橋梁設(shè)計(jì)論文范文

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第1篇

1三維數(shù)字化設(shè)計(jì)發(fā)展與現(xiàn)狀

1．1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展從1963年美國MIT機(jī)械工程Coons，首次提出了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）概念開始，軍工、航空航天以及精密制造業(yè)等領(lǐng)域就開始了CAD的研究與開發(fā)。到20世紀(jì)80年代，CAD技術(shù)開始走向成熟，并廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，開始出現(xiàn)在PC終端系統(tǒng)中。1989年，PTC公司推出Pro／Engineer產(chǎn)品，用參數(shù)化的特征設(shè)計(jì)為CAD三維設(shè)計(jì)建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。此后，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，三維CAD設(shè)計(jì)開始普遍應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車及精密儀器制造業(yè)等領(lǐng)域［1－3］。

1．2三維設(shè)計(jì)應(yīng)用在國內(nèi)外的基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，三維設(shè)計(jì)技術(shù)也正在蓬勃發(fā)展，其中在水利水電、公用與民用建筑等行業(yè)已經(jīng)取得較為廣泛的應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了二維設(shè)計(jì)向三維協(xié)同設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換。如圖1所示。圖1水電廠房剖切視圖對于公路工程，特別是橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展相對較為緩慢，大多還處于二維階段，或者應(yīng)用其他主流的三維CAD平臺對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維展示，中國交通部公路科學(xué)研究所研發(fā)的橋梁三維造型系統(tǒng)Bridge3D，嘗試了采用參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)外觀造型設(shè)計(jì)。但是，相對于制造行業(yè)的參數(shù)化、變量化的三維CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)差距還很大［4－5］。

2基于BIM技術(shù)的工程設(shè)計(jì)概念

2．1BIM技術(shù)定義建筑信息模型（BuildingInformationModeling，簡稱BIM）技術(shù)和理念由AutoDesk公司于2002年率先提出，它是通過數(shù)字化技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中建立一座虛擬的建筑，一個建筑信息模型就是提供了一個單一、完整、邏輯的建筑信息模型［6－7］。BIM是貫穿在工程整個生命周期中，使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、建造信息及維護(hù)信息等大量信息保存在BIM中，在建筑整個生命周期中得以重復(fù)、便捷地使用，如圖2所示。

2．2BIM技術(shù)在橋梁工程中的延展BIM的發(fā)展是始于建筑行業(yè)，但其內(nèi)涵及外延早已超出了模型的范疇，也延伸出了建筑行業(yè)，甚至覆蓋了整個工程建設(shè)行業(yè)。對于橋梁工程而言，可以參考美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)，對橋梁信息模型（BIM）闡釋如下：（1）一個橋梁工程物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)。（2）一個共享有關(guān)橋梁建設(shè)項(xiàng)目所有信息的資源數(shù)據(jù)庫。（3）一個分享有關(guān)橋梁工程的信息，為該工程從概念開始的全生命周期的所有決策提供可靠依據(jù)的過程。（4）在項(xiàng)目不同階段、不同利益相關(guān)方，通過在BIM中寫入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)，如圖3所示。圖3BIM技術(shù)支撐的工程范疇

3三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)對比

對于橋梁設(shè)計(jì)而言，采用BIM的理念與傳統(tǒng)CAD相比，改變的是整個設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)方法。（1）從線條繪圖轉(zhuǎn)向構(gòu)件布置。（2）從單純幾何表現(xiàn)轉(zhuǎn)向全信息模型集成。（3）從各工種單獨(dú)完成項(xiàng)目轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同完成項(xiàng)目。（4）從離散的分步設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于同一模型的全過程整體設(shè)計(jì)。（5）從單一設(shè)計(jì)交付轉(zhuǎn)向工程全生命周期支持。對于橋梁設(shè)計(jì)行業(yè)，采用BIM技術(shù)不僅僅意味著效率與質(zhì)量的提升，更重要的是設(shè)計(jì)方掌握了工程項(xiàng)目最核心的信息模型資源，不僅向業(yè)主方提供工程設(shè)計(jì)服務(wù)，而是向全壽命周期內(nèi)各個工程參與方提供高附加值的服務(wù)與咨詢，使工程項(xiàng)目的潛在價值向設(shè)計(jì)階段前移［6］。

4基于BIM技術(shù)的橋梁三維設(shè)計(jì)技術(shù)

4．1信息需求的系統(tǒng)分析了解橋梁工程對三維設(shè)計(jì)技術(shù)的需求是建立三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，雖然其他行業(yè)的三維設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，也有了成功的工程案例，但是橋梁工程建設(shè)對三維工程信息的要求有自身的特點(diǎn)，并不能將其他行業(yè)的工程需求照搬過來。因此，需要重新根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)、施工與管理的特點(diǎn)分析其對工程信息的實(shí)際需求。只有得到各個工程參與方對三維信息的需求，才能使三維信息模型發(fā)揮其在工程建設(shè)中的核心數(shù)據(jù)平臺的作用。

4．2信息模型的參數(shù)化建立方法三維設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是信息化的三維模型，通過前期分析得到各方的信息需求后，如何建立賦含上述信息的三維模型就成為關(guān)鍵。抽象化、變量化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)技術(shù)是一種高效、直接和便于修改的信息化模型建立方法，該方法的核心思想是把工程項(xiàng)目中具有特征變化的圖元要素的特征值抽象為某個函數(shù)的變量，通過修改變量值，或者改變函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法，就能夠獲得賦含各種信息的模型。主要工作在于尋找各類要素的特征變量及其與整個模型的邏輯函數(shù)關(guān)系［8－10］，橋梁三維模型如圖4所示。

4．3CAD－CAE信息共享技術(shù)橋梁設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)計(jì)算分析在設(shè)計(jì)中占有極其重要的位置，計(jì)算分析結(jié)果決定了主要構(gòu)件尺寸與構(gòu)造形式，橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算工作量在整個設(shè)計(jì)流程中占據(jù)較大的比例，對于復(fù)雜橋梁甚至是控制性的節(jié)點(diǎn)工作。因此，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)平臺與計(jì)算平臺的信息共享乃至無縫結(jié)合，對提高設(shè)計(jì)效率有著積極的作用。

4．4數(shù)字化工程的交付方式與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化虛擬工程移交是三維設(shè)計(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的二維圖紙載體已經(jīng)被全信息模型所取代。基于BIM技術(shù)的橋梁工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品是一個包含了各階段、各參與方所需信息的核心數(shù)據(jù)模型，這就需要針對不同信息接收方制定不同的產(chǎn)品交付方式與標(biāo)準(zhǔn)，交付方式與標(biāo)準(zhǔn)的確立，標(biāo)志著三維設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)向了三維信息化的施工與運(yùn)營管理階段。

4．5一體化協(xié)同設(shè)計(jì)與管理技術(shù)從單點(diǎn)、離散式的分布設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于同一模型的一體化協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)的重要標(biāo)志，對于項(xiàng)目管理的效率與質(zhì)量有著質(zhì)的提升。同時，協(xié)同設(shè)計(jì)不僅僅指設(shè)計(jì)方內(nèi)部的流程與設(shè)計(jì)過程管理，還包括設(shè)計(jì)產(chǎn)品交付、進(jìn)入施工與運(yùn)營階段后的協(xié)同信息交流與管理，甚至可以延展到工程全壽命周期內(nèi)的各個參與方的協(xié)同工作。只有掌握了一體化協(xié)同設(shè)計(jì)與管理技術(shù)，才能發(fā)揮三維數(shù)字化設(shè)計(jì)對工程全壽命周期的技術(shù)支撐作用［7］。

5三維數(shù)字化設(shè)計(jì)發(fā)展存在的問題

（1）全行業(yè)對三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的認(rèn)識有待統(tǒng)一。目前整個交通建設(shè)行業(yè)的三維設(shè)計(jì)剛剛起步，政府主管部門、工程業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位與施工單位等各方對三維設(shè)計(jì)的理解與需求是不同的，而以上各方都應(yīng)該是三維設(shè)計(jì)的參與方，也是受益方。因此，在交通行業(yè)發(fā)展三維數(shù)字化設(shè)計(jì)需要全行業(yè)對其有一個統(tǒng)一的認(rèn)識。（2）從設(shè)計(jì)單位看，意味著設(shè)計(jì)習(xí)慣、工程流程與管理體系的再造。二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，必然是一個緩慢的過程，大干、快上不符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律。在三維設(shè)計(jì)起步階段，由于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)不熟練，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不夠完善，管理體系還不健全，可能會導(dǎo)致工作效率降低。因此，需要在工作中尋找發(fā)展與穩(wěn)定生產(chǎn)的平衡點(diǎn)，這是一個不斷摸索、發(fā)展與調(diào)整的實(shí)踐工作。（3）從整個交通建設(shè)流程看，各個環(huán)節(jié)的發(fā)展節(jié)奏不一致。目前交通行業(yè)三維數(shù)字化的工作與重點(diǎn)集中在設(shè)計(jì)階段，大部分的實(shí)踐工作由設(shè)計(jì)院承擔(dān)。但是，設(shè)計(jì)階段只是工程建設(shè)的中間環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得要依靠前期的規(guī)劃與勘測方，后期產(chǎn)品要交付于審查與施工方，如果各個環(huán)節(jié)發(fā)展脫節(jié)，就難以發(fā)揮三維數(shù)字化的優(yōu)勢。所以，三維數(shù)字化技術(shù)的變革比當(dāng)年“甩圖板”工程涉及的范圍更廣，難度也更大。

6結(jié)束語

第2篇

橋址區(qū)地形較平緩，跨越的溝渠中部局部地段為負(fù)地形，大致呈鍋底狀，雨季排水較為不暢通，并經(jīng)常存有死水灘，隨后幾日，緩慢下滲至地下深處。根據(jù)原始勘察資料，橋址區(qū)0～10.0m范圍內(nèi)黃土（粉土）具Ⅱ級非自重濕陷性（中等），濕陷系數(shù)δs=0.023～0.080，自重系數(shù)δzs=0.015～0.034，自重濕陷量Δzs=6.19cm，總濕陷量Δs=56.88cm，橋臺基礎(chǔ)持力層位于該地層上，雖采用0.5m厚灰土墊層進(jìn)行地基處理，但處理范圍僅在基礎(chǔ)之下局部范圍內(nèi)，對基礎(chǔ)周圍地表水的下滲未起防水作用，從而使地表水?dāng)U散運(yùn)移至基礎(chǔ)以下濕陷性黃土之中，在荷載作用下，產(chǎn)生濕陷下沉。其下沉速度較為緩慢，且隨季節(jié)具有一定的規(guī)律，在雨季期間，下沉較迅速，雨季后地下水下滲至地表深處時，下沉較為緩慢或停止。根據(jù)地勘報(bào)告,基底附加應(yīng)力為203kPa，第一層土的平均附加應(yīng)力+自重應(yīng)力約為124.5kPa，大于9.4m以上土層的濕陷起始壓力，故第一層土在上部荷載作用和浸水狀態(tài)下，0～9.4m范圍內(nèi)將會產(chǎn)生附加濕陷變形，變形量為56.88-2.46=54.42cm。據(jù)以上綜合分析，橋臺地基沉降量主要由濕陷變形量和土層壓縮變形量組成，其總的變形量為54.42+8.223=62.64cm，目前已沉降約33cm，完成總沉降的52.7%，以后還會繼續(xù)下沉，因此對其進(jìn)行加固是非常必要的。

2橋梁的加固設(shè)計(jì)

本文針對其出現(xiàn)的橋臺整體沉降的病害提出了兩個具體加固方案。

2.1方案一

a）在原兩側(cè)橋臺前1.35m加設(shè)雙柱式橋墩，形成（1.7+12.6+1.7）m跨徑的雙懸臂板結(jié)構(gòu),橋臺的支撐作用慢慢消失，新的柱式墩主要起支撐主梁作用，b）鏟除后期養(yǎng)護(hù)逐年增加的瀝青混凝土，以減輕上部恒載，利用液壓頂升設(shè)備將空心板抬升，恢復(fù)原橋面的設(shè)計(jì)標(biāo)高。c）在墩頂原鋪裝層增設(shè)一層直徑25mm的鋼筋網(wǎng)用以承擔(dān)墩頂負(fù)彎矩。d）墩蓋梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，頂升主梁，落梁于墩頂支座上，形成雙懸臂結(jié)構(gòu)，完成體系轉(zhuǎn)換。e）將原橋的背墻和側(cè)墻均相應(yīng)進(jìn)行加高，原橋臺基礎(chǔ)周圍需做防水封閉處理，以防止其繼續(xù)滲水下沉。

2.2方案二

a）先采用直徑為127mm的鉆頭鉆孔，鉆孔按梅花型布置，孔間距為1m，鉆孔深度為7m，要求鉆孔必須穿透原橋的擴(kuò)基底部，用直徑為127mm的PVC管做護(hù)壁。b）通過PVC管將直徑為110mm，長度為8m鋼管樁垂直擊打到原橋擴(kuò)大基礎(chǔ)底以下8m處，利用鋼管樁加固原有橋位處的地基，通過樁土復(fù)合作用共同承擔(dān)橋梁的上部荷載。c）為了減輕上部的自重，鏟除原橋面瀝青混凝土鋪裝25cm，利用液壓頂升設(shè)備將主梁進(jìn)行頂升，梁下墊增高度為25cm焊接好的槽鋼，同時更換原橋支座。d）待主梁放下與支座緊密結(jié)合好后，需對橋臺處進(jìn)行橋面連續(xù)的施工，澆筑鋼筋混凝土和瀝青混凝土，重新攤鋪瀝青混凝土鋪裝層。e）原橋臺基礎(chǔ)周圍需做防水封閉處理，以防止其繼續(xù)滲水下沉。

3設(shè)計(jì)方案比對

針對前述橋梁病害以及現(xiàn)行橋梁規(guī)范，為徹底消除隱患，保證現(xiàn)有橋梁的正常使用，本文擬定了兩個加固設(shè)計(jì)方案。

4結(jié)論

第3篇

上個世紀(jì)末我國公路建設(shè)高速發(fā)展，而在全國進(jìn)行大范圍公路建設(shè)中因?yàn)闃蛄簶冻休d力好，節(jié)省用料和人力的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛運(yùn)用。橋梁的橋體的承載力主要就是靠橋梁樁來承擔(dān)，因此橋梁樁的基礎(chǔ)加固是公路工程建設(shè)的基本保障。尤其是在我國這種地形地質(zhì)條件相對復(fù)雜的山區(qū)，公路橋梁路段多且承載量要求較高。但是，我國大范圍的橋梁樁基本上是鋼筋混泥土進(jìn)行建設(shè)的，很容易出現(xiàn)一些問題。1）水分的自然侵蝕。首先是鋼筋混凝土中的鋼筋極容易被滲透的水分侵蝕，破換鋼筋的支撐力。當(dāng)水分的侵入混凝土中的時候還會因?yàn)橥瑝A性的水泥融合產(chǎn)生膨脹力，甚至導(dǎo)致混凝土裂開從而破壞掉整個橋梁樁，這個時候就會影響到整個橋梁的穩(wěn)固，因此僅僅是自然的長時間的侵蝕就會造成整個橋梁樁的不穩(wěn)定。2）極端氣候的破壞作用。除了水分的滲入會導(dǎo)致橋梁樁被破壞，低溫作用到水上會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)橋梁樁小孔中的水分結(jié)冰膨脹。而長時間的氣溫變化作用的不斷循環(huán)，就會導(dǎo)致混泥土結(jié)構(gòu)的逐漸剝離甚至瓦解，事實(shí)上這個過程并不長，尤其是在地質(zhì)和氣候比較復(fù)雜的地區(qū)，因此要特別注意防范和處理這種情況的發(fā)生。

2加固橋梁樁方法

橋梁樁對整個橋梁乃至整個公路的運(yùn)行的重要作用不言而喻。因此在防范橋梁樁的損害問題上，必須迅速采取積極的應(yīng)對處理方法，而這些方法必須是科學(xué)地針對橋梁樁的特點(diǎn)和問題，能夠切實(shí)地保障橋梁樁的穩(wěn)固，主要從以下三個方面堅(jiān)持：1）做好防范工作。為了保障橋梁的穩(wěn)固性，除了針對進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)之外，橋梁樁的本身質(zhì)量要進(jìn)行較為嚴(yán)格的鑒定并且明確后期追加的加固的方案。加固設(shè)計(jì)方案無外乎三個方面：硬度方面，強(qiáng)度方面和持久度方面。首先在硬度方面就是橋梁樁建造的穩(wěn)固性；強(qiáng)度方面就是確定保證橋梁樁的整體性的穩(wěn)固；持久度方面就是在建造的時候采用耐性良好的同時還要方便之后進(jìn)行損傷部分的修復(fù)。從這三個方面著手，可以比較全面的做好橋梁樁的穩(wěn)固性的防范工作。2）堅(jiān)持效益最大化。在工程設(shè)計(jì)和建造中最基本的原則除了安全穩(wěn)固之外就是經(jīng)濟(jì)，以最小的原料和人工投入獲得最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益，這就要求工程建造人員在橋梁和建設(shè)的時候做到效益最大化。3）務(wù)求實(shí)事求是。在公路建設(shè)前橋梁樁做好各項(xiàng)加固工作之外還必須實(shí)事求是，不能盲目加固浪費(fèi)工程建設(shè)。合理的加固技術(shù)必須在原有的公路建設(shè)基礎(chǔ)上不僅起到實(shí)際加固的效果還可以有效控制工程再建的風(fēng)險(xiǎn)，降低工程建設(shè)的成本。

3橋梁樁加固設(shè)計(jì)的基本方案

3.1增加樁基進(jìn)行加固

為了保證公路橋梁的整體的安全性，增加橋梁樁和擴(kuò)大整個承臺的承載范圍和作用力，可以在橋梁樁基的載重能力不足采用。準(zhǔn)確來講就是將原來的橋梁樁的承重進(jìn)行擴(kuò)大并且可以增加新的橋梁樁，這樣就可以提高橋梁樁的承載能力并且增加整個橋梁工程的穩(wěn)定性。這項(xiàng)方法不僅能夠節(jié)省工程工作量，并且有著較為明顯的加固效果，但是它的局限性就在于為了達(dá)到加固效果會對原有的交通運(yùn)行情況有所影響，因此也要考慮到它的實(shí)際操作性。

3.2橋梁樁基自體加固法

這個方法是在原有的混凝土樁基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，尤其是直徑偏小的鋼筋混凝土橋梁樁。因此這種方法不僅施工工程相對較小還提升了橋體的承載力。很多縣城上的小橋都是采用這種結(jié)構(gòu)，工程實(shí)例上來說，某縣的公路橋橋?qū)捊祝瑯蛄簶稙殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還有橋梁的自然消耗，橋梁本身需要進(jìn)行拓寬處理，而相應(yīng)的橋梁的穩(wěn)固性要求增加。

3.3橋梁樁的本身修補(bǔ)加固法

顧名思義，這個方法主要是針對已經(jīng)出現(xiàn)受損狀況的樁基進(jìn)行修補(bǔ)處理，從而增加橋梁樁的本身的強(qiáng)度，硬度和持久性。從工程實(shí)例上面來說，有一駕橋梁在建設(shè)初期河流比較充沛，受侵蝕情況相對比較嚴(yán)重。而最近幾年河流河床下降，樁基狀況比較明顯，尤其是橋梁樁的本身混凝土的表面受到較為嚴(yán)重的侵蝕，甚至鋼筋也因?yàn)闃蛄恨D(zhuǎn)的而發(fā)生銹蝕，橋梁樁的承載力受到非常嚴(yán)重的損害，整個橋身的安全性也得不到有效地保證。經(jīng)過多重的分析和方案選擇，還有實(shí)地的調(diào)研考察，最終決定采用橋梁樁修補(bǔ)加固法對整個橋身進(jìn)行修補(bǔ)加固。首先要調(diào)查和考評所有橋梁樁的受損情況和修補(bǔ)范圍，然后再通過鋼筋水凝土的修補(bǔ)和澆筑封裝橋梁樁和樁基。這個辦法不僅可以修補(bǔ)損害嚴(yán)重的橋梁樁，而且對橋梁樁的本身強(qiáng)度的增加有著較為明顯的作用。這個方法對于承載能力要求不高的橋梁有著較為明顯的作用，在大范圍的同類工程問題中值得借鑒和推廣，有助于為我國橋梁工程建設(shè)節(jié)約資源。

3.4擴(kuò)大橋梁基加固法

這個方法是從整體的結(jié)構(gòu)方面來進(jìn)行加固的，橋梁樁的加固和橋梁基緊密聯(lián)系在一起。這樣一來整體上的穩(wěn)固性能夠更加全面的增加橋體的穩(wěn)固和安全。舉例來說，某個交通橋梁在進(jìn)行年度檢測的時候發(fā)現(xiàn)橋梁樁樁體破壞比較嚴(yán)重，有比較嚴(yán)重的被侵蝕的損害現(xiàn)象，并且鋼筋也因此暴露出來，混凝土的上還出現(xiàn)了空洞現(xiàn)象，這樣一來明顯降低了橋梁樁的整體承載能力，并且整個橋梁的樁基承受力也隨著降低，因此進(jìn)行加固處理是十分必要的。

4結(jié)束語