MPa)
表1說明梁柱之間設(shè)置支座可有效增加截面下緣的壓應(yīng)力,對預(yù)防蓋梁下緣開裂有明顯的作用。因此,在該橋設(shè)計(jì)中,對三柱式橋墩蓋梁均設(shè)置有盆式支座。其中3、4、39和40號墩兩側(cè)邊柱設(shè)盆式支座,5、6和38號墩單側(cè)邊柱設(shè)盆式支座。
六、結(jié)語
靈山高架是龍麗高速公路上的控制性工程之一,施工工期短、施工場地受限制、下部橋墩構(gòu)造復(fù)雜是該橋的特點(diǎn)也是設(shè)計(jì)和施工的難點(diǎn)。通過精心設(shè)計(jì),努力創(chuàng)新,大膽采用新技術(shù)、新工藝,使該橋上下部結(jié)構(gòu)尺寸合理、比例協(xié)調(diào),全橋氣勢宏大,莊重沉穩(wěn)又不失輕盈美觀,符合安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的原則。本工程對類似高架橋工程日后的設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
在設(shè)計(jì)中,運(yùn)用了橋梁設(shè)計(jì)軟件Midas建立橋梁模型,并對橋梁恒載、活載及徐變內(nèi)力進(jìn)行分析計(jì)算,得出預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)估值。最后對主梁的應(yīng)力、變形等進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)分析比較及驗(yàn)算表明該設(shè)計(jì)計(jì)算方法正確,內(nèi)力分布合理,符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求
關(guān)鍵詞 橋梁設(shè)計(jì); 預(yù)應(yīng)力混凝土; 箱梁; 變截面連續(xù)梁 ;Midas橋梁模型
Abstract: The design is based on the requirements of the design task and "Highway Bridge Regulation". The design of the bridge is carried out in the eight-character principle of "safety, pratically, economically and aeshetic" by comparing and choosing the best one. The first program is continous prestressed concrete grider bridge, the second one the beam combination of arch bridge,and the third one is the suspension bridge.Accdoding to the above principles and construction factors, the prestressed conous bridge is chosen to the ultimate.
The continous prestressed concrete girder bridge is divided into three inters, (30m+50m+30m), with the main span of 50m, and 30m-symmetry one. Prestressed concrete box grider is used as the main beam; the beam depth in the mid-span is 1.5m, while at the support bearing it is 2.8m.The sectional depth is changed in the form of parabolic.The net width of the deck is 7+2x1.5m,and the design load is for the highway-I.
In the design, the bridge design software MIDAS is used to get the calculation model. By analyzing and computing the dead load, live load and internal force, the estimated value of the prestressed strand is got. Finally, checking calculation is carried out to the stress and deformation of the main beam. The results of the analysis and checking calculation show that the design calculation method is correct , and the internal force distribution is reasonable to the design task.
Key words: bridge design; prestressed concrete; box-girder; non-uniform continuous beam; MIDAS bridge model
目 錄設(shè)計(jì)原始資料…………………………………………………………………………….1
第一章 方案比選 ………………………………………………………………………2
第二章 上部結(jié)構(gòu)形式及尺寸擬定 …………………………………………………5
一.主跨徑的擬定 …………………………………………………………………… 5
二.順橋向梁的尺寸擬定 …………………………………………………………… 5
三.橫橋向的尺寸擬定 ……………………………………………………………… 5
四.橋面鋪裝 ………………………………………………………………………… 6
五.本橋主要材料 …………………………………………………………………… 6
第三章 橋面板的計(jì)算 …………………………………………………………………8
一.橋面板的設(shè)計(jì)彎矩 ……………………………………………………………… 8
二.懸臂板的內(nèi)力計(jì)算……………………………………………………………… 11
三.橋面板的配筋…………………………………………………………………… 12
第四章 主梁內(nèi)力計(jì)算…………………………………………………………………14
一.全橋節(jié)段的劃分………………………………………………………………… 14
二.恒載活載內(nèi)力計(jì)算……………………………………………………………… 17
第五章 主梁配筋計(jì)算…………………………………………………………………32
一.預(yù)應(yīng)力筋的估算原理…………………………………………………………… 32
二.預(yù)應(yīng)力筋的估算………………………………………………………………… 34
三.預(yù)應(yīng)力筋布置…………………………………………………………………… 38
四.非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面積估算及布置……………………………………………… 45
第六章 截面承載能力極限狀態(tài)計(jì)算………………………………………………47
一.正截面承載力計(jì)算……………………………………………………………… 47
二.斜截面承載力計(jì)算……………………………………………………………… 47
第七章 鋼束預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算……………………………………………………… 50
第八章 應(yīng)力驗(yàn)算………………………………………………………………………… 56
一.短暫狀況的正應(yīng)力驗(yàn)算………………………………………………………… 56
二.持久狀況的正應(yīng)力驗(yàn)算………………………………………………………… 57
第九章 抗裂性驗(yàn)算……………………………………………………………………… 59
一.正截面抗裂性…………………………………………………………………… 59
二.斜截面抗裂性…………………………………………………………………… 61
第十章 主梁變形計(jì)算…………………………………………………………………… 62
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………… 63
英文翻譯 ………………………………………………………………………………… 64
致謝 ……………………………………………………………………………………… 90
致 謝 首先感謝何建老師在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中認(rèn)真輔導(dǎo)了我設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié),何建老師對待學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、和藹耐心的態(tài)度和對待工作一絲不茍的作風(fēng)給我留下了深刻的印象,為我今后的學(xué)習(xí)工作樹立了榜樣。此外還有學(xué)多老師給予了耐心的指導(dǎo)和點(diǎn)拔,令我受益匪淺。在此對各位老師的敬業(yè)表示真摯的感謝。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我比較系統(tǒng)的串連了我大學(xué)本科四年所學(xué)的知識(shí),深感我們這門專業(yè)系統(tǒng)的博大精深,覺得自己存在的差距還很大。但是,在這炎炎夏日工作的幾十天,我的收獲也是很大的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的反復(fù)修改,一遍一遍的看書,和同學(xué)一次又一次的討論,一次又一次的請教老師的過程中,通過集中的畢業(yè)設(shè)計(jì)和專業(yè)系統(tǒng)的培養(yǎng),我提高了自己綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論,基本知識(shí)和基本技能,分析解決問題的能力。在老師的指導(dǎo)下,通過獨(dú)立系統(tǒng)的完成一個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì),比較具體的了解了一個(gè)工程設(shè)計(jì)的全過程,鞏固已學(xué)課程的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)了自己考慮問題,分析問題,解決問題的能力,同時(shí)接觸到和掌握一些新的專業(yè)知識(shí)和技能。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為自己提供了一次很好的實(shí)踐機(jī)會(huì),為我將來的學(xué)習(xí)工作做了很好的鋪墊,是我人生中很重要的一次經(jīng)歷。
最后,感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師在百忙之中為我們細(xì)心指導(dǎo)設(shè)計(jì),我衷心的感謝各位老師!
南華大學(xué)船山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 設(shè)計(jì)(論文)題目 寶石路5號橋 設(shè)計(jì)(論文)題目來源 設(shè)計(jì)(論文)題目類型 起止時(shí)間 2008.12.1~2008.12.12 一、設(shè)計(jì)(論文)依據(jù)及研究意義:
橋梁的形式可考慮連續(xù)梁橋、梁拱組合橋和斜拉橋。對此三種橋型作比較,從安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀等方面比選,最終確定橋梁形式。
二、設(shè)計(jì)(論文)主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo):(技術(shù)方案、路線)
本橋的設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求和《公路橋規(guī)》的規(guī)定,本著“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的八字原則,提出了三種不同的橋型方案進(jìn)行比較和選擇。方案一為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,方案二為梁拱組合體系橋,方案三為懸索橋。經(jīng)由以上原則以及設(shè)計(jì)施工等諸多方面考慮后,確定預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)樽罱K設(shè)計(jì)方案。
三、設(shè)計(jì)(論文)的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)
計(jì)算量大,工程量大,繪制上部結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)造圖、鋼筋構(gòu)造圖及施工示意圖很復(fù)雜
四、進(jìn)行設(shè)計(jì)(論文)所需條件:
《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南—橋梁工程分冊
《預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)》 《橋梁工程》 《基礎(chǔ)工程》 《橋涵水文》 《橋梁計(jì)算示例集》《橋梁上部結(jié)構(gòu)計(jì)算示例(二)》
橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)。美學(xué)是人們對于美和丑的認(rèn)識(shí),雖然不同人擁有不同的看法,但是美學(xué)還是有其一般性的規(guī)律。在橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中,首先介紹了東西方美學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ),提出了橋梁美學(xué)的五個(gè)基本原則———“多樣與統(tǒng)一”“、比例與勻稱”“、平衡和和諧”以及“韻律與協(xié)調(diào)”。并針對橋梁,提出了概念設(shè)計(jì)中的美學(xué)考慮和處理方法。最后,介紹了橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)例。
設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置。設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置是《橋梁概念設(shè)計(jì)》中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié),是生成概念方案所必須有的過程。設(shè)計(jì)構(gòu)思主要是分析橋位處的自然條件、技術(shù)條件、人文條件、社會(huì)條件,進(jìn)而對橋梁總體設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。①自然條件。自然條件主要包括河勢、水文、氣象氣候、地形地貌、地質(zhì)水質(zhì)和地震這七個(gè)方面。在概念設(shè)計(jì)階段,這些資料的應(yīng)用一般有兩個(gè)方面:一方面,在理解消化這些資料的基礎(chǔ)上,抓住核心要素和控制條件,形成構(gòu)思和布局的雛形;另一方面,用于總體和關(guān)鍵構(gòu)件的宏觀、控制性的計(jì)算和分析,來驗(yàn)證和調(diào)整先前的構(gòu)思和布置。②技術(shù)條件。經(jīng)過近200年的發(fā)展,橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)已發(fā)展形成了一些較為成熟的形式,在當(dāng)今技術(shù)條件下,這些不同類型的上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)都有著各自的適用范圍,在橋梁概念設(shè)計(jì)的初始階段,我們應(yīng)當(dāng)盡可能地根據(jù)橋梁所處的自然條件,選擇最為合適的上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)。③人文條件。人文條件主要是指橋梁所處地區(qū)的歷史文化背景和該區(qū)域的橋梁使用者對于美的訴求。橋梁作為一種永久建筑物,除了跨越功能之外,其景觀功能也是其功能的一個(gè)重要方面,在某些情況下,尤其是城市橋梁當(dāng)中,橋梁的景觀功能可能是其最為重要的一個(gè)方面。只有在這些準(zhǔn)備工作做好之后,才能夠根據(jù)“變化與統(tǒng)一”、“比例與勻稱”、“平衡與和諧”,“韻律與協(xié)調(diào)”這些基本的美學(xué)基本原則,設(shè)計(jì)出滿足人們?nèi)宋脑V求和美學(xué)要求的美的橋梁。④社會(huì)條件。社會(huì)條件主要是指橋梁的使用功能、橋梁的經(jīng)濟(jì)性。使用功能包括交通功能、航運(yùn)功能。交通功能方面,對于公路橋梁、鐵路橋梁和城市橋梁,其荷載標(biāo)準(zhǔn)和建筑界限不同;不同的航道等級和通航標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的通航凈空也不相同。經(jīng)濟(jì)性方面,不同的橋型、總體布置、基礎(chǔ)方案和施工方案對于橋梁的經(jīng)濟(jì)性能均有影響。
4.結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)證。在結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)證中,介紹了橋梁的荷載,講解了結(jié)構(gòu)分析的一般方法和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、動(dòng)力特性的驗(yàn)算,然后介紹了橋梁耐久性設(shè)計(jì)的一般原則和耐久性驗(yàn)算的方法。5.工程案例分析。通過分析《橋梁概念設(shè)計(jì)》的工程實(shí)例,來完整的介紹橋梁概念設(shè)計(jì)的流程,以及各個(gè)步驟當(dāng)中應(yīng)當(dāng)注意的問題,使學(xué)生在掌握全局的同時(shí)不忽略細(xì)節(jié)。
概念設(shè)計(jì)教學(xué)特色
同濟(jì)大學(xué)橋梁系在國內(nèi)土木工程專業(yè)首先開展了概念設(shè)計(jì)的課程,作為橋梁工程教學(xué)改革的一部分,這門課程嘗試了一些新的教學(xué)方法。具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
1.強(qiáng)調(diào)橋梁創(chuàng)新和美學(xué)設(shè)計(jì)。通過概論,首先強(qiáng)調(diào)《橋梁概念設(shè)計(jì)》中創(chuàng)新的重要性,從總體布局、結(jié)構(gòu)體系和局部構(gòu)造三個(gè)層次引入創(chuàng)新理念。并分別配以工程實(shí)例,深入淺出,強(qiáng)化了創(chuàng)新和美學(xué)設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的重要性,引導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)新和美學(xué)方面進(jìn)行思考。如在講解從總體布局的角度創(chuàng)新橋梁設(shè)計(jì)時(shí),列舉了某高新區(qū)中央島的橋梁概念設(shè)計(jì)。由于該區(qū)域是交通道路上的重要視覺節(jié)點(diǎn),連島的兩座橋梁需要表現(xiàn)出磅礴的氣勢和很好的視覺沖擊力,常規(guī)橋梁無法表現(xiàn)這一特征。雖然可以通過大跨度懸索橋、斜拉橋凸顯氣勢,但是橋位處沒有大跨度斜拉橋的要求,同時(shí),大跨度橋梁經(jīng)濟(jì)上也不合理。通過總體布局的創(chuàng)新,采用建筑學(xué)上借勢造景的技法,將一座常規(guī)大跨度橋梁一分為二,分別放在南北兩個(gè)河道處,中間道路形成虛擬的橋梁中跨,遠(yuǎn)處觀看,如同一座十分宏偉的大跨度懸索橋,既凸顯了氣勢,又滿足了經(jīng)濟(jì)合理的要求。
2.注重講解概念性的原理。傳統(tǒng)的橋梁工程注重從力學(xué)計(jì)算方面推導(dǎo)出一些公式,通過公式里的參數(shù)分析來講解橋梁工程中的基本力學(xué)原理。在《橋梁概念設(shè)計(jì)》的教學(xué)當(dāng)中,復(fù)雜的力學(xué)計(jì)算不是重點(diǎn),因?yàn)槠渑c概念設(shè)計(jì)注重概念的理念背道而馳。相反,概念性的原理才是重中之重,一方面,概念性的原理便于理解性記憶;另一方面,如果概念設(shè)計(jì)不合理,將直接導(dǎo)致后續(xù)力學(xué)計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)問題,進(jìn)而需要返工或者通過額外措施解決出現(xiàn)的問題。例如,在講解橋梁結(jié)構(gòu)體系對于橋梁受力性能的影響時(shí),列舉了作者設(shè)計(jì)的昆山玉峰大橋的外部約束、內(nèi)部鏈接和剛度分配處理方法的例子。%%昆山某區(qū)域需建立一座城市橋梁,通過概念分析,擬建立一座斜靠拱橋。由于該區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗瑹o法承擔(dān)水平推力。因此,主拱圈采用無水平推力的系桿拱(外部連接),主拱圈承擔(dān)主要的恒載,主拱圈斜靠拱共同承擔(dān)活載(剛度分配),進(jìn)而解決了軟土地基的問題。在講解主拱圈和主梁之間的內(nèi)部連接方式時(shí),同樣也采用了重視概念、簡化計(jì)算的教學(xué)思路。由于主梁為雙邊箱鋼箱梁主梁,在縱橫梁上搭設(shè)混凝土預(yù)制橋面板,橋面板之間通過現(xiàn)澆段和橫縱梁上的剪力釘連接,因此在拱梁交接處存在著負(fù)彎矩區(qū)段,會(huì)導(dǎo)致橋面板開裂。為了解決這個(gè)問題,主拱圈和主梁之間采用鉸接的連接方式,釋放了負(fù)彎矩;同時(shí),等主梁支架拆除后再澆筑現(xiàn)澆段,通過讓混凝土橋面板和鋼主梁在不同的階段參與受力,也減小了拱梁連接處的橋面板拉應(yīng)力,防止了橋面板開裂。由于一般的系桿拱橋主梁為混凝土箱梁,可以張拉預(yù)應(yīng)力,因此拱梁交接處主梁拉應(yīng)力不是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素,但是在玉峰橋中,在混凝土橋面板中張拉預(yù)應(yīng)力較為困難,因此采用了釋放拱梁之間彎矩的鉸接的連接方式。
3.教學(xué)結(jié)合工程實(shí)際。以上兩個(gè)例子,只是《橋梁概念設(shè)計(jì)》課程教學(xué)當(dāng)中所舉的眾多例子的一個(gè)縮影。為了改變傳統(tǒng)橋梁工程教學(xué)時(shí),學(xué)生只知其然,不知其所以然的狀況,在《橋梁概念設(shè)計(jì)》教學(xué)中加入了眾多的工程實(shí)例,講解出原因,讓學(xué)生加深理解,加深印象。例如,在介紹懸索橋抗風(fēng)問題時(shí),列舉了著名的“塔科馬大橋風(fēng)毀”事故,并從懸索橋的計(jì)算理論發(fā)展的角度,解釋了塔科馬大橋發(fā)生風(fēng)毀的背景。在線彈性理論當(dāng)中,不考慮結(jié)構(gòu)變形對于平衡的影響,因此主梁高度很大;隨著撓度理論的誕生,人們發(fā)現(xiàn)主梁的剛度對于懸索橋的整體剛度貢獻(xiàn)不大,最終,從曼哈頓橋到金門大橋,懸索橋主梁高度越來越小。到塔科馬大橋時(shí),主梁高跨比只有1/350,主梁形式為抗扭性能差的雙邊主梁開口斷面,最終導(dǎo)致主梁發(fā)生風(fēng)致顫振破壞。這種結(jié)合工程事故發(fā)生的理論發(fā)展背景的講解思路,讓學(xué)生的理解更為深入。
4.整合知識(shí)體系。通過一個(gè)完整的橋梁概念設(shè)計(jì)流程,學(xué)生明白了本科所學(xué)課程在橋梁概念設(shè)計(jì)中的作用以及各個(gè)課程之間的關(guān)系,進(jìn)而達(dá)到了整合學(xué)生的知識(shí)體系的目的;同時(shí),概念設(shè)計(jì)當(dāng)中歷史文化、美學(xué)訴求方面的人文內(nèi)涵需要學(xué)生提高綜合素質(zhì),耐久性、環(huán)保以及全壽命設(shè)計(jì)思想要求學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí),從這個(gè)角度來說,概念設(shè)計(jì)也起到了引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)方向的目的。
5.注重學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合。讓學(xué)生更深入地理解《橋梁概念設(shè)計(jì)》,最好的方式是讓學(xué)生參與到真實(shí)的橋梁概念設(shè)計(jì)當(dāng)中。在教師指導(dǎo)下,學(xué)生參加橋梁方案競賽是一個(gè)很好的方式。從同濟(jì)大學(xué)橋梁系開設(shè)《橋梁概念設(shè)計(jì)》課程以來,歷屆學(xué)生分別參加了廣東省虎門二橋、北京長安街西延永定河橋、北京通州運(yùn)河區(qū)北運(yùn)河橋和通惠河橋的國際方案競賽。在參與競賽的過程中,學(xué)生對橋梁概念設(shè)計(jì)的流程有了更深入地理解,同時(shí)也增強(qiáng)了實(shí)踐能力。下面介紹了長安街西延永定河橋梁的概念設(shè)計(jì)。橋位位于首鋼工業(yè)改造區(qū),該區(qū)域規(guī)劃功能定位為北京西部綜合服務(wù)中心和后工業(yè)文化創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)區(qū)。橋位北部為被譽(yù)為“燕都第一仙山”的石景山,西岸為門頭溝濱水商務(wù)區(qū),功能以商業(yè)服務(wù),文化娛樂為主。
大橋跨越永定河蓮石湖,該湖注水后,形成湖濱綠色生態(tài)走廊。概念設(shè)計(jì)當(dāng)中,石景山、永定河和首鋼是不可或缺的三個(gè)元素,橋梁應(yīng)當(dāng)與這三個(gè)元素相互融合,構(gòu)建出“一山、一水、一橋,一部鋼鐵史”的和諧篇章。①跨徑布置。橋位處控制橋梁跨徑的主要因素有:路線與河道及兩側(cè)道路斜交53度;東側(cè)跨越豐沙鐵路和東濱河路(紅線寬度40米);西側(cè)跨越河堤路(紅線寬度30米);河堤處不能設(shè)置橋墩。因此,采用東側(cè)一跨跨越豐沙鐵路、東濱河路和東河堤,西側(cè)采用一跨跨越西河堤及西河堤路,最小跨徑均為120米。河道中橋墩設(shè)置不受通航影響,但需要考慮排洪的作用,橋位處上下游橋梁跨徑均為40米左右。②橋型選擇。
橋型選擇考慮結(jié)構(gòu)的外形與周邊環(huán)境相符,控制結(jié)構(gòu)的高度,是的結(jié)構(gòu)與石景山和山下的首鋼廠區(qū)高度協(xié)調(diào),不遮擋永定河自南向北的視覺走廊。根據(jù)跨徑布置,梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋都是可行的。③橫斷面布置。橋位處道路規(guī)劃紅線寬度為80米,若采用單層橋面布置,橋面寬度約為60米;若采用雙幅橋面布置,橋型選擇限制較多,如采用橫向四片拱肋的拱橋,景觀效果不佳;如采用雙層橋邊,可以使橋?qū)捵優(yōu)?0米左右,同時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)。非機(jī)動(dòng)車道、人行道和車行道分離,為互通立交的實(shí)現(xiàn)提供了很好的條件;雙層橋面的下層人行道、非機(jī)動(dòng)車道可以與東濱河路實(shí)現(xiàn)平交,方便了行人。④概念生成圖3創(chuàng)新總體布局的懸索橋效果
(a)效果圖
(b)結(jié)構(gòu)簡圖
圖4玉峰橋與選擇。梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋都是可選橋型,根據(jù)上述分析,概念生成了十四個(gè)比選方案。從安全適用、結(jié)構(gòu)布置的合理性與經(jīng)濟(jì)性、與環(huán)境的協(xié)調(diào)和美觀、可設(shè)計(jì)性和可施工性、耐久環(huán)保五個(gè)方面進(jìn)行綜合比選打分,最終概念選擇了五跨連續(xù)桁架拱橋方案、斜拉橋和梁橋組合方案、斜拉橋和拱橋組合方案,進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。以下為三個(gè)方案———錦繡河山(五跨連續(xù)桁架拱橋方案)、日月同輝(斜拉橋和梁橋組合方案)、龍鳳呈祥(斜拉橋和拱橋組合方案)的效果圖。⑤概念設(shè)計(jì)。下面簡略介紹錦繡河山方案極其概念設(shè)計(jì)。
美學(xué)處理方面,五跨連續(xù)桁架拱橋方案主梁和拱肋均采用鋼桁架形式,厚實(shí)的金屬質(zhì)感讓人們感受到首鋼改造區(qū)曾經(jīng)輝煌的鋼鐵文化。橋面以上主拱圈的高度近似按照黃金分割比設(shè)計(jì),猶如連綿起伏的山巒,突出了錦繡河山的主題。橋頭堡外形也同樣進(jìn)行了美學(xué)優(yōu)化,參照石景山上寶塔的形象進(jìn)行了處理。主橋?yàn)椴捎秒p層橋面的梁拱組合體系,各跨拱腳均采用固定鉸支座約束。主梁寬度為32.6m,高度為6.5m。上下橋面每隔6m設(shè)置一道橫梁,梁高1.5m。采用正交異性鋼橋面板,主梁上吊桿間距為6m。除拱肋的風(fēng)撐與弦桿,腹桿與弦桿采用高強(qiáng)螺栓連接外,其他鋼構(gòu)件采用焊接連接。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。
永定河大橋概念設(shè)計(jì)是國際方案競賽,有六家國際知名設(shè)計(jì)單位的十八個(gè)方案參加競爭,最終有六個(gè)方案入圍。作者指導(dǎo)學(xué)生所完成的三個(gè)方案均得以入選。部分競爭者的方案因采用大跨、奇異的造型來標(biāo)新立異而被淘汰,而學(xué)生們所完成的方案思路清晰、考慮的因素較為全面,創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)性均較好,設(shè)計(jì)方案外形也比較優(yōu)美,因此得以入圍。在前面提到的另外兩個(gè)國際比賽中,學(xué)生們的方案也獲得了第二和第一名。參加比賽既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,也達(dá)到了《橋梁概念設(shè)計(jì)》的教學(xué)目的。
學(xué)生反應(yīng)
2橋梁的加固設(shè)計(jì)
本文針對其出現(xiàn)的橋臺(tái)整體沉降的病害提出了兩個(gè)具體加固方案。
2.1方案一
a)在原兩側(cè)橋臺(tái)前1.35m加設(shè)雙柱式橋墩,形成(1.7+12.6+1.7)m跨徑的雙懸臂板結(jié)構(gòu),橋臺(tái)的支撐作用慢慢消失,新的柱式墩主要起支撐主梁作用,b)鏟除后期養(yǎng)護(hù)逐年增加的瀝青混凝土,以減輕上部恒載,利用液壓頂升設(shè)備將空心板抬升,恢復(fù)原橋面的設(shè)計(jì)標(biāo)高。c)在墩頂原鋪裝層增設(shè)一層直徑25mm的鋼筋網(wǎng)用以承擔(dān)墩頂負(fù)彎矩。d)墩蓋梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,頂升主梁,落梁于墩頂支座上,形成雙懸臂結(jié)構(gòu),完成體系轉(zhuǎn)換。e)將原橋的背墻和側(cè)墻均相應(yīng)進(jìn)行加高,原橋臺(tái)基礎(chǔ)周圍需做防水封閉處理,以防止其繼續(xù)滲水下沉。
2.2方案二
a)先采用直徑為127mm的鉆頭鉆孔,鉆孔按梅花型布置,孔間距為1m,鉆孔深度為7m,要求鉆孔必須穿透原橋的擴(kuò)基底部,用直徑為127mm的PVC管做護(hù)壁。b)通過PVC管將直徑為110mm,長度為8m鋼管樁垂直擊打到原橋擴(kuò)大基礎(chǔ)底以下8m處,利用鋼管樁加固原有橋位處的地基,通過樁土復(fù)合作用共同承擔(dān)橋梁的上部荷載。c)為了減輕上部的自重,鏟除原橋面瀝青混凝土鋪裝25cm,利用液壓頂升設(shè)備將主梁進(jìn)行頂升,梁下墊增高度為25cm焊接好的槽鋼,同時(shí)更換原橋支座。d)待主梁放下與支座緊密結(jié)合好后,需對橋臺(tái)處進(jìn)行橋面連續(xù)的施工,澆筑鋼筋混凝土和瀝青混凝土,重新攤鋪瀝青混凝土鋪裝層。e)原橋臺(tái)基礎(chǔ)周圍需做防水封閉處理,以防止其繼續(xù)滲水下沉。
3設(shè)計(jì)方案比對
針對前述橋梁病害以及現(xiàn)行橋梁規(guī)范,為徹底消除隱患,保證現(xiàn)有橋梁的正常使用,本文擬定了兩個(gè)加固設(shè)計(jì)方案。
一、項(xiàng)目概況
靈山高架橋是龍(游)-麗(水)高速公路龍游改建段上的一座高架橋,位于龍游縣靈山鄉(xiāng)。龍麗高速公路是在龍麗一級公路的基礎(chǔ)上改建。由于一級公路改高速后,對一級公路實(shí)施時(shí)占用的50省道靈山段必須恢復(fù)。通過多種方案論證比較后決定采用全線高架橋跨越50省道,橋下的50省道按二級公路標(biāo)準(zhǔn)修建。高架橋上部構(gòu)造為(45×25)m部分預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù),全橋分8聯(lián)。該橋左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,全橋長1130m。橋址處地質(zhì)巖層較淺,巖性單一,屬片麻巖。橋位處屬亞熱帶季風(fēng)氣候,極端最高氣溫41.8℃,極端最低氣溫-11.4℃,年平均氣溫在16.3~17.3℃。
二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1.公路等級:高速公路;
2.設(shè)計(jì)荷載:公路-I級;
3.計(jì)算行車速度:80km/h;
4.橋梁橫斷面:整體式路基寬24.5m,橋梁比路基兩邊窄0.25m,橋梁左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,橫斷面布置為0.5m(鋼筋砼防撞護(hù)欄)+10.5m(行車道)+0.75m(波形鋼護(hù)欄);
5.地震動(dòng)峰值加速度系數(shù):0.05g,重要性修正系數(shù)1.3,抗震構(gòu)造措施按七度設(shè)防。
三、總體設(shè)計(jì)
橋址處地形平坦,兩邊為靈山鄉(xiāng)村民居住區(qū),人員比較密集。已建成的龍麗一級公路為雙向四車道,交通量較大。要求施工過程中不能中斷龍麗一級公路、50省道的通行,因而橋梁規(guī)模、施工難度都比較大。橋型方案設(shè)計(jì),力求做到技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、施工周期短、維護(hù)費(fèi)用低,并且盡量減少對相關(guān)工程正常運(yùn)營的影響。結(jié)合初步設(shè)計(jì)專家評審意見,上部構(gòu)造選擇預(yù)制的預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù)。
橋跨布置為:(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m,墩臺(tái)均按法向布置。全橋分為8聯(lián),左右幅布跨相同。下部構(gòu)造為:矩形墩、肋式臺(tái),矩形挖孔灌注樁基礎(chǔ)。
四、上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.上部結(jié)構(gòu)
本橋上部結(jié)構(gòu)采用25m部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土組合小箱梁,5~6孔為一聯(lián),采用多箱單獨(dú)預(yù)制,簡支安裝,現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。梁高140cm,頂板厚18cm,底板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm,腹板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm。半幅橋每孔布置4片箱梁,箱梁梁間距為285cm,懸臂長160cm,箱梁之間設(shè)18cm厚橫向濕接縫。箱梁連續(xù)處設(shè)1道厚35cm的中橫梁,邊跨梁端設(shè)1道厚25cm的端橫梁。小箱梁采用C50混凝土預(yù)制。
2.下部結(jié)構(gòu)
下部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是橋墩類型多,是本橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn),也是本文要重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。為了保證橋下50省道的通行凈空要求,本橋采用二柱或者三柱式橋墩。二柱式墩有37個(gè),其中柱間距為14m的有35個(gè),柱間距為12.4m的有1個(gè),柱間距為15.2m的有1個(gè);三柱式墩有7個(gè)。全橋合計(jì)有10種不同類型的橋墩。
橋墩蓋梁統(tǒng)一采用矩形截面,高為200cm,寬為180cm。其中預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)又是本橋最復(fù)雜的部分。蓋梁采用C50混凝土,按全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件設(shè)計(jì)。采用ASTMA416/A416M-98標(biāo)準(zhǔn)的低松馳鋼鉸線,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa,直徑15.24mm,公稱面積140mm2,彈性模量Ey=1.95×105MPa,所使用的預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370—2000中規(guī)定的I類錨具要求。管道采用預(yù)埋金屬波紋管成型。
橋墩墩身采用等截面矩形實(shí)心墩,墩高為600~700cm。兩柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸為:180cm(橫)×150cm(縱);三柱式邊墩為:150cm(橫)×150cm(縱)。墩柱按普通鋼筋砼構(gòu)件設(shè)計(jì),采用C30混凝土。
為了加快施工進(jìn)度和減少施工過程中對龍麗一級公路、50省道正常運(yùn)營的影響,建設(shè)單位要求設(shè)計(jì)單位對橋墩下部樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。橋址處弱風(fēng)化巖層比較淺,如果按嵌巖樁設(shè)計(jì),樁長只有15~25米,完全可以采用人工開挖。采用這種施工方法每個(gè)橋墩之間互相獨(dú)立不受影響,作業(yè)面廣,可以同時(shí)大面積施工。經(jīng)過綜合分析比較,橋墩下部樁基并沒有采用以往通常的做法:群樁加承臺(tái);而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注樁。兩柱式和三柱式中墩的樁基截面尺寸為:240cm(橫)×180cm(縱),三柱式邊墩為:180cm(橫)×180cm(縱);采用C25混凝土。橋墩構(gòu)造見圖1和圖2。
圖1二柱式橋墩一般構(gòu)造
圖2三柱式橋墩一般構(gòu)造
五、結(jié)構(gòu)計(jì)算
1.組合小箱梁
小箱梁內(nèi)力計(jì)算采用平面桿系有限元程序橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算,荷載橫向分配系數(shù)采用剛接板(梁)法計(jì)算,并用梁格法進(jìn)行檢算,橋面板計(jì)算按單向板和懸臂板計(jì)算。本設(shè)計(jì)為部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土結(jié)構(gòu),故跨中底板和支點(diǎn)處頂板根據(jù)承載能力極限狀態(tài)設(shè)置受力鋼筋。此種結(jié)構(gòu)在高速公路上比較常用,有較成熟的設(shè)計(jì)、施工方法,本文不再贅述。
2.蓋梁橋墩蓋梁施工及運(yùn)營階段的內(nèi)力計(jì)算采用橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆蓋梁施工工藝流程為:下部樁基、立柱施工完成后,搭設(shè)支架澆筑蓋梁砼;蓋梁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉第一批鋼束;然后進(jìn)行上部小箱梁的架設(shè),再張拉第二批鋼束;最后進(jìn)行橋面系施工。按此流程分4個(gè)主要工況計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移。成橋運(yùn)營計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降和溫度等工況,按規(guī)范進(jìn)行最不利荷載組合。溫度荷載按體系升溫5°C及降溫5°C計(jì)算;不均勻沉降按10mm計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果:在最不利荷載組合下,蓋梁上緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力1.2MPa,蓋梁上緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力5.5MPa,蓋梁下緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力0.5MPa,蓋梁下緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力6.6MPa,均滿足規(guī)范要求。
3.蓋梁與墩柱連接方式對比計(jì)算
一般橋墩蓋梁與墩柱都是采取直接固結(jié)的連接方式,本橋設(shè)計(jì)中兩柱式橋墩也是采用這種方式,見圖1。但是在三柱式橋墩蓋梁計(jì)算中,發(fā)現(xiàn)離中柱距離比較大的邊柱如果采用梁柱固結(jié),計(jì)算很難滿足規(guī)范要求,因此采取蓋梁與墩柱之間設(shè)置單向活動(dòng)盆式支座,見圖2。
為弄清2種連接方式對蓋梁的影響,在設(shè)計(jì)中,針對梁柱設(shè)置支座和固結(jié)2種情況進(jìn)行對比計(jì)算。取5號墩蓋梁靠邊墩的部分單元在運(yùn)營階段的截面應(yīng)力進(jìn)行比較,其結(jié)果見表1。
單元號
截面號
下緣應(yīng)力(MPa)
表1說明梁柱之間設(shè)置支座可有效增加截面下緣的壓應(yīng)力,對預(yù)防蓋梁下緣開裂有明顯的作用。因此,在該橋設(shè)計(jì)中,對三柱式橋墩蓋梁均設(shè)置有盆式支座。其中3、4、39和40號墩兩側(cè)邊柱設(shè)盆式支座,5、6和38號墩單側(cè)邊柱設(shè)盆式支座。
六、結(jié)語
靈山高架是龍麗高速公路上的控制性工程之一,施工工期短、施工場地受限制、下部橋墩構(gòu)造復(fù)雜是該橋的特點(diǎn)也是設(shè)計(jì)和施工的難點(diǎn)。通過精心設(shè)計(jì),努力創(chuàng)新,大膽采用新技術(shù)、新工藝,使該橋上下部結(jié)構(gòu)尺寸合理、比例協(xié)調(diào),全橋氣勢宏大,莊重沉穩(wěn)又不失輕盈美觀,符合安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的原則。本工程對類似高架橋工程日后的設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
一、項(xiàng)目概況
靈山高架橋是龍(游)-麗(水)高速公路龍游改建段上的一座高架橋,位于龍游縣靈山鄉(xiāng)。龍麗高速公路是在龍麗一級公路的基礎(chǔ)上改建。由于一級公路改高速后,對一級公路實(shí)施時(shí)占用的50省道靈山段必須恢復(fù)。通過多種方案論證比較后決定采用全線高架橋跨越50省道,橋下的50省道按二級公路標(biāo)準(zhǔn)修建。高架橋上部構(gòu)造為(45×25)m部分預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù),全橋分8聯(lián)。該橋左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,全橋長1130m。橋址處地質(zhì)巖層較淺,巖性單一,屬片麻巖。橋位處屬亞熱帶季風(fēng)氣候,極端最高氣溫41.8℃,極端最低氣溫-11.4℃,年平均氣溫在16.3~17.3℃。
二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
1.公路等級:高速公路;
2.設(shè)計(jì)荷載:公路-I級;
3.計(jì)算行車速度:80km/h;
4.橋梁橫斷面:整體式路基寬24.5m,橋梁比路基兩邊窄0.25m,橋梁左右幅分離,單幅橋梁寬度為11.75m,橫斷面布置為0.5m(鋼筋砼防撞護(hù)欄)+10.5m(行車道)+0.75m(波形鋼護(hù)欄);
5.地震動(dòng)峰值加速度系數(shù):0.05g,重要性修正系數(shù)1.3,抗震構(gòu)造措施按七度設(shè)防。
三、總體設(shè)計(jì)
橋址處地形平坦,兩邊為靈山鄉(xiāng)村民居住區(qū),人員比較密集。已建成的龍麗一級公路為雙向四車道,交通量較大。要求施工過程中不能中斷龍麗一級公路、50省道的通行,因而橋梁規(guī)模、施工難度都比較大。橋型方案設(shè)計(jì),力求做到技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、施工周期短、維護(hù)費(fèi)用低,并且盡量減少對相關(guān)工程正常運(yùn)營的影響。結(jié)合初步設(shè)計(jì)專家評審意見,上部構(gòu)造選擇預(yù)制的預(yù)應(yīng)力砼組合小箱梁,先簡支后連續(xù)。
橋跨布置為:(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m,墩臺(tái)均按法向布置。全橋分為8聯(lián),左右幅布跨相同。下部構(gòu)造為:矩形墩、肋式臺(tái),矩形挖孔灌注樁基礎(chǔ)。
四、上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.上部結(jié)構(gòu)
本橋上部結(jié)構(gòu)采用25m部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土組合小箱梁,5~6孔為一聯(lián),采用多箱單獨(dú)預(yù)制,簡支安裝,現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。梁高140cm,頂板厚18cm,底板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm,腹板厚從跨中至根部由18cm變化為25cm。半幅橋每孔布置4片箱梁,箱梁梁間距為285cm,懸臂長160cm,箱梁之間設(shè)18cm厚橫向濕接縫。箱梁連續(xù)處設(shè)1道厚35cm的中橫梁,邊跨梁端設(shè)1道厚25cm的端橫梁。小箱梁采用C50混凝土預(yù)制。
2.下部結(jié)構(gòu)
下部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是橋墩類型多,是本橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn),也是本文要重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。為了保證橋下50省道的通行凈空要求,本橋采用二柱或者三柱式橋墩。二柱式墩有37個(gè),其中柱間距為14m的有35個(gè),柱間距為12.4m的有1個(gè),柱間距為15.2m的有1個(gè);三柱式墩有7個(gè)。全橋合計(jì)有10種不同類型的橋墩。
橋墩蓋梁統(tǒng)一采用矩形截面,高為200cm,寬為180cm。其中預(yù)應(yīng)力蓋梁設(shè)計(jì)又是本橋最復(fù)雜的部分。蓋梁采用C50混凝土,按全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件設(shè)計(jì)。采用ASTMA416/A416M-98標(biāo)準(zhǔn)的低松馳鋼鉸線,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa,直徑15.24mm,公稱面積140mm2,彈性模量Ey=1.95×105MPa,所使用的預(yù)應(yīng)力錨具應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370—2000中規(guī)定的I類錨具要求。管道采用預(yù)埋金屬波紋管成型。
橋墩墩身采用等截面矩形實(shí)心墩,墩高為600~700cm。兩柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸為:180cm(橫)×150cm(縱);三柱式邊墩為:150cm(橫)×150cm(縱)。墩柱按普通鋼筋砼構(gòu)件設(shè)計(jì),采用C30混凝土。
為了加快施工進(jìn)度和減少施工過程中對龍麗一級公路、50省道正常運(yùn)營的影響,建設(shè)單位要求設(shè)計(jì)單位對橋墩下部樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。橋址處弱風(fēng)化巖層比較淺,如果按嵌巖樁設(shè)計(jì),樁長只有15~25米,完全可以采用人工開挖。采用這種施工方法每個(gè)橋墩之間互相獨(dú)立不受影響,作業(yè)面廣,可以同時(shí)大面積施工。經(jīng)過綜合分析比較,橋墩下部樁基并沒有采用以往通常的做法:群樁加承臺(tái);而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注樁。兩柱式和三柱式中墩的樁基截面尺寸為:240cm(橫)×180cm(縱),三柱式邊墩為:180cm(橫)×180cm(縱);采用C25混凝土。橋墩構(gòu)造見圖1和圖2。
圖1二柱式橋墩一般構(gòu)造
圖2三柱式橋墩一般構(gòu)造
五、結(jié)構(gòu)計(jì)算
1.組合小箱梁
小箱梁內(nèi)力計(jì)算采用平面桿系有限元程序橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算,荷載橫向分配系數(shù)采用剛接板(梁)法計(jì)算,并用梁格法進(jìn)行檢算,橋面板計(jì)算按單向板和懸臂板計(jì)算。本設(shè)計(jì)為部分預(yù)應(yīng)力(A類)混凝土結(jié)構(gòu),故跨中底板和支點(diǎn)處頂板根據(jù)承載能力極限狀態(tài)設(shè)置受力鋼筋。此種結(jié)構(gòu)在高速公路上比較常用,有較成熟的設(shè)計(jì)、施工方法,本文不再贅述。
2.蓋梁橋墩蓋梁施工及運(yùn)營階段的內(nèi)力計(jì)算采用橋梁博士3.0進(jìn)行計(jì)算。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆蓋梁施工工藝流程為:下部樁基、立柱施工完成后,搭設(shè)支架澆筑蓋梁砼;蓋梁砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉第一批鋼束;然后進(jìn)行上部小箱梁的架設(shè),再張拉第二批鋼束;最后進(jìn)行橋面系施工。按此流程分4個(gè)主要工況計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力、應(yīng)力和位移。成橋運(yùn)營計(jì)算包括恒載、活載、支點(diǎn)沉降和溫度等工況,按規(guī)范進(jìn)行最不利荷載組合。溫度荷載按體系升溫5°C及降溫5°C計(jì)算;不均勻沉降按10mm計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果:在最不利荷載組合下,蓋梁上緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力1.2MPa,蓋梁上緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力5.5MPa,蓋梁下緣最小應(yīng)力為壓應(yīng)力0.5MPa,蓋梁下緣最大應(yīng)力為壓應(yīng)力6.6MPa,均滿足規(guī)范要求。
3.蓋梁與墩柱連接方式對比計(jì)算
一般橋墩蓋梁與墩柱都是采取直接固結(jié)的連接方式,本橋設(shè)計(jì)中兩柱式橋墩也是采用這種方式,見圖1。但是在三柱式橋墩蓋梁計(jì)算中,發(fā)現(xiàn)離中柱距離比較大的邊柱如果采用梁柱固結(jié),計(jì)算很難滿足規(guī)范要求,因此采取蓋梁與墩柱之間設(shè)置單向活動(dòng)盆式支座,見圖2。
為弄清2種連接方式對蓋梁的影響,在設(shè)計(jì)中,針對梁柱設(shè)置支座和固結(jié)2種情況進(jìn)行對比計(jì)算。取5號墩蓋梁靠邊墩的部分單元在運(yùn)營階段的截面應(yīng)力進(jìn)行比較,其結(jié)果見表1。
單元號
截面號
下緣應(yīng)力(MPa)
表1說明梁柱之間設(shè)置支座可有效增加截面下緣的壓應(yīng)力,對預(yù)防蓋梁下緣開裂有明顯的作用。因此,在該橋設(shè)計(jì)中,對三柱式橋墩蓋梁均設(shè)置有盆式支座。其中3、4、39和40號墩兩側(cè)邊柱設(shè)盆式支座,5、6和38號墩單側(cè)邊柱設(shè)盆式支座。
六、結(jié)語
靈山高架是龍麗高速公路上的控制性工程之一,施工工期短、施工場地受限制、下部橋墩構(gòu)造復(fù)雜是該橋的特點(diǎn)也是設(shè)計(jì)和施工的難點(diǎn)。通過精心設(shè)計(jì),努力創(chuàng)新,大膽采用新技術(shù)、新工藝,使該橋上下部結(jié)構(gòu)尺寸合理、比例協(xié)調(diào),全橋氣勢宏大,莊重沉穩(wěn)又不失輕盈美觀,符合安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的原則。本工程對類似高架橋工程日后的設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
1.組織者因各種原因沒有投入充足的時(shí)間。由于學(xué)生多,指導(dǎo)老師較少,師生比例較小,一般情況下一個(gè)指導(dǎo)老師要同時(shí)指導(dǎo)10多個(gè)學(xué)生,加之很多老師同時(shí)面臨著上課、科研、兼職輔導(dǎo)員或班主任以及評定職稱等壓力,所以就不可避免地會(huì)出現(xiàn)指導(dǎo)時(shí)間不足的缺陷。
2.考核評定方法不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)考核評定方法過于程式化,一般來說都會(huì)分為開題、中期和答辯三個(gè)階段,這看起來還算比較合理,但實(shí)際運(yùn)用中,往往存在三期脫節(jié)的現(xiàn)象,即開題后,學(xué)生思想很容易放松、拖沓,轉(zhuǎn)眼中期即至,許多人還沒有像樣的成果可以報(bào)告,而中期后,又有很多學(xué)生面臨找工作和考研復(fù)試等事情,所以到了答辯往往是應(yīng)付了事。看似有用的三期匯報(bào),其實(shí)并沒有起到真正的監(jiān)督作用。而在給予考核成績時(shí),都是以優(yōu)、良、中等、及格和不及格來斷定,其中老師的主觀判斷和個(gè)人感情有時(shí)會(huì)影響打分,學(xué)生則大多并不清楚成績劃分優(yōu)良的判別標(biāo)準(zhǔn)。
3.軟件等客觀因素。對道橋方向的學(xué)生來說,設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)用到一些專業(yè)設(shè)計(jì)軟件,比如緯地、橋梁博士等。從頭開始學(xué)習(xí)新軟件需要一段時(shí)間,另外因這些軟件版本大都是學(xué)生在網(wǎng)上自行下載的破解版,因與系統(tǒng)存在不兼容問題只有少部分學(xué)生才能安裝上,且輸出的設(shè)計(jì)圖表顯示不規(guī)范,需要大量的修改和后期處理工作。更嚴(yán)重的是,使用盜版軟件將會(huì)面臨被追究侵權(quán)的法律責(zé)任。
(二)執(zhí)行者方面存在的問題
1.對指導(dǎo)老師的依賴性太強(qiáng)。這可能也是我國學(xué)生從小面臨的問題,學(xué)習(xí)與否,怎樣學(xué)習(xí),都是老師教出來的,缺乏主觀能動(dòng)性,很少有學(xué)生主動(dòng)提出選題方案或想法,都是在等老師的組織和安排,匯報(bào)則像考試一樣突擊和應(yīng)付的情況嚴(yán)重。一旦老師不給出圖紙或者下一步的思路,則停滯不前或消極對待。
2.資料準(zhǔn)備不足,專業(yè)課程實(shí)踐的綜合應(yīng)用能力差。有些學(xué)生平時(shí)成績還可以,到畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用的時(shí)候卻往往缺少思路,無從下手。這說明學(xué)生的知識(shí)面不夠,創(chuàng)新思維受到限制,而對學(xué)過的各門專業(yè)課程又不能靈活地綜合運(yùn)用,所以造成實(shí)際分析和解決問題的能力薄弱,又因?yàn)闆]有施工經(jīng)驗(yàn)而對計(jì)算模型和實(shí)際模型之間的轉(zhuǎn)化的施工方法、結(jié)構(gòu)要求及規(guī)范等不夠熟悉和了解。很多學(xué)生查閱資料的能力不足,往往找不到適合自己的文獻(xiàn)材料,不能很好地利用學(xué)校數(shù)字圖書館及文本文獻(xiàn),這些都一定程度地影響了設(shè)計(jì)圖表完成和說明書編制等環(huán)節(jié)的進(jìn)度。
3.設(shè)計(jì)內(nèi)容多而不精,工作量偏大。本校道橋方向畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間一般安排為13周,雖然看似設(shè)計(jì)時(shí)間充足,但道橋方向畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求內(nèi)容較多,主要包括:確定選題方向、方案選擇、方案設(shè)計(jì)及軟件出圖、計(jì)算書編制、專題設(shè)計(jì)、專業(yè)文獻(xiàn)翻譯、匯集材料答辯等,應(yīng)該說,整個(gè)過程的工作量較大,不少學(xué)生因此感到時(shí)間倉促,以至部分學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量不理想。
4.執(zhí)行者的個(gè)人因素。畢業(yè)設(shè)計(jì)的持續(xù)時(shí)間段一般為3月份到6月份,而這段時(shí)間往往也是未落實(shí)就業(yè)單位的應(yīng)屆畢業(yè)生找工作的繁忙階段,要參加大小招聘會(huì)、面試等,考上研的學(xué)生也在該期間準(zhǔn)備及參加研究生復(fù)試,實(shí)際真正用來做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間又被壓縮掉幾周。再者,因?yàn)橐粚W(xué)期的設(shè)計(jì)時(shí)間基本全由學(xué)生自由支配,學(xué)生不能夠很好地把握設(shè)計(jì)進(jìn)度并按照開題時(shí)擬定的進(jìn)度按時(shí)完成,往往前松后緊,指導(dǎo)教師進(jìn)行階段性檢查前再臨時(shí)突擊進(jìn)度。
二、解決措施
(一)組織管理方面的措施
1.與施工單位結(jié)合,努力克服選題不當(dāng)或單一。選題對畢業(yè)設(shè)計(jì)來說無疑代表著一個(gè)好的開始,選題一定不能倉促,對于組織者來說,應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生加強(qiáng)與企業(yè)、施工單位的聯(lián)系,多與工程實(shí)踐相結(jié)合,題目不用太大,可以僅完成工程項(xiàng)目的分支,這樣,真題真做,再由施工方管理人員給予實(shí)際施工指導(dǎo)。這對于即將畢業(yè)的道橋方向?qū)W生來說具有很重要的意義,這無疑是書本知識(shí)和實(shí)際施工的有利結(jié)合,為他們走向工作崗位打下了基礎(chǔ)。
2.組織者時(shí)間上的保證。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間,組織者應(yīng)以指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)為主要任務(wù),一定要統(tǒng)籌安排好自己的時(shí)間,不要讓過多的其他任務(wù)影響了自己在時(shí)間上對學(xué)生及時(shí)輔導(dǎo)的保障。其他任務(wù)可提前在畢業(yè)設(shè)計(jì)之前或者之后來集中完成,必要時(shí)應(yīng)增加指導(dǎo)教師的人數(shù)。
3.量化考核成績,減少主觀因素的影響。考核成績應(yīng)針對設(shè)計(jì)題目的難易有區(qū)別地對待,比如對不同難度的題目分別給出最高分?jǐn)?shù)的限制,或者首先針對不同難度的題目給出一個(gè)權(quán)衡指數(shù),最后的成績與權(quán)衡指數(shù)相乘來確定最終分?jǐn)?shù)。這一點(diǎn)非常重要,既可以提高自主選題的主動(dòng)性,也使學(xué)生對自己的成績由來有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí),并且還對“都能及格”這一大眾化消極觀點(diǎn)給予了強(qiáng)有力的回?fù)簦嬲龅娇陀^、公正。
4.做好軟件準(zhǔn)備等后勤保障工作。組織者應(yīng)加強(qiáng)與學(xué)院或?qū)W校方面的聯(lián)系,由學(xué)院或?qū)W校牽頭,對經(jīng)常用到的畢業(yè)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)盡量提供正版,或者期限較長的試用版,再由專業(yè)人員進(jìn)行安裝指導(dǎo),對于無法滿足提供正版或長期試用版的軟件,要由組織者經(jīng)試用后把最優(yōu)版本提供給學(xué)生使用,必要時(shí)應(yīng)提供安裝等方面的指導(dǎo)。
(二)執(zhí)行者方面采取的措施
1.加強(qiáng)文獻(xiàn)檢索能力和資料查找能力,對所學(xué)內(nèi)容靈活運(yùn)用。對于即將踏上工作崗位或新的學(xué)習(xí)研究階段的畢業(yè)生來說,四年來他們所學(xué)的內(nèi)容也許并不少,但具體運(yùn)用能力還沒有得到鍛煉,當(dāng)然,這也與缺少工程實(shí)踐有關(guān),而學(xué)習(xí)實(shí)踐之余,學(xué)生不愛動(dòng)腦、得過且過的缺點(diǎn)也暴露無疑,且缺少專業(yè)知識(shí)的延伸,對于相關(guān)文獻(xiàn)資料的查找能力有限,在遇到困難時(shí)往往找不到解決途徑。此時(shí),我們可以借鑒研究生階段的方法,由指導(dǎo)老師加以引導(dǎo),對所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行綜合,并由組織者或已經(jīng)成為師哥師姐的研究生在實(shí)踐工作和文獻(xiàn)查找等方面進(jìn)行專題指導(dǎo),以此提高學(xué)生的檢索技能和知識(shí)運(yùn)用能力。
2.進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化和設(shè)計(jì)內(nèi)容優(yōu)化。對于已具規(guī)模的較大的畢業(yè)設(shè)計(jì),在第七學(xué)期末這一階段,提前交給學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)書或圖紙,對于自主命題的學(xué)生提前給出選題標(biāo)準(zhǔn)和要求,這樣就有效延長了畢業(yè)設(shè)計(jì)的壽命,使大的綜合設(shè)計(jì)題目得以較為細(xì)致地完成,并有利于在施工單位做設(shè)計(jì)的同學(xué)提前確定好設(shè)計(jì)方向,可不必要對大規(guī)模工程做整體設(shè)計(jì),而是進(jìn)行切塊設(shè)計(jì)。
3.執(zhí)行者個(gè)人時(shí)間的靈活掌握。對于要找工作和考研復(fù)試的同學(xué),應(yīng)及早做好時(shí)間上的安排,而不能以任何理由來應(yīng)付和消極對待畢業(yè)設(shè)計(jì),這就需要每個(gè)執(zhí)行者對自己的時(shí)間做出及早的安排,督促自己把時(shí)間限定在計(jì)劃內(nèi),既不影響畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程,也不影響其他必要的時(shí)間安排。
1.1變截面連續(xù)梁橋方案
主橋采用3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,孔徑布置為:35+60+35m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土閉合箱梁斷面,主梁支點(diǎn)全高3.5m,跨中高度1.7m。橋墩采用花瓶型墩,設(shè)分離式承臺(tái)。每個(gè)橋墩設(shè)置9根直徑為1.5m的樁基礎(chǔ)。方案特點(diǎn):本方案緊密結(jié)合橋址區(qū)微丘的特征,結(jié)構(gòu)上、下部比例協(xié)調(diào),簡潔明快,下部結(jié)構(gòu)采用的花瓶型橋墩,于樸實(shí)的整體形態(tài)之中蘊(yùn)藏變化,給人以沉穩(wěn)大度、剛勁通透的視覺效果,主橋與引橋配合流暢,并且可以通過細(xì)部景觀設(shè)計(jì)來提高橋梁總體景觀效果。主梁采用的變截面混凝土現(xiàn)澆箱梁,是同等跨徑最為經(jīng)濟(jì)的橋型,設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)豐富,有利于保證橋梁的設(shè)計(jì)、施工、后期養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量。
1.2下承式系桿拱橋方案
主橋采用下承式系桿拱,孔徑布置為:1×70m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。主橋上部結(jié)構(gòu)采用縱橫梁體系,整體橋面板,以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。全橋設(shè)3道直徑80cm圓形鋼管混凝土拱肋。橫梁與系桿固結(jié),吊桿采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲,拱肋間設(shè)3道鋼結(jié)構(gòu)橫撐。主跨橋墩采用柱式橋墩,樁基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)頂設(shè)整體式承臺(tái),每個(gè)橋墩設(shè)置9根直徑為150cm樁基礎(chǔ)。方案特點(diǎn):系桿拱橋造型美觀,其結(jié)構(gòu)具有拱橋的一般特征,又有自身的特點(diǎn)。它由拱與梁兩種結(jié)構(gòu)形式共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能,拱端的水平推力由拉桿承擔(dān),使拱端支座不產(chǎn)生水平推力。拱與弦之間用豎桿聯(lián)結(jié)而成。系桿拱橋內(nèi)部為超靜定體系,外部則為靜定體系,因此不會(huì)對墩臺(tái)不均勻沉降產(chǎn)生影響。本橋型方案主橋景觀效果突出,但與30m跨徑引橋配合效果一般,施工難度較大且工期長,造價(jià)比普通梁橋要高,后期養(yǎng)護(hù)需定期更換豎桿等部件,維護(hù)費(fèi)用較高。
1.3無背索豎琴式獨(dú)塔斜拉橋方案
主橋采用無背索豎琴式獨(dú)塔斜拉橋,孔徑布置為:70+35m,引橋采用30m跨徑現(xiàn)澆箱梁。本橋?yàn)閮煽邕B續(xù)剛構(gòu)體系,塔梁墩固結(jié)。主梁采用鋼箱梁,梁高2.8m。索塔采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形斷面,塔高65m,水平傾角65°,斜拉索共布置12根,單面平行布置。索塔基礎(chǔ)采用前后肢型式,鋼筋混凝土深基礎(chǔ),直徑均為4m,深30m。主橋連續(xù)梁下橋墩采用花瓶墩,樁基礎(chǔ)。方案特點(diǎn):無背索獨(dú)塔斜拉橋是一種造型新穎的橋梁結(jié)構(gòu)型式,它打破了傳統(tǒng)直塔斜拉橋設(shè)計(jì)理念。該種橋型利用塔柱向一側(cè)傾斜來平衡另一側(cè)索的索力,不設(shè)背索,整體效果像一把豎琴,造型獨(dú)特、視覺沖擊力強(qiáng),建成后必將成為該地區(qū)的標(biāo)志性建筑。本橋型方案景觀效果突出,與引橋配合效果也較好,但施工難度較大且工期長,造價(jià)偏高,后期養(yǎng)護(hù)需定期更換斜拉索等部件,維護(hù)費(fèi)用較高。
1.4主橋橋型方案比選
3個(gè)方案的綜合比較詳從方案比較表可以看出,無背索豎琴式獨(dú)塔斜拉橋造型別致,景觀效果最突出,但不足是施工難度大,工期長,造價(jià)高且后期維護(hù)難度大、費(fèi)用高。下承式系桿拱橋方案主橋造型美觀,但與引橋配合效果一般,施工難度較大,工期長,造價(jià)高且后期維護(hù)難度大、費(fèi)用高;相比之下,變截面連續(xù)梁橋方案不僅結(jié)構(gòu)簡單,施工難度小,工期短,造價(jià)較低,而且其景觀效果可以通過優(yōu)化細(xì)部景觀設(shè)計(jì)得到提高。綜合以上因素,并結(jié)合地方相關(guān)意見,推薦主橋采用變截面連續(xù)梁橋方案。
2方案設(shè)計(jì)
2.1總體布置
全橋共分4聯(lián),左右分幅、對稱布置。橋跨組合方式為:3×30+(35+60+35)+3×30+2×30,共長377m,左右幅橋之間設(shè)1m空隙。
2.2上部結(jié)構(gòu)
主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斷面,單幅橋?qū)?8.5m。從左到右依次設(shè)置2.5m(人行道)+3.5m(非機(jī)動(dòng)車道)+1.0m(機(jī)非分隔帶帶)+11.0m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5m(防撞護(hù)欄)。在人行道及機(jī)非分隔帶道板下預(yù)留了管線通道。主梁支點(diǎn)全高2.8m,跨中高1.7m。引橋采用等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,梁高1.7m。主橋上部結(jié)構(gòu)橫斷面。
2.3下部結(jié)構(gòu)
橋墩采用柱式花瓶型墩,設(shè)整體式承臺(tái),每個(gè)橋墩設(shè)置4根直徑為1.5m的樁基礎(chǔ),橋臺(tái)采用肋板臺(tái),
2.4結(jié)構(gòu)計(jì)算
(1)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁綜合程序按照平面桿系理論,對箱梁進(jìn)行內(nèi)力和應(yīng)力分析計(jì)算。
(2)縱向計(jì)算按實(shí)際的橋面寬度,計(jì)算橫向車道數(shù)量,按車道荷載計(jì)算,根據(jù)規(guī)范橫向折減,考慮沖擊系數(shù)和1.15的橫向偏載系數(shù)。
(3)連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮溫度梯度引起的效應(yīng),梁頂最大不均勻升溫25℃,梁頂最大不均勻降溫25℃。
(4)橋墩按集成剛度法進(jìn)行水平力分配,鉆孔樁按摩擦樁設(shè)計(jì),樁身內(nèi)力按m法計(jì)算。
(5)基礎(chǔ)不均勻沉降按1.0cm考慮,設(shè)計(jì)時(shí)按其最不利情況進(jìn)行組合。
2.5橋梁細(xì)部景觀設(shè)計(jì)
本橋?yàn)槌鞘锌缇€橋,對景觀要求較高。主橋推薦方案采用的變截面連續(xù)梁,線條流暢,上、下部結(jié)構(gòu)比例協(xié)調(diào),與引橋30m現(xiàn)澆箱梁搭配相得益彰,同時(shí)下部結(jié)構(gòu)橋墩采用花瓶型墩,既顯得沉穩(wěn)又賦予變化,橋下視覺效果通透,能與周圍環(huán)境相融合。除此之外,方案還考慮了橋面景觀設(shè)計(jì)。首先,在橋上左右幅機(jī)非分隔帶處分別設(shè)置一弧線拱小品,拱型簡潔明快,猶如一對展翅飛翔的鳥兒,為本橋增添了幾分生動(dòng)。其次,人行道外側(cè)欄桿設(shè)計(jì)成弧線形,增強(qiáng)橋梁整體效果。同時(shí)加強(qiáng)橋上照明設(shè)計(jì),在欄桿外側(cè)設(shè)置夜景照明燈柱,增強(qiáng)橋梁夜間景觀效果。
3施工期間保通措施
本橋跨越現(xiàn)狀長株高速公路,主橋、引橋采用搭設(shè)滿堂支架或門架現(xiàn)澆施工,為保障施工期間長株高速正常通行,必須做好保通措施。具體措施有:
(1)跨越長株高速段采用搭設(shè)門架現(xiàn)澆施工,在上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)需搭設(shè)防落物網(wǎng),防止施工器具、材料等掉落到長株高速上,影響車輛正常行駛;
(2)做好安全防護(hù)和安全告知措施,距離施工區(qū)域2km、1km設(shè)置施工標(biāo)志,距離“前方2km施工預(yù)告標(biāo)志”300m和200m位置處,分別設(shè)置80km/h、60km/h分級限速標(biāo)志;
(3)在施工之前與交警和相關(guān)運(yùn)營部門協(xié)調(diào)溝通,做好施工運(yùn)營期間運(yùn)營秩序的維護(hù);
(4)建立好相關(guān)安全生產(chǎn)管理制度,配置相關(guān)的交通指揮人員和安全巡視人員,明確安全職責(zé)。