橋梁建筑工程安全性與耐久性展望設(shè)計理念進(jìn)展

橋梁建筑工程安全性與耐久性 —展望設(shè)計理念進(jìn)展 范立礎(chǔ) 同濟(jì)大學(xué)橋梁工程 系 摘 要 本文通過對國內(nèi)外橋梁運營與維護(hù)所付出的慘重代價和發(fā)生的橋梁事故的研究基礎(chǔ)上 , 分析了影響橋梁安全和耐久及造成橋梁事故的因素 。 基于此 , 作者提出 了提高橋梁安全和耐久的兩個必要措施 一是要有不斷健全的規(guī)章 、規(guī)程 、 制度和建立科學(xué)的管理體系 , 其能確保橋梁工 程的質(zhì)量 , 質(zhì)量是結(jié)構(gòu)安全與耐久的最基本的要 求 二是應(yīng)該 力圖開展保障結(jié)構(gòu)安全與耐久的新設(shè)計理念的研究 認(rèn)識到結(jié)構(gòu)各部件的壽命不是完全相同的 , 因而結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)功能的保證 , 必須從設(shè)計 、 施工 、材料 、檢測 、 維修 、加固整個過程來考慮 , 審視結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計與構(gòu)造設(shè)計 , 并保障結(jié)構(gòu)在生命期內(nèi)的結(jié)構(gòu)可檢性 、可換性 、 可修性 、 可 控性帥 、 可強(qiáng)性 和可持續(xù)性 咖 。 最后作者分析了實施橋梁新設(shè)計理念過程 中的利學(xué)決策關(guān)鍵技術(shù)一進(jìn)行橋梁風(fēng)險評估 , 保險是減少風(fēng)險的有效措施 。 實質(zhì)上 引人了壽命投資效益的新概念 。 關(guān)鍵詞 橋梁事故 設(shè)計理念 風(fēng)險評估 結(jié)構(gòu)壽命期 前言 我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展跨人 世紀(jì) , 興起了建設(shè)跨海大橋的熱潮 , 目前開工和立項的大型橋梁建筑工程有杭州灣大橋工程 、東海大橋工程 、滬崇蘇長江通道工程以及蘇通大橋工程 。這些 工程的橋梁總長最大的在 左右 , 最短的也在 。

復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用日本是第一個在混凝土橋梁中采用CFRP絞線和阿拉米德AFRP筋作為橋梁預(yù)應(yīng)力筋的國家。1988年,CFRP絞線首先在日本249號國道位于石川縣的先張預(yù)應(yīng)力混凝土板式公路橋新宮橋上作預(yù)應(yīng)力筋。該橋所用的CFRP絞線公稱斷面積76mm2,重158kg/km,彈性系數(shù)為1.321051.47105MPa,張拉強(qiáng)度達(dá)1840MPa。CFRP絞線廠家的保證破斷力PU為137kN,張拉時、錨固后瞬時及使用前荷載作用下容許拉力分別為0.6PU、0.55PU和0.45PU。PU為廠家的保證強(qiáng)度。19881992年四年間,日本應(yīng)用FRP材料作為預(yù)應(yīng)力混凝土橋力筋修建了一系列橋梁,不同類型的FRP力筋性能試驗及研究以及所需錨固系統(tǒng)都已完成,為探求采用FRP力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的承載能力和耐久性,做了靜載和疲勞試驗。是日本近年來在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中使用FRP材料的一些具體例子。迄今為止,德國已建成4座采用玻璃纖維復(fù)合材料的橋梁。

1980年在位于杜塞爾多夫郊區(qū)所建的隆恩扎赫加賽試驗橋,跨徑6.5m;1986年所建的位于杜塞爾多夫的烏倫貝克兩跨連續(xù)梁街道公路天橋、1989年建于柏林的阿爾道夫基帕爾特兩跨連續(xù)雙T形板梁人行橋,都采用了GFRP力筋。烏倫貝克街道橋采用197.5mmGFRP棒組成一束的59束復(fù)式索,這種GFRP棒叫波雷斯托,含68%玻璃纖維(體積),并用聚酯樹脂拉制成形,在設(shè)計荷載下的容許拉力定為0.47PU。1991年德國工廠區(qū)一座后張預(yù)應(yīng)力混凝土高速公路跨線橋的部分力筋采用了CFRP絞線。

前言隨著高等級道路的迅速發(fā)展,大量幅度寬、跨徑大的橋梁不斷出現(xiàn)在我國的各條干線上。要求這些橋梁具有輕盈的結(jié)構(gòu)、美觀的形式是一種必然趨勢,因而一般具有較低的梁高(或板厚),較為復(fù)雜的截面形式。其中箱形梁因具有較大的抗彎及抗扭剛度、良好的整體結(jié)構(gòu)性能而倍受青睞。長期以來,國內(nèi)外大量學(xué)者對箱形梁的研究投入了大量的精力,起初大多的計算方法是借用矩形梁或T形梁的簡單梁理論,雖然簡單易行,但并不能完全反應(yīng)箱形梁的力學(xué)性能;有限元法作為一種工程問題的計算手段,也被廣泛應(yīng)用于箱形梁的分析,但是在所采用的計算單元上則五花八門,有的采用梁單元,有的采用板殼單元,但是基于現(xiàn)在的橋梁寬度一般較大的實際情況,要更準(zhǔn)確地反應(yīng)諸如剪滯效應(yīng)等橫向分布問題及局部性能之類的問題,一維的梁單元難以勝任,平面梁單元也有其局限性;板殼單元則更適用于此類問題,如文獻(xiàn)就是分別采用基于MindIin板理論的4、8、9節(jié)點殼體單元,該理論以一個薄殼的中面位移及其法線的轉(zhuǎn)動來描述本層薄殼的變形(即每個節(jié)點具有5個自由度),這對分析薄壁殼體比較合適,但要用于分析具有一定高度的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱形梁,勢必要求在單元劃分時沿梁高方向單元數(shù)目較多,增大了計算量,而不利于提高計算效率。