结构可靠性理论下的公路桥梁设计

发表时间:2020/5/22   来源:《建筑实践》2020年1月第2期   作者:张承岳
[导读] 随着经济的快速发展,交通运输量不断增加,很多公路桥梁出现结构损伤
        摘要:随着经济的快速发展,交通运输量不断增加,很多公路桥梁出现结构损伤,造成了严重的安全事故。为了提升公路桥梁工程的安全性,延长其使用寿命,保障公路桥梁的安全运行,必须提高公路桥梁设计的可靠度,提升结构设计的安全性和实用性,推动公路桥梁建设的发展。
         关键词:结构;可靠性;公路桥梁;设计
         引言
         一直以来我国在桥梁设计过程中,存在着考虑强度多而考虑耐久性少;重视强度极限状态而不重视使用极限状态;重视桥梁结构的建造而忽视其检测和维护;使结构安全性存在不同程度的隐患和缺陷。而基于可靠度的公路桥梁结构设计方法,其不仅考虑到设计参数中设计向量、目标函数和约束函数的随机性、模糊性和未确知性等,以及材料和施工质量的不确定性,使得设计人员在设计时利用桥梁结构的目标可靠度或失效概率,来描述更为科学和定量的安全可靠程度,实现安全、适用、耐久的设计要求。
         1结构可靠度的概念
         结构可靠度理论是我国公路桥梁结构设计的重要参考理论之一,利用结构可靠度理论对桥梁设计进行优化,取得了较高的经济效益。结构可靠度是公路交通建设中,结构实用性、安全性和耐久性的总称,是以预防结构损坏分析为基础的设计理论。在公路桥梁设计与施工中,结构的抗力值R与载荷效应值S是影响整个桥梁结构可靠度的主要影响因素。其中桥梁结构的抗力值与原材料的基本性能、计算模式和几何参数的选用不同,会得到不同的结果;而载荷力值在桥梁结构设计基准期(一般为50年)内不同阶段会得出不同的结果。因此桥梁结构设计中的可靠度不是固定值,需要通过概率学中的失效概率对设计中的可靠度值进行计算。在桥梁结构设计中,不能将效应值与抗力值混淆在一起,应分别进行分析计算,保证二者的相对独立性。
         2公路桥梁结构优化设计
         2.1公路桥梁工程基础设计要点
         在桥梁结构实施有效设计处理的时候,在实施上部结构设计和下部墩台设计处理之后,随后实施桥梁结构设计的过程中,其设计的重点主要是基础设计,任何结构物的基础就是和其相对应的地基之间相接触,设计人员在实施基础设计的过程中,也需要能够对各种桥梁基础结构方面的知识及地质方面的知识内容加以掌握,山区桥梁在构建的过程中也是由于其工程地质方面的复杂多样性特点比较突出容易出现桥梁基础设计的时候存在着比较高的难度,山区工程在实施的时候,需要明确其地质的特点,在山区地质中会遇到岩溶及黄土等各种不良地质条件,而这也比较容易增添基础设计的复杂性特点,工程设计人员在工程设计处理的时候,需要尽可能关注环境的特点,容易增添基础设计的复杂性。工程设计人员在做工程设计的时候,需要尽可能减少对自然环境的影响,在做基础设计的时候,需要精心设计,因地制宜地选择适宜的基础结构型式,从而使得桥梁结构在设计的时候,掌握基础设计要点,促使公路桥梁具有更好的设计效果。
         2.2公路桥梁工程构造设计要点
         在对桥梁构造设计过程中最为典型的问题就是伸缩缝的问题仅仅是设置普通的橡胶当作支座,通常是需要对其进行改称为橡胶活动的制作,不然一旦要是受到汽车荷载的作用就会十分容易但只结构安全和耐久性受到一定的影响。桥面通常情况下不会设计一个整体的钢筋网,并且也不会把汽车荷载的问题考虑到里面去,但是,在我国的公路运输过程中关于超载的想象是一种十分普遍的现象,例如汽车的超载运营,将会十分容易导致公路桥梁工程结构长期实用性以及耐久性,因此在遇到这种问题的时候,不仅仅要交给有关部门进行管理,同时还需要在结构设计的过程中将把超载可能造成的严重后果进行分析以及研究,并且还需要将其耐久性问题考虑到施工设计的范围之内。伸缩缝的位置所预埋的空心量数量通常都是不够的,建立以及施工单位必须要做好前期的复查工作。在此之外因为桩基础的钢筋保护和建筑制图的并不是一样的,所以,监理以及施工单位必须要对其进行加强重视,不然将会十分容易出现桩基础的主盘保护层不能够满足施工设计的需要。


         2.3公路桥梁工程的抗震性设计
         抗震设计主要是先进行地震灾害的调查,通过对比地震区的其他桥梁的损害情况,做出合理的评价,对断面和梁的破坏程度进行测评,墩高和墩柱截面尺寸是抗震设计的重要指标,墩高的高度不同,所引起自振周期、墩顶地震力以及墩低弯矩的变化不同;同样,墩柱截面尺寸也会影响这些因素,截面尺寸大时,极限弯矩变大,截面尺寸减小时,极限弯矩变小。抗震设计需要避免使用矮墩,因为墩高越低,抗震能力越差,但也不可太高,那么同样危险系数增加;边梁梁端与墩柱边缘之间的距离应该满足设计要求,对于不同的桥梁,施工要求也会不同的;在桥台背墙与梁端间应设置橡胶垫块,这样对于地震可以起到减震的作用。
         2.4公路桥梁的耐久性设计
         公路桥梁耐久性设计是指减少不利的环境因素对公路桥梁造成的损坏,要选择合理的结构形式。而混凝土保护层厚度是其耐久性不足的主要原因,钢筋的保护层可以隔绝外部空气雨水的接触,从而大大降低混凝土层的损坏,但如果保护层过厚,也会造成不必要的损失。防止桥面雨水对桥台和桥墩的损害,需要进行合理的设计,排水管是基本的设置,可以使雨水尽快地排出,不会造成雨水堆积,如果长时间不处理,就会对桥面造成损害。还有桥面的混凝土层和沥青混凝土层应该设计为耐久性的防水层,在容易渗水的桥台,在盖梁顶面靠近背墙处设置排水槽,以便水汇集集中排除。公路桥梁的耐久性设计是一座桥梁寿命的保障,只有在基本材料不被腐蚀的前提下,才可以让公路桥梁持续使用。在后期检测维修中,也不会出太大的问题。
         2.5重视公路桥梁的疲劳损伤
         公路桥梁在正式使用以后,难免会碰到气候变化以及受到有害物质的侵蚀,同时也会受到来自车辆的碾压以及多种人为影响的破坏,从而会导致桥梁发生循环应力,这不仅会使桥梁结构发生结构共振的情况,而且还会导致其内部出现疲劳损伤。如果长时间得不到改善,那么就会让桥梁受到损坏,表现形式为在桥梁表面会出现明显的裂纹,而若是得不到有效的控制,那么就会造成材料以及桥梁结构发生断裂。所以相关施工人员要不但要重视桥梁结构的疲劳损伤,而且还要重视桥梁施工有可能遭到破坏的构件的疲劳损伤。而注重桥梁结构的疲劳损伤通常包括以下方面:一是要注重桥梁结构中混凝土结构的疲劳损伤。二是要掌握桥梁结构里长时间遭受腐蚀的钢筋构件性能的变动。
         结语
         公路桥梁工程是我国社会发展过程中的重要构成部分,为了促使公路桥梁工程作用得到更好发挥,对工程的整体建设质量加以提升,这就需要能够对公路桥梁结构设计问题深入分析和研究,采取合理的设计手段,运用专业的技术和先进的设计理念,结合公路桥梁工程所在地的实际情况,保证设计与预期目标相符,全面保障公路桥梁的质量。
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