基于桥梁盖梁设计方案优化的研究
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作者: 范巧焕,周文胜
桥梁工程盖梁设计是桥梁建筑工程中的重要组成部分,也是提高桥梁工程质量的核心要素。桥梁工程盖梁是桥梁工程中重要的承载构件,具有不可替代的“承上启下”作用。在很多的桥梁监理过程中,监理者对该部分的监理往往会予以特别注意,这是因为盖梁自重引起的结构内力很小,盖梁上的绝大部分荷载是由其上梁体通过支座传递来的集中力。这也就说,桥梁工程盖梁设计,一方面,应该在充分考虑桥梁的构建特征及其基础上,注重按照实际承受能力予以合理设计优化;另一方面,设计方案应该在体现提高工程质量的基础上,注重方案的优化组合,提高设计的导向性和实用性。
1分析盖梁的受力特点,提高桥梁承受力
在桥梁的设计过程中,应该注重对盖梁承受力的情况予以分析说明。针对盖梁是一个承上启下的重要构件特点,其上部结构的恒载和活载就是通过它传递给墩柱和基础的。因此,在设计过程中应该注意把握:
1)注意桥梁施工的组合材料,依据材料的特点设计不同的盖梁承受方案;
2)注意盖梁与其他梁体的受力分析,盖梁上的绝大部分荷载是由其上梁体通过支座传递来的集中力,因此,在设计时应予以考虑
3)注意转剪应力的试验,根据材料力学公式和扭矩计算要求,应该在依据弯剪两种内力的基础上精心设计。
笔者以为,在设计过程中除了注意上述的要求之外,注重桥梁的预应力也是不可忽视的重要方面。设计者可根据弯剪两种内力的组合运用原理要求,合理分析预应力的使用状况。在设计使用时应该将预应力看成是外荷载,并且要注意预应力施加的时间和大小,以此来发挥其作用。
2注意盖梁计算的要点,提高盖梁适用性
根据近几年的桥梁盖梁计算实践效果来看,注意盖梁计算的要点,提高盖梁适用性,主要表现在:
1)单元的简化,即根据盖梁的几何尺度及其以弯矩、剪力、轴力(预应力引起)为主的受力特点,将它模拟成平面杆单元模拟成平面杆单元进行计算;
2)荷载的简化,即通过一定承载物在通过梁体和支座传来的,要准确算出盖梁最不利内力情况下汽车引起的各支座反力;
3)边界条件的简化,即模拟盖梁与墩柱的联结,并根据其受力情况予以客观考虑。
笔者以为,在注意盖梁计算的要点时,可根据不同的桥梁特点采用适当的计算方法,以此来提高盖梁适用性。我们以边界条件的简化为例进行分析。我们知道,连续梁模型比双悬臂的简支梁模型计算的支点处控制弯矩小很多,直接应用双悬臂的简支梁模型时支点负弯矩需要作适当的削峰处理;连续梁模型的弯矩图量值与所模拟的支点间的距离有关,但这个距离的确定目前还缺乏足够的依据;刚构模型除支点处外侧截面的计算弯矩较大外,其余处与连续梁模型的计算结果相接近。如果计算采用刚构模型,设计时仅对支点处外侧截面放松控制标准,不仅盖梁的计算结果可以保证,而且还能同时获得桥墩横桥向的控制内力,这往往也是桥墩设计时需要验算的内容,因此我们在实际设计中即采用此法。这样的方法,不仅能够更好反映盖梁的受力承载情况,还能够有助于施工者进行有效施工操作。
3围绕盖梁预应力,优化组合施工材料
在盖梁的设计中,预应力盖梁设计时既要保证整个施工过程中结构的安全,也要保证盖梁在营运状态下的安全。为此,设计者应该注意如下方面:
1)采用较大吨位钢束,提高有效的预应力;
2)钢束宜分成两批张拉。张拉次数过多将使施工不方便,张拉次数过少则不易同时满足施工和营运要求;
3)合理布置钢筋,如果把预应力筋比喻为骨、混凝土比作肉,那么普通钢筋就是筋,没有普通钢筋的预应力结构是无法正常工作的。由于盖梁的尺寸较大,因此普通钢筋的直径不宜过细,箍筋不宜小于Ф11,纵筋不宜小于Ф15。同时,箍筋问距应该适当加密,以此来提高承受力。
在桥梁施工过程中,空心预制板的使用也是不可忽视的问题之一。笔者以为,在围绕盖梁预应力,设计时应该注意以下几方面:
1)精心选用空心板混凝土强度高,整片梁顶板厚度大于8cm的空心预制板;
2)对空心板顶板度(局部)小于7cm的,应进行局部开仓处理,将厚度不足部分凿除,重装芯模,并增加补强筋,浇筑比原混凝土标号高一级的混凝土,使顶板厚达到设计标准;
3)注意防水处理,对空心板底板不密实出现渗水漏水或纵向局部裂缝或钢筋混凝土保护层不足的,如混凝土强度合格,静载试验没有问题,可采用防水措施,用赛柏斯防水材料,将此材料喷涂在不密实的混凝土底板顶面上,经过渗透化学作用,提高混凝土密实度和强度;
4)预制空心板建筑高度超过设计标准,直接影响桥面铺装层的厚度,凡桥面铺装厚度达不到设计要求的,可以取调整墩台帽或垫石高度或凿除超厚的顶板部分,如果上构已安装,墩台帽及垫石无法调整的,可采用调整纵坡的方法处理。这样的设计,不仅符合工程施工质量要求,还能够提高桥梁的承载力。
综上所言,桥梁工程盖梁设计方案优化,应该基于以下几方面的考虑:①围绕桥梁建筑特征,设计合理、科学、高效的方案,提高桥梁的承载受力;②注重设计方案的可行性,应该在依据试验数据的基础上,能够予以施工操作;③注重方案的兼容性,能够与桥梁的其他设计方案形成有机的整体,便于施工者和管理者在实际操作中权量操作。
参考文献
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