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關鍵詞：工程結(jié)構(gòu)可靠度綜述
對于結(jié)構(gòu)可靠性這一學科，從其誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有了長足的發(fā)展：從基于概率論的隨機可靠性到基于模糊理論的模糊可靠性以及近年來提出的非概率可靠性，使得這一理論日臻豐富和完善，并深入滲透到各個學科和領域。
一、結(jié)構(gòu)可靠性理論研究歷史
長期以來，人們就廣泛采用“可靠性”這一概念來定性評價產(chǎn)品的質(zhì)量。這種靠人們經(jīng)驗評定其產(chǎn)品可靠、比較可靠、不可靠，沒有一個量的標準來衡量。1939年，英國航空委員會出版的《適航性統(tǒng)計學注釋》一書中，首次提出飛機故障率不應超過10-5次3h，這可以認為是最早的飛機安全性和可靠性定量指標[1]；二戰(zhàn)后期，德國的火箭專家R.Lusser首次對產(chǎn)品的可靠性作出了定量表達。他提出用概率乘積法則，將系統(tǒng)的可靠度看成是各個子系統(tǒng)可靠度的乘積，從而算得V-Ⅱ型火箭誘導裝置的可靠度為75%[2]；1942年，美國麻省理工學院一個研究室開始對真空管的可靠性進行深入的調(diào)查研究工作。二戰(zhàn)期間，軍用電子設備的大量失效使美國付出了相當慘重的代價。于是引起了美國軍方對可靠性問題的高度重視，同時率先對可靠性問題進行了系統(tǒng)地研究，并于1952年成立了“電子設備可靠性咨詢組”，簡稱AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)。該組織于1957年發(fā)表了著名的《電子設備可靠性報告》。報告中提出了一套完整的評估產(chǎn)品可靠性的理論和方法。該報告被公認為是可靠性研究的奠基性文獻。1965年，國際電子技術(shù)委員會(IEC)設立了可靠性技術(shù)委員會TC-56，協(xié)調(diào)了各國間可靠性術(shù)語和定義、可靠性的數(shù)據(jù)測定方法、數(shù)據(jù)表示方法等。上世紀60年代以來，可靠性的研究已經(jīng)從電子、航空、宇航、核能等尖端工業(yè)部門擴展到電機與電力系統(tǒng)、機械設備、動力、土木建筑、冶金、化工等部門[3]。
結(jié)構(gòu)可靠性理論的產(chǎn)生，是以20世紀初期把概率論及數(shù)理統(tǒng)計學應用于結(jié)構(gòu)安全度分析為標志，在結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展初期，只有少數(shù)學者從事這方面的研究工作，如1911年匈牙利布達佩斯的卡欽奇就是提出用統(tǒng)計數(shù)學的方法研究荷載及材料強度問題；1926年德國的邁耶提出了基于隨機變量均值和方差的設計方法，這是最早提出應用概率理論進行結(jié)構(gòu)安全度分析的學者之一。1926～1929年，前蘇聯(lián)的哈奇諾夫和馬耶羅夫制定了概率設計的方法，但當時方法不夠嚴格，因此，未付諸實施。1935年斯特列律茨基，1947年爾然尼欽和蘇拉等人相繼發(fā)表了這方面的文章，結(jié)構(gòu)安全度的研究逐漸開始進入了應用概率論和數(shù)理統(tǒng)計學的階段。值得指出的是，弗羅伊登徹爾差不多和爾然尼欽等人同時開展了結(jié)構(gòu)可靠性的研究工作。他提出的在隨機荷載作用下結(jié)構(gòu)安全度的基本問題首次得到工程界的贊同和接受。1947年他發(fā)表了“結(jié)構(gòu)安全度”[4]一文，奠定了結(jié)構(gòu)可靠性的理論基礎。
從20世紀40年代初期到60年代末期，是結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展的主要時期。現(xiàn)在所說的經(jīng)典結(jié)構(gòu)可靠性理論概念大致就是這一時期出現(xiàn)的。隨著結(jié)構(gòu)可靠性理論研究工作的深入，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)可靠性理論得到了全面的發(fā)展。基于概率論的結(jié)構(gòu)設計方法逐漸被工程界所接受。但在這一時期，結(jié)構(gòu)可靠性理論還未能馬上被工程界廣泛應用，其原因如下[5]：
1．傳統(tǒng)的確定性結(jié)構(gòu)設計方法當時在人們頭腦中根深蒂固，認為沒必要改變已用的結(jié)構(gòu)設計方法，而且，結(jié)構(gòu)的失效很少發(fā)生，即使發(fā)生結(jié)構(gòu)失效，絕大數(shù)是由于人為差錯造成的，并非結(jié)構(gòu)設計方法問題。
2．基于概率理論的結(jié)構(gòu)設計方法似乎比傳統(tǒng)的確定性結(jié)構(gòu)設計方法麻煩，涉及到當時比較難處理的統(tǒng)計數(shù)學問題。
3．當時有用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)極少，不足以定義重要的荷載、強度的尾部分布。
除上述妨礙結(jié)構(gòu)可靠性理論應用的原因外，當時結(jié)構(gòu)可靠性理論本身也面臨兩大難題：
（1）結(jié)構(gòu)可靠性理論所采用的數(shù)學模型不足以完全準確地反映應用情況，即模型誤差是未知的。
（2）即使是對一個簡單的結(jié)構(gòu)，其失效模式可能多到難以計數(shù)，更不用說進行可靠度分析。
因此，二十世紀60年代初期，許多學者致力于克服上述困難的研究。例如林德等人把規(guī)范化的結(jié)構(gòu)設計問題定義為尋求一套荷載和抗力系數(shù)的最優(yōu)值問題，他們建議采用一種迭代過程確定結(jié)構(gòu)的安全度和造價，康奈爾（C.A.Cornell）等人提出了與爾然尼欽相同的一次二階矩法，并建立了比較系統(tǒng)實用的一次二階矩設計方法，利用結(jié)構(gòu)的可靠指標β，而不是失效概率Pf，，作為結(jié)構(gòu)可靠性的一種量度量，使結(jié)構(gòu)的可靠性理論達到實用的目的。
二、國內(nèi)外工程結(jié)構(gòu)可靠性理論研究現(xiàn)狀
二十世紀70年代至80年代，是結(jié)構(gòu)可靠性理論完善并被各國規(guī)范、標準相繼采用時期，自從康奈爾（C.A.Cornell）提出了一次二階矩法之后，林德（N.C.Lind）根據(jù)康奈爾（C.A.Cornell）的可靠指標，推證出一整套荷載和抗力安全系數(shù)，這次研究使可靠度分析與實際可接受的設計方法聯(lián)系起來。隨后，德國的拉克維茨（R.Rackwitz）和菲斯勒（B.Fiessler），對基本變量為非正態(tài)分布情況提出了一種等價正態(tài)變量求法，這種方法經(jīng)過系統(tǒng)改進之后，作為結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會（JCSS）的文件附錄推薦給土模工程界。該方法也被許多國家規(guī)范所采納，我國的《建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準》（GBJ68-84）[6]也是以該方法作為可靠性校準的基礎[7]。
三、橋梁結(jié)構(gòu)可靠性理論研究現(xiàn)狀
橋梁可靠性設計要解決的問題是[8]：在結(jié)構(gòu)承受外荷載和結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計特征已知的條件下，根據(jù)規(guī)定的目標可靠指標，選擇結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)截面幾何參數(shù),使結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，保證其可靠度不低于預先給定的值。可靠性的數(shù)量描述一般用可靠度。我國對結(jié)構(gòu)可靠度的研究只限于理論方面，且側(cè)重于可靠度設計方面，對結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究，特別是對耐久性評估理論的研究還很落后。實際上對現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)做出正確的可靠性評估，準確預測出其剩余壽命，才能保證結(jié)構(gòu)在壽命延續(xù)期內(nèi)的安全性，節(jié)省大量的維修加固資金。我國在橋梁設計過程中，存在著考慮強度多而考慮耐久性少;重視強度極限狀態(tài)不重視使用極限狀態(tài);重視橋梁結(jié)構(gòu)的建造而忽視其檢測和維護，使結(jié)構(gòu)安全性存在不同程度的隱患和缺陷。近幾年來，國內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞損壞(如結(jié)構(gòu)開裂、變形過大等)所導致，從而嚴重影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能。為了保證橋梁安全運營、延長其使用壽命以及提高橋梁的安全性和耐久性，減少早期橋梁病害，從而節(jié)約后期橋梁的維修費用，因而對橋梁結(jié)構(gòu)可靠性研究非常必要和迫切[9]。
四、工程結(jié)構(gòu)可靠性理論研究發(fā)展趨勢
進入二十世紀80年代后，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性理論研究工作已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)工程中的研究熱點，并已出版了許多專著，對于復雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度分析和先進的計算方法蓬勃發(fā)展。概括而言，如下幾方面是結(jié)構(gòu)可靠度理論研究的熱點：
1．結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析。對于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度分析的非常復雜的研究課題，許多學者對此從不同角度進行了研究，提出了一些概念和方法。如結(jié)構(gòu)可靠度分析的一階矩概念及荷載為FerryBorgesCastanheta組合情況下的計算方法問題；利用系統(tǒng)系數(shù)，針對結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對應的極限狀態(tài)不同，計算系統(tǒng)可靠度并進行結(jié)構(gòu)設計的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽樣技術(shù)計算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度等，同時，一些學者還研究了系統(tǒng)可靠度界限的問題。總之，系統(tǒng)可靠度分析研究內(nèi)容豐富，難度較大。
2．對結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分析的改進，除考慮強度極限狀態(tài)外，還應考慮結(jié)構(gòu)的正常使用極狀態(tài)、破壞安全極限狀態(tài)，以及地震和其他特殊情況下考慮能量耗損極限狀態(tài)等。
3．目標可靠度的量化問題。雖然校準法已經(jīng)部分解決了這個問題，但與實際情況相比，這方面的問題還遠遠沒有解決。
4．人為差錯的分析。許多結(jié)構(gòu)的失效并非由荷載、強度的不確定性造成，而往往是設計、施工、使用等環(huán)節(jié)中人為差錯造成的，這方面事例很多，已成為目前研究熱點之一。
5．在役結(jié)構(gòu)的可靠性評估與維修決策問題。對在役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性評估與維修決策正成為建筑結(jié)構(gòu)學的邊緣學科，它不僅涉及結(jié)構(gòu)力學、斷裂力學、建筑材料科學、工程地質(zhì)學等基礎理論，而且，與施工技術(shù)、檢驗手段、建筑物的維修使用狀況等有密切的關系。同時，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)可靠性理論，在在役結(jié)構(gòu)的可靠性評估中也必將得到相應的發(fā)展。
6．模糊隨機可靠度的研究[10]。模糊隨機可靠度理論研究是工程結(jié)構(gòu)廣義可靠度理論研究的重要內(nèi)容，隨著模糊數(shù)學理論與方法的完善，模糊隨機可靠度理論也必將進一步完善和發(fā)展。
五、結(jié)語
橋梁工程問題的解決總是理論與工程經(jīng)驗的結(jié)合，掌握的知識越多，主觀經(jīng)驗越少，橋梁結(jié)構(gòu)的設計越合理，這也正是橋梁工程技術(shù)研究追求的目標。橋梁結(jié)構(gòu)可靠度理論研究是內(nèi)容極其豐富且復雜的重大研究課題，不僅僅在理論上有許多重大問題需要解決，而且，將其應用到橋梁結(jié)構(gòu)設計、評估及維修決策之中尚有許多細致的工作要做。
參考文獻
[1]王超，王金等．機械可靠性工程[M]．北京：冶金工業(yè)出版社．1992．
[2]劉惟信．機械可靠性設計[M]．第一版,北京：清華大學出版社．1995．
[3]拓耀飛，李少宏．論結(jié)構(gòu)可靠性的發(fā)展[J]．榆林學院學報．2006,16(4):32-35．
[4]A.M.Freudenthal,Safetyofstructures,Trans.ASCE,112(1947)．
[5]劉玉彬．工程結(jié)構(gòu)可靠度理論研究綜述[J]．吉林建筑工程學院學報,2002,19(2):41-43．
[6]中華人民共和國國家標準．建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準(GBJ68－84)．北京,1985．
[7]貢金鑫，趙國藩．國外結(jié)構(gòu)可靠度理論的應用與發(fā)展[J]．土木工程學院．2005,38(2):1-7．
[8]張建仁，劉揚．結(jié)構(gòu)可靠度理論及其在橋梁工程中的應用[M]．北京：人民交通出版社．2003．
1工程概況
某橋梁工程6#墩基礎采用鉆孔灌注樁基礎，基礎之上為承臺，每個承臺上設一個墩柱，雙墩柱之上為蓋梁。6#墩樁基礎、承臺、墩柱和蓋梁結(jié)構(gòu)均處于鐵路30m范圍內(nèi)，施工均列入臨近營業(yè)線施工范圍。所有施工都必須在鐵路運行天窗進行，且必須嚴格按照臨近運營線施工安全管理規(guī)定進行，施工環(huán)境非常復雜、施工條件差、施工難度大。
2主要施工方法
(1)基礎施工
6#墩基礎是由4根準1.2m長的鉆孔灌注樁基礎組成，，樁的長度為22m，可用C30混凝土灌注，灌注樁時注意讓樁端嵌入巖層。樁基礎持力層為中風化巖層，可用CZ－5型沖擊鉆機鉆進成孔。在成孔前要先確定鉆機的位置，注意使鉆機鉆錘的中心與樁孔的中心保持在同一垂線上，穩(wěn)定好扒桿和攬風繩。在成孔鉆進過程中，要先用小沖程慢慢的鉆進，使鉆頭全部進入土層后，查看樁位復測是否合格，合格后再進行正常鉆速鉆進。同時要注意，地勘結(jié)果不同的地層，要采用不同的沖程和泥漿的比重，做好記錄。在鉆進中遇到數(shù)據(jù)突變等異常情況時要及時排查原因，排除隱患，再進行鉆進。吊放鋼筋籠時也要據(jù)計算確定吊裝點，注意入孔時須對準孔位輕放、慢放，防止碰撞孔壁，混凝土澆筑要保證一次性連續(xù)澆筑完成，這樣可保證整根樁混凝土均勻，密實。
(2)承臺施工
根據(jù)本承臺基坑支護的特點，可采用支護結(jié)構(gòu)受力簡單，明確的鋼板樁支護方案，它不僅對基坑支護有很可靠的穩(wěn)定性，其在插打工藝上機械設備也都狠成熟，工程造價低，可在鋼板樁插打后拔除重復使用，施工速度也挺快。對于6#墩的承臺，它的平面尺寸是4.8m×4.8m，厚度是2.4m的鋼筋混凝土做的矩形承臺。承臺的開挖主要以機械為主，人工為鋪的分層開挖，按基坑邊坡1∶1的比例開挖。當基坑開挖超過基坑底標高的20cm時，改用人工開挖，破壞基底的原狀土結(jié)構(gòu)，便于之后的施工。在整平基底后，進行基底驗槽，合格后才能開始用混凝土澆筑墊層，在樁基檢測合格后，才能進行承臺的施工。承臺模板由于都是采用大塊拼裝的鋼模板，在用吊機分塊吊裝時注意用法蘭螺栓連接，并用混凝土一次連貫建筑成型，澆筑砂石泵采用6BS，并采用初凝時間大于6小時的C30標號混凝土，其塌落度在15－18cm間，注意澆筑中應充分振搗，使混凝土密實。
(3)墩柱施工
本工程6#墩墩柱為雙柱墩，墩平面為1.7×1.85m(橫橋向×縱橋向)的矩形，高6.641m，平面四角設半徑15cm的倒圓，采用C40混凝土澆筑。為了能夠保證墩柱的外觀質(zhì)量，墩柱模板可采用表面平整光滑，拼接嚴密的定型鋼模板，連接時可采用連接螺栓來栓接，為保證接縫的平整，還可設定準確的定位孔并用銷釘過渡配合使用。墩柱混凝土澆筑是分層澆筑的，但每層的澆筑都必須保證一次澆筑完成，每層的厚度也都要控制在30cm左右。可以用串筒下料，要注意串筒口與澆筑面間的距離盡量控制在2m內(nèi)，邊澆筑邊用振動棒振搗，這樣可保證澆筑的混凝土的密實性。
(4)蓋梁施工
蓋梁支架采用滿堂式和碗扣式鋼管腳手架，支架底落在承臺頂高程處，承臺間及兩頭需開挖并進行地基硬化處理，其中承臺基坑范圍用山皮石回填，基坑范圍外用30cm厚山皮石回填，用10cm厚碎石墊層和20cm厚C20混凝土進行硬化，來達到滿足支架地基的承載力。安裝蓋梁模板，先要沿著橫橋方向在碗扣支架頂托上安放10槽鋼，并在沿橋縱向槽鋼上每隔20cm布置10×10方木，在方木上鋪設15mm厚竹膠板，蓋梁側(cè)模板用15mm厚竹膠板，模板外側(cè)在豎直方向每隔15cm安放5×10方木，方木外側(cè)安放2道水平鋼管圍棱，另外還需沿水平方向和豎向每間距0.61m設置準20對拉螺桿，保證模板穩(wěn)定。蓋梁骨架鋼筋采用閃光對焊或雙面焊接成型，鋼筋骨架在平地上制作焊接成型，吊裝至蓋梁上搭架子進行安裝，局部需焊接時底部需墊木板，焊接時不能燒壞底模，雙面焊縫長度不小于5d，焊縫要滿足要求。本工程蓋梁為變高蓋梁，結(jié)構(gòu)體積將近200m3，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)。蓋梁混凝土澆筑擬分3次進行，第1次澆筑3.2m+0.55m高+擋塊部分，第2次澆筑1.84m高+擋塊部分，第3次澆筑支承墊石。蓋梁混凝土用C40商品混凝土，混凝土分層澆筑，每層澆筑厚度控制在30cm左右，邊澆筑邊用插入式振搗器振搗充分使混凝土密實。為防止混凝土內(nèi)部因水泥水化熱反應導致溫度過高產(chǎn)生不良溫度裂紋，影響蓋梁施工質(zhì)量，在蓋梁內(nèi)每隔2m設置準=32mm的循環(huán)冷卻水管，在高度和寬度方向各布置一道。在澆筑承臺混凝土前應進行閉水試驗，保證管道嚴密性，管道還應與鋼筋綁扎牢固，確保管道在澆筑混凝土時不發(fā)生位移。
二橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中的質(zhì)量控制關鍵點
1模板配置
橋墩的施工中，主要的就是模板的配置問題，它可以直接影響到整個橋墩工程施工的質(zhì)量，所以，配置模板一般要注意以下幾點:首先就是確保模板的材料，數(shù)量齊全，保證施工所需;其次，對模板本身來說，它的質(zhì)量，尺寸要嚴格按照規(guī)范要求執(zhí)行，質(zhì)量偏差要控制在有效范圍內(nèi);然后，用洗刷脫模劑的話，便于拆卸;最后，模板的剛度和強度上要保證，避免在施工中發(fā)生變形或者裂縫等現(xiàn)象，影響施工進度。
2鋼筋質(zhì)量控制鋼筋
在橋梁施工中占據(jù)著重要的紐帶作用，是很重要的施工材料，因此在鋼筋入庫時，都要進行嚴格的質(zhì)量檢測，檢驗等。鋼筋材料一定要有齊全的相關證書，經(jīng)技術(shù)主管審核后可進入開料的程序，把鋼筋按編碼分開堆放，做好防潮防雨等措施，避免在使用前生銹而影響后期使用，要嚴格控制鋼筋的質(zhì)量。
3混凝土質(zhì)量控制
在混凝土質(zhì)量控制上，主要就是控制各個實驗室的配比單操作了，是把各類原料按照一定比例混合攪拌生成混凝土，這個過程要加強監(jiān)督，管理，控制原料的用量，成分，以及質(zhì)量上要合格，才能生成合格的混凝土材料。
4施工管理要加強施工中的管理
對施工隊伍而言，要明確各個崗位的負責人，分工明確，落實到位，職責分明。指定完善的規(guī)章制度，和建立質(zhì)量管理小組，健全質(zhì)量管理體系。
三結(jié)語
首先根據(jù)剪力連接件對鋼與混凝土結(jié)合面相對滑移約束程度的不同將組合梁分類，結(jié)合典型實例，對適用于不同形式鋼-混組合梁的傳統(tǒng)與新型剪力連接件的構(gòu)造與受力特點進行比較分析，探討了剪力連接件在組合結(jié)構(gòu)橋梁上的應用與鋼混結(jié)合面設計的新理念。
完全組合梁的剪力連接件設計
圓柱頭焊釘連接件。圓柱頭焊釘連接件是完全組合梁最常用的剪力連接件。其在剪切方向上的力學性能具有各向同性，密布時可有效限制鋼與混凝土之間的相對滑移；圓柱頭焊釘?shù)念^部埋入混凝土中，可起到抗拉拔的作用，防止混凝土板掀起[1]。上海浦東內(nèi)環(huán)高架的一座跨線橋采用了鋼板梁與混凝土板結(jié)合的組合梁橋形式，其剪力連接件采用了密布的焊釘，如圖2所示，實橋施工階段測試顯示梁端鋼混相對滑移量很小[2]。美國ArthurRavenelJr橋為鋼與混凝土組合梁斜拉橋，索梁錨固區(qū)采用了錨拉板結(jié)構(gòu)，剪力連接件也采用了密布的焊釘，索梁錨固區(qū)焊釘布置如圖3所示。根據(jù)同類結(jié)構(gòu)的有限元仿真計算分析結(jié)果[3]顯示：由于索力會引起錨固區(qū)局部鋼梁相對于混凝土板較強的滑移趨勢，因此在該處設置密集、直徑較大的焊釘連接件時，將導致錨固區(qū)結(jié)合部焊釘受到的剪力很不均勻，錨固區(qū)附近的焊釘剪力常常過大，不易滿足規(guī)范要求，其他區(qū)域的焊釘剪力較小而不能充分發(fā)揮作用，錨固區(qū)附近的混凝土也因為焊釘剪力集中而引起局部較大的拉應力。
開孔鋼板連接件。開孔鋼板連接件主要通過鋼板圓孔中混凝土的抗剪能力將鋼與混凝土組合為整體，如圖4所示。沿主梁縱向連續(xù)布置開孔鋼板連接件，可提供較大的結(jié)合面抗剪剛度與抗剪承載力。日本北陸新干線鐵路上的連續(xù)梁橋，采用鋼管混凝土構(gòu)件作為主梁，在負彎矩區(qū)設置開孔鋼板連接件，在正彎矩區(qū)設置焊釘連接件，在不同位置的鋼管中分別填充氣泡混凝土及其輕骨料混凝土，并在橋面板負彎矩區(qū)使用鋼纖維混凝土[1]，如圖5所示。開孔鋼板連接件存在的一個問題是其設置將削弱混凝土板縱向截面積，對橋面板橫向受力會產(chǎn)生一定影響，設計時宜加以考慮。
復合粘結(jié)層連接件。瑞士的Lebet教授等[4]通過試驗研究了一種粘結(jié)作用很強的新型鋼混結(jié)合方式，即在結(jié)合面上設置了帶刻痕的鋼板并涂裝復合材料粘結(jié)層，以使鋼混間形成很強的粘結(jié)作用，如圖6所示。試驗顯示，這種結(jié)合形式受力前期鋼混結(jié)合面抗滑移能力很大，一旦結(jié)合面進入塑性后，抗滑移能力下降很快，但后期仍能依靠殘余的粘結(jié)摩擦等因素抵抗一定量的結(jié)合面剪力，具有較好的后期延性。
部分組合梁的剪力連接件設計
2.1部分組合梁的設計新理念。在滿足鋼-混凝土結(jié)合面抗剪承載力要求的前提下，適當減小結(jié)合面抗剪剛度，允許其發(fā)生適量的相對滑移，即將組合梁設計為部分組合梁，使各剪力連接件剪力分布更加均勻，是改善鋼與混凝土組合梁受力性能的設計理念之一。通過合理改進剪力連接件的構(gòu)造，設計開發(fā)一種抗剪承載力較大、抗剪剛度較小、施工簡易的新型柔性連接件，是上述理念付諸實踐的一個研究方向。
2.2剛度時變型連接件。日本學者北川幸二等人[5-7]曾研究了根部包裹樹脂的剛度時變型焊釘并應用于多座組合梁橋，如圖7所示。當混凝土板早期收縮發(fā)展迅速時，其樹脂的硬度較低，此時該焊釘?shù)目辜魟偠容^小，混凝土板前期可以較自由地伸縮變形，約束應力相對較小，且預應力施加效率較高，一定程度上降低了混凝土板受拉開裂的風險。當后期荷載施加后，樹脂已經(jīng)變硬，此時該焊釘?shù)目辜魟偠忍嵘茖豢刂圃谳^小的范圍內(nèi)。對直徑為19mm、高度為110mm、外包樹脂高度為70mm、外包樹脂厚度為8mm的樹脂硬化前、硬化后以及普通焊釘?shù)娜M焊釘試件進行了推出試驗，圖8所示為試驗所得的剪力-滑移曲線，可見：對于硬化前的試件，加載前期抗剪剛度較普通焊釘試件小，加載后期抗剪剛度明顯較前期提升，且抗剪極限承載力與普通焊釘抗剪極限承載力接近；對于硬化后試件，加載全程中抗剪剛度的發(fā)展同普通焊釘類似，且抗剪極限承載力與普通焊釘抗剪極限承載力接近。
外包橡膠柔性焊釘連接件。實橋焊釘往往密布，對于剛度時變型焊釘連接件，逐一包裹塑性的樹脂是較為繁瑣的工作，鋼筋的布置也易引起樹脂的破壞，樹脂在混凝土內(nèi)的硬化時間會對工期產(chǎn)生影響。袁明等[8]提出了外包橡膠套管的柔性焊釘連接件的設計理念。外包橡膠柔性焊釘連接件是一種在根部安裝了橡膠套管的結(jié)構(gòu)工程用焊釘抗剪連接件，其焊釘采用標準的電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘，橡膠套管采用低硬度、耐久性好的天然橡膠制成，如圖9所示。其施工較剛度時變型焊釘連接件方便，且同樣能達到抗剪剛度較同規(guī)格焊釘小、抗剪抗剪極限承載力與普通焊釘抗剪極限承載力接近的效果[3]。
非組合梁的剪力連接件設計
設計中通常認為簡單疊合起來的梁結(jié)構(gòu)的極限承載力等于混凝土板與鋼梁各自極限承載力的較小值，梁的強度不會因為疊合而得到提高。實際按照非組合梁設計的結(jié)構(gòu)中，由于正常使用的需要，常常會在鋼混交界面的鋼板上布置一定數(shù)量的柔性連接件，例如圖10所示的鋼筋連接件。如果想進一步提升鋼板與混凝土的粘結(jié)效果，還可以在鋼板上鋪灑環(huán)氧樹脂和硅砂。
結(jié)語
第二次世界大戰(zhàn)以后，組合結(jié)構(gòu)以其整體受力的經(jīng)濟性，發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自優(yōu)勢的合理性以及便于施工的突出優(yōu)點，在歐美各國和日本橋梁建設中得到了廣泛的應用。
關鍵詞：建筑工程；市政橋梁；結(jié)構(gòu)裂縫；
中圖分類號：U441+.2 文獻標識號：A 文章編號：2306-1499（2013）05-（頁碼）-頁數(shù)
隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展也帶動了道路交通的很大需求。而且道路交通中的市政橋梁，由于設計、施工等各種原因，直接影響和損失了市政橋梁的安全性、實用性與耐久性，嚴重影響了整條道路的暢通，也制約了我國經(jīng)濟的發(fā)展。為此，本文提出了如何對市政橋梁加固技術(shù)處理作出了介紹。
一.線性裂縫計算理論
混凝土是一種耐久性很好的材料，但是其抗拉強度較低易拉裂。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫，將顯著減小構(gòu)件的剛度，導致結(jié)構(gòu)的變形增大；裂縫寬度過寬，則由于水汽和有害氣體的侵入，將導致鋼筋銹蝕，從而大大降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。我國舊橋數(shù)量眾多，許多市政橋梁在營運過程中出現(xiàn)了裂縫，因此，如何較為精確地計算出市政橋梁在荷載作用下地的裂縫寬度及如何對其進行控制就顯得十分的重要。
這一經(jīng)典裂縫理論由英國的Saligar于1936年提出，這個理論認為：鋼筋應力是通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應力傳遞給混凝土的，裂縫控制主要取決于鋼筋何混凝土之間的粘結(jié)性能，由于鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生相對滑移，變形不再一致而導致裂縫開展。基于粘結(jié)滑移理論，各國學者對于裂縫的計算都做了大量地研究，也有不少比較適用地成果，如Hognestad公式與Tossios公式等等。
二.市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫常見原因分析
2.1非受力裂縫的分析
市政橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土的非受力裂縫與混凝土自身的性質(zhì)是有著密切的關系的。混凝七是由水泥、摻和料、外加劑于與水配制的膠結(jié)材漿體將分散的砂、石經(jīng)攪拌粘結(jié)在一起的工程材料，硬結(jié)的混凝土含固相、液相，氣相，是多元、多相、非勻質(zhì)水泥基復合材料水泥與水反應后的水化物要比原占體積有所縮減，縮減量約相當于化合水量的1/4，拌和物中石子吸水也使水泥石體積收縮，雖不至于影響混凝土的外觀尺寸，但在骨料約束下可引發(fā)微小裂縫和增大孔隙率。微裂的原因可按混凝土的構(gòu)造理論加以解釋，即視混凝土為非均質(zhì)材料，在溫度、濕度變化條等條件下，混凝土逐步硬化，同時產(chǎn)生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較大，骨料收縮很小，水泥石的熱膨脹系數(shù)大.骨料較小，它們之間的變形不是自由的而產(chǎn)生相互約束應力。在構(gòu)造理論中一種極為簡單的計算模型，是假定圓形骨料不變形，且均勻地分布于均質(zhì)彈性水泥石中，當水泥石產(chǎn)生收縮的引起內(nèi)應力，這種應力而引起粘著微裂和水泥石微裂。混凝土又是彈性模量較高而抗拉強度較低的材料，在受約束條件下只要發(fā)生少許收縮，產(chǎn)生的拉應力往往會大于該凝期混凝土的抗拉強度，導致混凝土發(fā)生裂縫。混凝土在澆筑成型后，混凝土骨料對漿體收縮的約束，使混凝土內(nèi)部從一開始就產(chǎn)生了微裂縫，在環(huán)境溫度、濕度、荷載等因素作用下，這些混凝土就可發(fā)展為肉眼可見的宏觀裂縫。
2.2受力裂縫的分析
（1）荷載引起的裂縫
混凝土市政橋梁在靜、動荷載及次應力作用下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫。裂縫的形狀與結(jié)構(gòu)應力分布有著直接的關系。結(jié)構(gòu)中應力值的大小是導致裂縫發(fā)展的內(nèi)在因素，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。
（2）地基變形引起的裂縫
由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導致結(jié)構(gòu)開裂。
三.建筑工程實例
3.1建筑工程概況
某市某交叉口高架橋孔徑布置為：第一聯(lián)、第三聯(lián)均為 3×30等截面預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，單箱雙室，梁高1.60m，底板寬度4.5m，腹板厚0.45m；第二聯(lián)30+40+30預應力變截面混凝土連續(xù)箱梁，單箱雙室，腹板厚0.5-0.7m，梁高從1.60-2.50m。橋面寬度16.5m，設計車道為4車道；該橋設計荷載為城一A級。箱梁混凝土設計強度為 C50。在預應力混凝土連續(xù)箱梁橋面中出現(xiàn)了寬而長的裂縫，市政橋梁使用管理部門擔心該橋的安全使用性能，要求對該橋的結(jié)構(gòu)性能進行檢測并預測裂縫的發(fā)展趨勢。
3.2裂縫普查
在汽車荷載試驗之前，對該預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的橋跨結(jié)構(gòu)進行了認真的裂縫普查。普查發(fā)現(xiàn)該橋左右半幅（左幅靠東側(cè)，右幅靠西側(cè)）橋面已存在數(shù)條肉眼可見的裂縫，同時裂縫寬度較大。
在左半幅橋面上，兩處縱向裂縫位于距橋邊防撞墻2.3m處，即腹板內(nèi)，最大裂縫寬度分別為0.40、1.29mm。長分別為15m（第一聯(lián)邊跨跨中區(qū)域）和10m（第一聯(lián)中跨跨中區(qū)域）；
在右半幅橋面上，一處縱向裂縫位于距橋邊防撞墻2.0m處，即翼緣板端部，最大裂縫寬度分別為0.67、0.84mm，長為7.6m（第三聯(lián)邊跨跨中區(qū)域），該半幅橋面存在一處橫向裂縫（第二聯(lián)中跨距第一內(nèi)支座1/3L處），該處裂縫長0.21m，寬1.10mm。
在各工況汽車荷載作用下，左右半幅橋面上各處縱橫向裂縫的最大寬度基本沒有變化，縱橫向裂縫較穩(wěn)定，觀測到的最大裂縫寬度基本沒有明顯的發(fā)展。但是，由于結(jié)構(gòu)的部分裂縫寬度超過規(guī)范的限定值，建議在市政橋梁的今后使用中應注意裂縫的定期監(jiān)測。
3.3裂縫寬度驗算
鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫寬度的計算方法有兩種，一類是力學模型為基礎的半理論半經(jīng)驗計算法，另一類是以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎的經(jīng)驗計算法。而在每類計算法中所依據(jù)的裂縫機理又不一致，以及對影響裂縫開展寬度主要因素取舍上的差異，因此，迄今為止提出的裂縫寬度計算公式是多種多樣的。其中，國內(nèi)外以往的各種規(guī)范和個別部門的現(xiàn)行規(guī)范中所采用的半理論半經(jīng)驗的計算公式多是分別建立在粘結(jié)滑動理論、粘結(jié)無滑動理論、粘結(jié)理論、粘結(jié)和曲率理論基礎上提出來的，而目前各種規(guī)范中使用較多的是以統(tǒng)計分析為基礎的經(jīng)驗公式。1968年Gorgely和lutz根據(jù)一些實測的裂縫資料進行數(shù)理統(tǒng)計分析，對影響裂縫開展寬度的主要因素采取多種組合方式，經(jīng)實際驗證后進行優(yōu)選，提出以數(shù)理統(tǒng)計為基礎，有一定保證率且便于計算的裂縫寬度計算公式.并且在1971年被納入美國ACI規(guī)范，1975年前蘇聯(lián)放棄了長期采用的以粘結(jié)滑動理論建立起來的計算公式，采用以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎的適用于各種構(gòu)件的鋼筋重心處最大裂縫寬度計算公式。1950 年我國趙國潘等人利用國內(nèi)試件實測數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析，提出了適用于矩形、T形、倒 T 形和工字形截面的各種受力構(gòu)件的最大裂縫寬度計算公式，依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》計算，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度，應按作用（或荷載）短期效應組合并考慮效應影響進行驗算，在Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境下最大裂縫寬度不應超過 0.20mm。
3.4市政橋梁裂縫的原因解析
（1）拆模過早、混凝土齡期短、施工荷載大
施工中在混凝土未達到規(guī)定強度，過早拆模，或者在混凝上未達到規(guī)定強度就上荷載等因素都可直接造成混凝土樓板的彈性變形，致使混凝土在早期強度低或無強度時承受應力，導致橋面板開裂。
（2）橋面板上層鋼筋位置未得到有效保護，下移嚴重
鋼筋對于結(jié)構(gòu)的抗裂性能的影響主要是混凝土材料結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，承受拉力作用時，截面中各質(zhì)點受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應力集中點，這些點由于應力首先達到抗拉強度極限，引起了局部塑性變形，如無鋼筋，繼續(xù)受力，便在應力集中處出現(xiàn)裂縫。如進行適當配筋，鋼筋將約束混凝土的變形，從而分擔混凝土的內(nèi)應力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，亦即提高了混凝土的極限拉伸能力。
（3）添加早強劑和使用泵送混凝土
添加早強劑和使用泵送混凝土也是產(chǎn)生裂縫的一個原因，由于添加早強劑雖然可以縮短上期，但混凝土的抗拉強度并沒有得到很大提高；而泵送混凝土由于泵送的限制，混凝土配合比較小，混凝土粒徑也較小，而澆搗的市政橋梁體積較大，容易引起裂縫的產(chǎn)生。
關鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；設計；問題
中圖分類號：K928文獻標識碼： A
引言
橋梁結(jié)構(gòu)設計的基本要求是要保證安全性、適用性以及經(jīng)濟性，不僅要求設計者要具備豐富的理論知識，還要具一定的工程經(jīng)驗，如果有經(jīng)驗上的偏差就會嚴重影響設計的準確性。橋梁結(jié)構(gòu)設計要堅持因地制宜的基本原則，要充分結(jié)合建設單位公布的橋梁設計方案，積極學習國外的先進技術(shù)，引進一些新設備、新材料，嚴格依照施工設計的總則、荷載以及每種材料技術(shù)條件要求等施工設計標準，采取適當?shù)脑O計方法，能最大限度地規(guī)避主管因素對橋梁結(jié)構(gòu)設計造成的影響。
一、橋梁工程結(jié)構(gòu)設計的狀況
自改革開放之后，我國的經(jīng)濟建設一直在緊鑼密鼓地進行著，各項工程建設也是百花齊放、不斷涌現(xiàn)，其中，橋梁工程建設也得到了飛速的發(fā)展，作為維系、連接與輸送城鄉(xiāng)交通的主要建筑設施，其工程的安全質(zhì)量的重要性不言而喻，雖然無論哪個行業(yè)的工程建設都在嚴格把控質(zhì)量、安全大關，然而依然不斷出現(xiàn)嚴重的安全事故，為了保證其正常的使用年限，必須從橋梁結(jié)構(gòu)設計開始就考慮其耐久性因素，而目前在橋梁結(jié)構(gòu)的設計當中，很多設計人員形成了錯誤的設計觀念，比較偏向于對橋梁強度極限的控制，只是保證其達到良好的強度要求，卻忽略了更為重要的耐久性因素，沒有對使用極限狀態(tài)記憶控制把握，重建造輕維護，同時缺乏有效的結(jié)構(gòu)耐久性規(guī)定和要求來作為設計依據(jù)，那么對橋梁使用年限、耐久性的考慮自然無法真正落實。
二、橋梁結(jié)構(gòu)設計存在的問題
當前結(jié)構(gòu)越來越復雜、跨越距離越來越遠、功能越來越多的橋梁正在出現(xiàn)，在提高交通通行能力和確保行車便捷的基礎上，正在發(fā)揮著改善生活質(zhì)量、加速經(jīng)濟建設的作用，這就需要橋梁設計者不斷提高各方面的能力，以此來滿足社會、生活、交通、公路等各方面的需要。隨著經(jīng)濟建設的不斷變化與發(fā)展，人們生活質(zhì)量在逐漸提高，橋梁設計的難度也在增大，這會產(chǎn)生橋梁設計問題，應該對橋梁設計工作進行全面分析，以達到對相關問題的防范。目前，橋梁設計存在的主要問題有以下幾個。
（一）橋梁結(jié)構(gòu)設計問題
結(jié)構(gòu)體系是橋梁設計的關鍵，也是橋梁的核心部分，是整個橋梁建設中最為重要的部分。結(jié)構(gòu)設計如果存在問題，則會直接影響橋梁相關參數(shù)，橋梁可靠性就會下降，結(jié)構(gòu)材料的應用就會出現(xiàn)問題。特別是一些橋梁設計人員會盲目地進行結(jié)構(gòu)體系設計，導致橋梁結(jié)構(gòu)設計存在極大的不合理、不科學等問題，進而影響橋梁的安全與功能。
（二）橋梁設計的耐久性問題
當前一些橋梁設計片面重視結(jié)構(gòu)強度計算，忽視橋梁構(gòu)造、材料、施工等重要環(huán)節(jié)，這會導致橋梁耐久性降低、整體性變差、延展性不足，不能以充分的冗余來提高橋梁的耐久性能。常見的問題有橋梁受力線路不清晰、混凝土強度不足、鋼筋結(jié)構(gòu)堅度不足、保護層厚度偏小，這些都會影響橋梁的安全與壽命，進而導致橋梁病害的形成。
（三）橋梁設計的疲勞損傷問題
橋梁在運行中會受到車輛荷載、地震和風荷載等動荷載的影響，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響非常大，因此設計師在橋梁設計方面要充分重視對疲勞損傷的研究。
（四）橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性
有些橋梁會應用在經(jīng)常發(fā)生地震的區(qū)域，地震會對橋梁產(chǎn)生嚴重的破壞，因為在橋梁結(jié)構(gòu)設計中已經(jīng)考慮到了動荷載的作用，所以要在鞏固動荷載的基礎上，加強橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，將動荷載和抗震性能合二為一的進行綜合考慮。
（五）橋梁的超載
橋梁的結(jié)構(gòu)設計都要達到正常的使用標準，可是在實際的橋梁運行階段，橋梁荷載并不能都達到在設計的允許范圍之內(nèi)，超載會導致動荷載的應力幅值增加，同時損傷出現(xiàn)的幾率也會增加。因為超載所造成的損傷是巨大的，這些損傷是很難修復的，超載甚至會破壞橋梁的結(jié)構(gòu)，導致事故的發(fā)生。設計人員要加強對橋梁超載問題的研究力度，保證橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性以及安全性。
三、橋梁結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化
（一）橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性
目前設計人員從很多角度對橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性進行了研究，也取得了一定成果，另外還研究了系統(tǒng)可靠性界定的方法，總之，橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性是一個比較復雜的研究內(nèi)容，其中蘊含了很多種知識，研究具有一定的難度，需要設計人員深入的進行探索。
（二）人為差錯
在橋梁結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問題，大多數(shù)都是因為施工人員或技術(shù)人員的專業(yè)知識或經(jīng)驗缺乏導致的，很多工程中的事故都是因此而發(fā)生，所以人為差錯的優(yōu)化已經(jīng)成為橋梁結(jié)構(gòu)設計中的工作重點。
（三）橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的設計要求
在橋梁的結(jié)構(gòu)設計中，要想保證其結(jié)構(gòu)耐久性的設計目標，就必須把握好設計過程中的細節(jié)，依據(jù)一定的設計要求來進行設計工作。首先，橋梁的設計方案要進行仔細地對比分析，在滿足其耐久性設計原則的基礎上，考慮其使用性能、美觀程度、經(jīng)濟成本等因素，這樣綜合考量之后，篩選出最合適的設計方案，從而確保其質(zhì)量過關，其次，一定要注意混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性的規(guī)定要求，在設計時注意控制其混凝土最小保護層厚度，使預應力管道與鋼筋存在一定的距離，為混凝土的振搗做好基礎準備，同時對于所采用的水灰比要仔細分析檢查，保證其適用性，以達到增強混凝土自身密實度和抗損壞能力的要求，最后，在設計過程中一定要選用具有防腐作用的鋼筋，因為在實際施工過程中，經(jīng)常會發(fā)生鋼筋腐蝕的現(xiàn)象，所以對鋼筋的構(gòu)造、材質(zhì)的選用上，必須做到認真、細致，也可以在混凝土中摻入鋼筋阻銹劑，通過此種方法來延緩鋼筋腐蝕破壞，不僅在時間上有效控制腐蝕，而且及時有效地延緩了其遭受腐蝕的速度。
（四）橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設計
由于橋梁的可以起到聯(lián)絡交通的作用，所以在許多山區(qū)等地都需要搭建橋梁，但像我國的云貴山區(qū)等地又是地震的多發(fā)處，所以在這里地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)設計就需設計者充分考慮地勢問題，通常采用先簡支后連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)－剛構(gòu)混合體系，這是為了保證行車舒適，結(jié)構(gòu)耐久適用。除此之外即使在非地震區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)設計也應當將地震損壞因素列為考慮范圍內(nèi)，因為地震災害具有的不確定性，這時為了應對突如其來的災難，設計人員就需要對于橋梁結(jié)構(gòu)的接縫處，地基墩臺和橋面的整體強度，加固連接件等等關鍵部位進行仔細的核算與周全的考慮，而且需要提前預算到地震后可控狀態(tài)下橋梁的完整程度，對于橋梁抗震結(jié)構(gòu)的設計就需要不吝惜原料，全面考慮，精細核算，這樣才能保證橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)性。
（五）強化橋梁結(jié)構(gòu)設計的抗載荷能力
在橋梁抗高負荷承載的情況下，就需要設計者對于橋梁目前和未來所要面臨的載荷能力能高瞻遠矚，應用合理的結(jié)構(gòu)來應對這一情況，而且可以再橋梁設計中的關鍵部位添加相應的減震裝置，如粘滯阻尼器，可以通過氣彈性部件可以有效的減少橋梁震動時產(chǎn)生的能量，以減少對橋梁主體的損害;鉛芯橡膠支座，可以有效減少支座的硬性撞擊，通過有著良好力學性能的鉛芯和橡膠的配合，就可以達到這樣的效果。總之，在抗重載荷情況下，橋梁的結(jié)構(gòu)設計需要提前預估和計算出將要面對的負載情況，并且利用緩沖部件來直接降低重載荷所引起的橋梁壓力過大。
結(jié)束語
橋梁設計過程中如果對相關要點和因素不嚴格控制，極容易引發(fā)安全與結(jié)構(gòu)問題的積累，進而影響橋梁施工和使用等后續(xù)工作，形成各種病害而影響橋梁。作為橋梁設計人員，應該對設計工作進行強化，借鑒國內(nèi)外先進的經(jīng)驗與措施，將先進的設計理念、科學的橋梁結(jié)構(gòu)體系更好地應用到橋梁設計之中，在不斷創(chuàng)新的同時，達到推進橋梁設計質(zhì)量與水平雙提高的目標。
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關鍵詞：臨時結(jié)構(gòu)；設計；施工荷載
橋梁結(jié)構(gòu)種類多式多樣，不同的橋梁采用不同的施工技術(shù)方案，所需要的臨時結(jié)構(gòu)的種類也不盡相同，臨時結(jié)構(gòu)存在的每一個安全隱患都將影響到整個橋梁施工的安全效果[1]。目前我國沒有專門針對橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)的設計規(guī)范，常用的臨時結(jié)構(gòu)的設計，大都由施工單位來完成，針對臨時結(jié)構(gòu)的設計，還有一些問題需要進一步探討，對這些問題進行更好的研究與探討，能夠更好的避免橋梁事故的發(fā)生。
1橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設計采用的規(guī)范
現(xiàn)行的國家標準和行業(yè)標準中均無專門的臨時性的設計規(guī)范，僅有部分條款散落在設計、施工規(guī)范中，使得臨時結(jié)構(gòu)的設計缺乏系統(tǒng)的依據(jù)。目前常用的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》僅對模板、支架做了比較詳細的規(guī)定，但對鋼圍堰的規(guī)定相對較少。2015年新版的《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設計規(guī)范》也主要是針對永久橋梁結(jié)構(gòu)而言，相比之前的《公路鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》去除了對臨時鋼結(jié)構(gòu)設計的規(guī)定。相對于橋梁而言，建筑施工采用的臨時結(jié)構(gòu)規(guī)定要稍微完善，2010年《施工現(xiàn)場臨時建筑物技術(shù)規(guī)范》，2013年了《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》。
2橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)的設計方法
眾所周知，對于永久結(jié)構(gòu)的設計方法有容許應力法、破損階段法、極限狀態(tài)法和概率極限狀態(tài)法幾種。對于橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)，采用的是容許應力法，并且對于模板和支架的設計規(guī)定了設計計算時的荷載組合，對于建筑施工臨時結(jié)構(gòu)，2011版的《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》則明確規(guī)定模板及支架的設計采用以概率理論為基礎，以分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設計方法。
3施工荷載的取值
目前所采用的施工荷載的取值大多都采用的都是永久結(jié)構(gòu)的取值，對于永久荷載而言，臨時結(jié)構(gòu)的取值可以參考永久結(jié)構(gòu)的取值方法，但是對于可變荷載，尤其是施工期的環(huán)境荷載，例如施工期的風載、水流力及波浪力存在著極大的不確定性，極易造成施工階段的工程事故，因此為了保證臨時結(jié)構(gòu)的設計安全，必須結(jié)合現(xiàn)場的實際情況進行施工荷載的取值，筆者認為對于施工期變化比較大的環(huán)境荷載，例如施工期的風載、水流力及波浪力等，在不確定性很大的情況下，還是應該多增加施工期環(huán)境測試，對施工現(xiàn)場的風速、水速及波浪等情況進行持續(xù)的跟蹤，確定出最不利荷載。
4施工工況與荷載組合
在橋梁的施工過程中，要根據(jù)具體的施工方案對臨時結(jié)構(gòu)進行工況分析，確定臨時結(jié)構(gòu)在每一工況受到的施工荷載并進行荷載組合，使臨時結(jié)構(gòu)在各工況下的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求[2]。對此，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T-2011）對于模板與支架設計計算的荷載組合已有比較詳細的規(guī)定，如表1所示。表1模板、支架設計計算的荷載組合[3]和模板與支架相比，施工采用的掛籃、圍堰則沒有如此比較詳細的規(guī)定。掛籃型式很多，構(gòu)造上也有很大不同。施工時選用哪種型式的掛籃要根據(jù)具體情況而定。根據(jù)掛籃施工的主要步驟、受力狀態(tài)，經(jīng)常可以將掛籃分為空載、行走和澆筑混凝土三種施工工況。在橋梁的深水圍堰中，鋼圍堰應用的比較多，工況也比較復雜。鋼圍堰的的施工工況大體可以分為4個階段：吊箱下放階段、混凝土封底階段、抽水階段和澆筑承臺混凝土階段。對于不同的施工工況，對應著哪些荷載，筆者認為規(guī)范對此進行很好的完善可以有利于施工臨時結(jié)構(gòu)的設計，從而保證施工的安全。
5安全系數(shù)的取值
對于臨時結(jié)構(gòu)設計的安全系數(shù)，2013年了《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》直接采用的永久結(jié)構(gòu)設計的安全系數(shù)。對于橋梁施工所采用的臨時結(jié)構(gòu)，規(guī)范對于纜索吊裝系統(tǒng)中各種索的鋼絲繩和錨碇安全系數(shù)做了比較詳細的規(guī)定；對于掛籃在行走時的安全系數(shù)、自錨固系數(shù)和限位系統(tǒng)的安全系數(shù)做了規(guī)定。相比掛籃和纜索吊，圍堰還有待繼續(xù)完善。
6建議
6.1目前橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設計中主要用到的是容許應力法，但是對于施工荷載的調(diào)查和統(tǒng)計還甚少，建議相關部門增加施工期的風載、水流力及波浪力的調(diào)查及跟蹤。6.2對于經(jīng)常重復利用的臨時結(jié)構(gòu)的材料，例如鋼結(jié)構(gòu)和鋼絲繩等經(jīng)常利用的材料進行相關的養(yǎng)護和維修，建議規(guī)范增加不能重復利用的臨時結(jié)構(gòu)標準，進行報廢。6.3對于一些重復利用的臨時結(jié)構(gòu)，設計時能標準化的將盡量標準化，能夠節(jié)省不少經(jīng)濟投資。
作者:鄭俊杰 向 群 單位:天津鐵道職業(yè)技術(shù)學院
參考文獻
[1]李艷哲,馮廣勝.橋梁施工大型臨時結(jié)構(gòu)設備標準化研究[J].橋梁建設,2007:18-21.
本預應力混凝土連續(xù)梁橋共分為三跨（30m+50m+30m）主跨50m，邊跨對稱30m；主梁采用單箱單室預應力混凝土箱梁，跨中梁高為1.5m，支座處梁高為2.8m，截面高度按二次拋物線形式變化；橋面凈寬為7+2×1.5m；設計荷載為公路-Ⅰ級。
在設計中，運用了橋梁設計軟件Midas建立橋梁模型，并對橋梁恒載、活載及徐變內(nèi)力進行分析計算，得出預應力鋼束的預估值。最后對主梁的應力、變形等進行驗算。經(jīng)分析比較及驗算表明該設計計算方法正確，內(nèi)力分布合理，符合設計任務的要求
關鍵詞橋梁設計;預應力混凝土;箱梁;變截面連續(xù)梁;Midas橋梁模型
Abstract:Thedesignisbasedontherequirementsofthedesigntaskand"HighwayBridgeRegulation".Thedesignofthebridgeiscarriedoutintheeight-characterprincipleof"safety,pratically,economicallyandaeshetic"bycomparingandchoosingthebestone.Thefirstprogramiscontinousprestressedconcretegriderbridge,thesecondonethebeamcombinationofarchbridge,andthethirdoneisthesuspensionbridge.Accdodingtotheaboveprinciplesandconstructionfactors,theprestressedconousbridgeischosentotheultimate.
Thecontinousprestressedconcretegirderbridgeisdividedintothreeinters,(30m+50m+30m),withthemainspanof50m,and30m-symmetryone.Prestressedconcreteboxgriderisusedasthemainbeam;thebeamdepthinthemid-spanis1.5m,whileatthesupportbearingitis2.8m.Thesectionaldepthischangedintheformofparabolic.Thenetwidthofthedeckis7+2x1.5m,andthedesignloadisforthehighway-I.
Inthedesign,thebridgedesignsoftwareMIDASisusedtogetthecalculationmodel.Byanalyzingandcomputingthedeadload,liveloadandinternalforce,theestimatedvalueoftheprestressedstrandisgot.Finally,checkingcalculationiscarriedouttothestressanddeformationofthemainbeam.Theresultsoftheanalysisandcheckingcalculationshowthatthedesigncalculationmethodiscorrect,andtheinternalforcedistributionisreasonabletothedesigntask.
Keywords:bridgedesign;prestressedconcrete;box-girder;non-uniformcontinuousbeam;MIDASbridgemodel
目錄
設計原始資料…………………………………………………………………………….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
第三章橋面板的計算…………………………………………………………………8
一．橋面板的設計彎矩………………………………………………………………8
二．懸臂板的內(nèi)力計算………………………………………………………………11
三．橋面板的配筋……………………………………………………………………12
第四章主梁內(nèi)力計算…………………………………………………………………14
一．全橋節(jié)段的劃分…………………………………………………………………14
二．恒載活載內(nèi)力計算………………………………………………………………17
第五章主梁配筋計算…………………………………………………………………32
一．預應力筋的估算原理……………………………………………………………32
二．預應力筋的估算…………………………………………………………………34
三．預應力筋布置……………………………………………………………………38
四．非預應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)計算………………………………………………47
一．正截面承載力計算………………………………………………………………47
二．斜截面承載力計算………………………………………………………………47
第七章鋼束預應力損失計算………………………………………………………50
第八章應力驗算…………………………………………………………………………56
一．短暫狀況的正應力驗算…………………………………………………………56
二．持久狀況的正應力驗算…………………………………………………………57
第九章抗裂性驗算………………………………………………………………………59
一．正截面抗裂性……………………………………………………………………59
二．斜截面抗裂性……………………………………………………………………61
第十章主梁變形計算……………………………………………………………………62
參考文獻…………………………………………………………………………………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)設計中認真輔導了我設計的每一個環(huán)節(jié)，何建老師對待學生認真負責、和藹耐心的態(tài)度和對待工作一絲不茍的作風給我留下了深刻的印象，為我今后的學習工作樹立了榜樣。此外還有學多老師給予了耐心的指導和點拔，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)設計，我比較系統(tǒng)的串連了我大學本科四年所學的知識，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)設計的反復修改，一遍一遍的看書，和同學一次又一次的討論，一次又一次的請教老師的過程中，通過集中的畢業(yè)設計和專業(yè)系統(tǒng)的培養(yǎng)，我提高了自己綜合運用所學的基礎理論，基本知識和基本技能，分析解決問題的能力。在老師的指導下，通過獨立系統(tǒng)的完成一個工程項目的設計，比較具體的了解了一個工程設計的全過程，鞏固已學課程的基礎上，培養(yǎng)了自己考慮問題，分析問題，解決問題的能力，同時接觸到和掌握一些新的專業(yè)知識和技能。這次畢業(yè)設計為自己提供了一次很好的實踐機會，為我將來的學習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，感謝學院的領導和老師在百忙之中為我們細心指導設計，我衷心的感謝各位老師！
南華大學船山學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計（論文）題目
寶石路5號橋
設計（論文）題目來源
設計（論文）題目類型
起止時間
2008.12.1~2008.12.12
一、設計（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、美觀等方面比選，最終確定橋梁形式。
二、設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術(shù)方案、路線）
本橋的設計是根據(jù)設計任務書的要求和《公路橋規(guī)》的規(guī)定，本著“安全、實用、經(jīng)濟、美觀”的八字原則，提出了三種不同的橋型方案進行比較和選擇。方案一為預應力混凝土連續(xù)梁橋，方案二為梁拱組合體系橋，方案三為懸索橋。經(jīng)由以上原則以及設計施工等諸多方面考慮后，確定預應力混凝土連續(xù)梁橋為最終設計方案。
三、設計（論文）的研究重點及難點
計算量大，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雜
四、進行設計（論文）所需條件：
本預應力混凝土連續(xù)梁橋共分為三跨（30m+50m+30m）主跨50m，邊跨對稱30m；主梁采用單箱單室預應力混凝土箱梁，跨中梁高為1.5m，支座處梁高為2.8m，截面高度按二次拋物線形式變化；橋面凈寬為7+2×1.5m；設計荷載為公路-Ⅰ級。
在設計中，運用了橋梁設計軟件Midas建立橋梁模型，并對橋梁恒載、活載及徐變內(nèi)力進行分析計算，得出預應力鋼束的預估值。最后對主梁的應力、變形等進行驗算。經(jīng)分析比較及驗算表明該設計計算方法正確，內(nèi)力分布合理，符合設計任務的要求
關鍵詞 橋梁設計; 預應力混凝土; 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 錄設計原始資料…………………………………………………………………………….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 橋面板的計算 …………………………………………………………………8
一．橋面板的設計彎矩 ……………………………………………………………… 8
二．懸臂板的內(nèi)力計算……………………………………………………………… 11
三．橋面板的配筋…………………………………………………………………… 12
第四章 主梁內(nèi)力計算…………………………………………………………………14
一．全橋節(jié)段的劃分………………………………………………………………… 14
二．恒載活載內(nèi)力計算……………………………………………………………… 17
第五章 主梁配筋計算…………………………………………………………………32
一．預應力筋的估算原理…………………………………………………………… 32
二．預應力筋的估算………………………………………………………………… 34
三．預應力筋布置…………………………………………………………………… 38
四．非預應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)計算………………………………………………47
一．正截面承載力計算……………………………………………………………… 47
二．斜截面承載力計算……………………………………………………………… 47
第七章 鋼束預應力損失計算……………………………………………………… 50
第八章 應力驗算………………………………………………………………………… 56
一．短暫狀況的正應力驗算………………………………………………………… 56
二．持久狀況的正應力驗算………………………………………………………… 57
第九章 抗裂性驗算……………………………………………………………………… 59
一．正截面抗裂性…………………………………………………………………… 59
二．斜截面抗裂性…………………………………………………………………… 61
第十章 主梁變形計算…………………………………………………………………… 62
參考文獻 ………………………………………………………………………………… 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)設計中認真輔導了我設計的每一個環(huán)節(jié)，何建老師對待學生認真負責、和藹耐心的態(tài)度和對待工作一絲不茍的作風給我留下了深刻的印象，為我今后的學習工作樹立了榜樣。此外還有學多老師給予了耐心的指導和點拔，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)設計，我比較系統(tǒng)的串連了我大學本科四年所學的知識，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)設計的反復修改，一遍一遍的看書，和同學一次又一次的討論，一次又一次的請教老師的過程中，通過集中的畢業(yè)設計和專業(yè)系統(tǒng)的培養(yǎng)，我提高了自己綜合運用所學的基礎理論，基本知識和基本技能，分析解決問題的能力。在老師的指導下，通過獨立系統(tǒng)的完成一個工程項目的設計，比較具體的了解了一個工程設計的全過程，鞏固已學課程的基礎上，培養(yǎng)了自己考慮問題，分析問題，解決問題的能力，同時接觸到和掌握一些新的專業(yè)知識和技能。這次畢業(yè)設計為自己提供了一次很好的實踐機會，為我將來的學習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，感謝學院的領導和老師在百忙之中為我們細心指導設計，我衷心的感謝各位老師！
南華大學船山學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 寶石路5號橋 設計（論文）題目來源 設計（論文）題目類型 起止時間 2008.12.1~2008.12.12 一、設計（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、美觀等方面比選，最終確定橋梁形式。
二、設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術(shù)方案、路線）
本橋的設計是根據(jù)設計任務書的要求和《公路橋規(guī)》的規(guī)定，本著“安全、實用、經(jīng)濟、美觀”的八字原則，提出了三種不同的橋型方案進行比較和選擇。方案一為預應力混凝土連續(xù)梁橋，方案二為梁拱組合體系橋，方案三為懸索橋。經(jīng)由以上原則以及設計施工等諸多方面考慮后，確定預應力混凝土連續(xù)梁橋為最終設計方案。
三、設計（論文）的研究重點及難點
計算量大，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雜
四、進行設計（論文）所需條件：
《結(jié)構(gòu)設計原理》土木工程專業(yè)畢業(yè)設計指南—橋梁工程分冊
《預應力混凝土連續(xù)梁橋設計》 《橋梁工程》 《基礎工程》 《橋涵水文》 《橋梁計算示例集》《橋梁上部結(jié)構(gòu)計算示例（二）》
五、指導教師意見：
