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橋梁設(shè)計(jì)常見問題

前 言

對橋梁設(shè)計(jì)的基本要求應(yīng)該是技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)安全可靠、適用耐久,并有較好的社會效益、環(huán)境效益。正確執(zhí)行國家和地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程及規(guī)定是實(shí)現(xiàn)上述要求的技術(shù)保證,其中《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》是直接涉及人民生命安全、身體健康、環(huán)境保護(hù)和其他公眾利益的重要內(nèi)容,必須嚴(yán)格執(zhí)行。為防止橋梁設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題,我們認(rèn)真研究橋梁設(shè)計(jì)中的常見問題,對設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的原因作簡要分析,并提出相關(guān)的改進(jìn)措施,為類似的橋梁設(shè)計(jì)提供借鑒,以達(dá)到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,增加設(shè)計(jì)效率之目的。

一、 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見問題分析

常見問題是:橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)鉆探資料缺乏或不滿足設(shè)計(jì)要求,在中、小型橋梁設(shè)計(jì)中時常存在。

橋梁地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。地質(zhì)鉆探資料是橋梁地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一,橋址處應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察,提供的勘察資料應(yīng)正確反映地形、地貌、地層結(jié)構(gòu)、影響橋梁穩(wěn)定的不良地質(zhì)、巖土的物理力學(xué)性質(zhì)及地下水埋藏等詳細(xì)情況。橋梁每個墩、臺至少應(yīng)有一個地質(zhì)鉆孔,鉆孔深度應(yīng)在樁尖持力層以下3~5m。沒有工程地質(zhì)勘測資料的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),既不能保證橋梁上部構(gòu)造的安全和正常使用,又不能付諸施工,達(dá)不到施工圖設(shè)計(jì)深度的要求。為了避免這一問題的發(fā)生,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對相關(guān)規(guī)范有所了解,并及時與建設(shè)方、勘察單位溝通,得到滿足設(shè)計(jì)要求的地質(zhì)勘探資料,使橋梁設(shè)計(jì)滿足承載能力的需要,達(dá)到穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)、合理的目的。

二、 配筋設(shè)計(jì)中常見問題分析

(一)橋梁配筋設(shè)計(jì)不合理

常見問題是:橋墩普通鋼筋混凝土帽梁設(shè)計(jì)中,帽梁的主拉應(yīng)力鋼筋(斜筋)的起彎點(diǎn)布置不合理,斜筋間距偏大;橋墩鋼筋布置中,梁支座下的牛腿構(gòu)造僅配置了主拉應(yīng)力斜筋,但斜筋未與水平向或豎直鋼筋焊接,形成了“浮筋”;預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的懸臂翼緣板長度為1.5m, 懸臂翼板的頂層僅配置了橫橋向的主要受力鋼筋,未配置順橋向的縱向分布鋼筋,構(gòu)造不夠合理;連續(xù)梁中間支承附近的腹板內(nèi)未設(shè)縱向加強(qiáng)鋼筋。

梁的主拉應(yīng)力區(qū)配置斜筋起彎點(diǎn)的規(guī)定,主要目的是保證斜截面抗彎效應(yīng)不小于正截面的抗彎效應(yīng),所以應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行,靠近支點(diǎn)的第一排彎起鋼筋頂部的彎折點(diǎn),簡支梁或連續(xù)梁邊支點(diǎn)應(yīng)位于支座中心截面處,懸臂梁或連續(xù)梁中間支點(diǎn)應(yīng)位于橫隔板靠跨徑一側(cè)邊緣處,以后各排彎起筋的梁頂部彎折點(diǎn),應(yīng)落在前一排彎起鋼筋的梁底部彎折點(diǎn)處或彎折點(diǎn)以內(nèi);主拉應(yīng)力鋼筋中 “浮筋”是禁用的鋼筋形式,由于其兩端未與主筋相焊接,不能形成有效的握裹力及錨固構(gòu)造,所以也不能形成主抗拉應(yīng)力的效應(yīng),因此彎起鋼筋不得采用浮筋;分布鋼筋的作用,是將荷載分配傳遞給受力鋼筋,分擔(dān)混凝土收縮和溫度變化引起的拉應(yīng)力,固定受力鋼筋的位置,故應(yīng)按規(guī)范規(guī)定設(shè)置分布鋼筋;板內(nèi)應(yīng)設(shè)垂直于主鋼筋的分布鋼筋,分布鋼筋直徑不小于8mm,其間距應(yīng)不大于200mm,截面面積不宜小于板的截面面積的0.1%,在主鋼筋的彎折處,應(yīng)布置分布鋼筋。

連續(xù)梁中間支承點(diǎn)附近受力較為復(fù)雜,支座邊緣常有局部拉應(yīng)力產(chǎn)生,在腹板和底板中設(shè)置間距較密的縱向短鋼筋,有利于防止箱梁局部裂縫的展開,在支點(diǎn)附近剪力較大區(qū)段和預(yù)應(yīng)力混凝土梁錨固區(qū)段,腹板兩側(cè)縱向鋼筋截面面積應(yīng)予增加,縱向鋼筋間距宜為100~150mm。

(二)鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁內(nèi)的箍筋設(shè)置、局部加強(qiáng)區(qū)配筋設(shè)計(jì)不滿足要求

常見問題是:箱梁腹板及墩柱設(shè)計(jì)箍筋間距過大,同排內(nèi)縱向鋼筋間距大于150mm或15倍箍筋直徑兩者中較大者,并未設(shè)置復(fù)合箍筋;橋墩處箱梁的支座與腹板中心線不重合,支座支承于箱梁的橫隔梁上,支承中心兩側(cè)的橫隔板箍筋間距配置較稀,未按實(shí)際剪力分布確定箍筋間距;墩柱縱向主筋的箍筋肢數(shù)偏少,不滿足規(guī)范要求。

梁內(nèi)箍筋除用于承受主拉應(yīng)力外,還起到固定或保證主要受力鋼筋正確位置和聯(lián)系受拉與受壓區(qū)的作用;中心及偏心受壓構(gòu)件中的箍筋,可約束所箍鋼筋的縱向彎曲,所以箍筋要做成封閉式,以防止受壓鋼筋因縱向彎曲而向外凸;箱梁的橫梁雖然兩側(cè)有腹板彈性約束,但支承點(diǎn)的附近仍有較大剪力,為防止在橫梁中裂縫擴(kuò)大,仍應(yīng)在梁的支撐點(diǎn)附近加密箍筋,使支座中心向跨徑方向長度不小于一倍梁高的范圍內(nèi),箍筋間距不大于100mm;箍筋靠其轉(zhuǎn)角點(diǎn)來約束縱向鋼筋,縱向鋼筋離轉(zhuǎn)角點(diǎn)愈遠(yuǎn),箍筋對縱向主筋的約束力越小,所以箍筋的肢數(shù)不能過少,將箍筋配合拉筋使用,也能達(dá)到約束縱向主筋的效果。

(三)鋼筋搭接長度設(shè)計(jì)不滿足要求

常見問題是:鋼筋混凝土連續(xù)板梁、墩臺設(shè)計(jì)中,受拉鋼筋的搭接長度不滿足規(guī)范要求; 直徑32mm鋼筋采用綁扎搭接,不符合規(guī)范要求。

鋼筋搭接長度小于35d,將造成鋼筋搭接部位的實(shí)際抗拉強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件局部的抗拉和抗彎能力降低;采用綁扎搭接鋼筋的連接接頭處的傳力性能不如整根鋼筋,鋼筋綁扎搭接的連接接頭處在受力后,搭接的兩根鋼筋將產(chǎn)生相對滑移,搭接長度越小,相對滑移越大,為使連接接頭充分受力,具有要求的剛度,就要增大搭接長度; 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),對直徑較大的鋼筋采用綁扎搭接的連接效果較差,很難滿足要求,對直徑較大的鋼筋并不經(jīng)濟(jì),故設(shè)計(jì)者還是要遵照規(guī)范規(guī)定,按鋼筋直徑采用焊接等連接方式為好。
(三)鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)不滿足要求

常見問題是: 橋梁箍筋至梁側(cè)面的凈距較小,鋼筋的混凝土凈保護(hù)層不滿足要求;對位于III類環(huán)境的橋梁,鋼筋保護(hù)層厚度不足,鋼筋籠采用定位鋼筋,對防腐蝕不利。

鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不能過小,否則極易導(dǎo)致保護(hù)層脫落,引起鋼筋銹蝕、膨脹,使鋼筋有效受力截面減小,安全度降低,應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定,設(shè)置混凝土表面至箍筋或防裂鋼筋的凈距,滿足鋼筋的混凝土凈保護(hù)層厚度要求。對位于III類環(huán)境中的橋梁設(shè)計(jì),除滿足鋼筋保護(hù)層厚度外,同時還應(yīng)考慮定位鋼筋的使用將形成腐蝕通道,對結(jié)構(gòu)耐久性不利,建議用定位鋼筋混凝土塊代替定位鋼筋,將起到良好的防腐蝕效果。

三、 抗震設(shè)計(jì)中常見問題分析

常見問題是:梁端至墩臺帽或蓋梁邊緣的距離較小,橋橫向未設(shè)置抗震錨栓,順橋向未設(shè)置抗震墊塊,亦未采取其他抗震措施。

《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01-2008)第11.2.1條規(guī)定:6度區(qū)簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應(yīng)用一定的距離,其最小值a(cm)≥70+0.5L(L為梁的計(jì)算跨度 單位 m),應(yīng)注意蓋梁、臺帽設(shè)計(jì)寬度,滿足抗震設(shè)計(jì)要求 ,簡支預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板橋梁的橫橋向應(yīng)設(shè)置抗震錨栓,順橋向應(yīng)設(shè)置了緩沖墊塊。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,具有一定錨固長度的的鋼筋對結(jié)構(gòu)是有利的,故規(guī)范對采用閉合式箍筋、鋼筋彎鉤的方向都做了具體的規(guī)定,設(shè)計(jì)人在設(shè)計(jì)時應(yīng)嚴(yán)格遵守。

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