橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)下典型橋梁實(shí)證研究范文

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摘要：

這些年來(lái)，隨著中國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，橋梁作為交通的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模在持續(xù)的加大，速度在持續(xù)的提高。受地理環(huán)境的影響，我國(guó)橋梁建筑經(jīng)常會(huì)受到各種極端災(zāi)害的影響，不僅會(huì)影響到橋梁的正常使用和人民群眾的日常出行，還會(huì)給人民群眾的生命安全帶來(lái)威脅。目前，在橋梁設(shè)計(jì)中主要針對(duì)的災(zāi)害就是地震和卡車荷載。本文將針對(duì)一個(gè)典型橋梁實(shí)力進(jìn)行分析，明確橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的重要作用。

關(guān)鍵詞：

橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)；地震；卡車荷載；實(shí)證分析

近幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善，多災(zāi)害設(shè)計(jì)理念在一些比較復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，像是海洋平臺(tái)。但是，畢竟我國(guó)的多災(zāi)害設(shè)計(jì)水平還不是非常完備，所以在橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)中還有很多的不足之處。多災(zāi)害主要分為人為災(zāi)害和自然災(zāi)害，像是地震、洪水、卡車荷載等。不管是哪一種類型的災(zāi)害，都會(huì)給橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響，不利于橋梁建筑的穩(wěn)定發(fā)展。

1多災(zāi)害理論在橋梁設(shè)計(jì)中的發(fā)展情況

1.1多災(zāi)害理論在橋梁設(shè)計(jì)中的提出

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響越來(lái)越嚴(yán)重，全世界都在面臨著嚴(yán)重的資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，極端天氣發(fā)生的頻率和強(qiáng)度都在不斷提升，甚至有些地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了新的極端災(zāi)害，對(duì)城市建設(shè)與發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。橋梁建筑是城市發(fā)展中的重要組成部分，由于長(zhǎng)期暴露在各種各樣的極端災(zāi)害下，其安全隱患也逐漸增加。早期的橋梁設(shè)計(jì)中還并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到極端災(zāi)害的嚴(yán)重性，在橋梁設(shè)計(jì)中也沒(méi)有融入多災(zāi)害理論。隨著新災(zāi)害的逐漸產(chǎn)生，多災(zāi)害理論在橋梁設(shè)計(jì)中的作用越來(lái)越重要。

1.2多災(zāi)害理論在橋梁設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)多災(zāi)害理論在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要存在兩個(gè)方面的問(wèn)題，一方面是技術(shù)層面的問(wèn)題，另一方面是非技術(shù)層面的問(wèn)題。從技術(shù)層面的角度來(lái)看，很多極端災(zāi)害的發(fā)生和造成的影響都是隨機(jī)的，研究人員應(yīng)該具備能夠?qū)⑦@種隨機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)化成隨機(jī)變量的函數(shù)的能力。而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果面對(duì)極端作用組合的情況，不應(yīng)該將大部分的注意力都放在一個(gè)極端作用上面而忽視了其他方面所帶來(lái)的影響，應(yīng)該建立一個(gè)比較合理的荷載組合。從非技術(shù)層面的角度來(lái)看，近幾年來(lái)，很多專家學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)單個(gè)極端作用下橋梁的特性進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐與成功經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，已經(jīng)形成了比較完整的理論依據(jù)。而現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員需要考慮的就是如何將這種比較完整的多災(zāi)害設(shè)計(jì)理念融入到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，確保多災(zāi)害設(shè)計(jì)理念的效果能夠最大限度的發(fā)揮出來(lái)[1]。

2基于橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的典型橋梁荷載系數(shù)

2.1LRFD模型

從概率的角度對(duì)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行分析，主要可以分成半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，其中LRFD理念就屬于概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法當(dāng)中。在使用半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的時(shí)候，沒(méi)有考慮到荷載效應(yīng)、抗力分布、橋梁結(jié)構(gòu)的失效概率，所以對(duì)于結(jié)果的分析也不是非常可靠。而使用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)就更加的合理與可靠，根據(jù)荷載效應(yīng)的分布和抗力的分布確定橋梁結(jié)構(gòu)失效的概率，從而得到更加可靠的指標(biāo)，通過(guò)荷載系數(shù)、抗力系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的形式表達(dá)出來(lái)[2]。LRFD模型的構(gòu)建公式為：ФRn≥ΣηiγiQi

2.2多災(zāi)系數(shù)模型

多災(zāi)系數(shù)模型的構(gòu)建與荷載系數(shù)、抗力系數(shù)、可靠性指標(biāo)有著直接的關(guān)系，將三者通過(guò)各種關(guān)系構(gòu)建成函數(shù)的形態(tài)，便于進(jìn)行實(shí)證分析。在多災(zāi)系數(shù)模型中，荷載系數(shù)越高，荷載系數(shù)與抗力之間的關(guān)系就越復(fù)雜，朝著多維對(duì)應(yīng)關(guān)系的趨勢(shì)發(fā)展。為了更加準(zhǔn)確的對(duì)荷載系數(shù)進(jìn)行分析，我們會(huì)將抗力的變異性能看成已知的量，認(rèn)為抗性服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，將變異系數(shù)確定在一定的范圍之內(nèi)，根據(jù)LRFD規(guī)范確定抗力系數(shù)的值[3]。

3基于橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的典型橋梁實(shí)證分析

橋梁結(jié)構(gòu)的抗力會(huì)受到多種因素的影響，像是橋墩柱截面尺寸、材料屬性等因素都有可能成為橋梁結(jié)構(gòu)的安全隱患。在橋梁進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果驗(yàn)證過(guò)程中各個(gè)因素均發(fā)生了變化，就無(wú)法明確是否是因?yàn)樾碌暮奢d系數(shù)對(duì)抗力進(jìn)行優(yōu)化，影響了多災(zāi)害設(shè)計(jì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，在驗(yàn)算過(guò)程中，應(yīng)該選擇部分因素進(jìn)行固定，選擇一個(gè)因素進(jìn)行變化，這樣就能更好的確定是什么因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗力造成了影響。本文選擇的案例中是對(duì)“橋梁截面尺寸和材料屬性等因素進(jìn)行固定”，而“截面的配筋”會(huì)發(fā)生變化。截面的配筋本身對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響就不是非常明顯，即使發(fā)生了變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗力的影響也非常小，這樣我們所獲得的數(shù)據(jù)也會(huì)比較真實(shí)、合理。橋梁上部結(jié)構(gòu)端部與承臺(tái)之間采用約束的形式進(jìn)行模擬，之所以選擇這種模擬形式是充分考慮到了承臺(tái)的動(dòng)力特性。在橋梁模擬過(guò)程中，主要對(duì)橋梁橫向平動(dòng)和豎向平動(dòng)進(jìn)行約束，其他方面并沒(méi)有進(jìn)行約束。橋梁墩柱子在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，使用T行鋼梁作為橋梁墩柱子的上部結(jié)構(gòu)梁，橋面結(jié)構(gòu)與橋梁墩柱子的整體結(jié)構(gòu)相同，都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[4]。

4結(jié)語(yǔ)

綜上分析可知，近幾年來(lái)，多災(zāi)害設(shè)計(jì)理念在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，其中也包括橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域。目前，我國(guó)基于多災(zāi)害設(shè)計(jì)理念的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還處于初級(jí)階段，還有很多值得完善的地方。本文選擇基于橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的典型橋梁進(jìn)行實(shí)證分析，通過(guò)有限元軟件構(gòu)建模型，進(jìn)行計(jì)算，對(duì)橋梁的荷載系數(shù)適宜性進(jìn)行驗(yàn)證，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫得璋,王旭,孫柏濤,陳斌,樊友川.基于橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)的典型橋梁實(shí)證分析[J].世界地震工程,2014,04:141-146.

[2]孫得璋.地震和重卡車荷載作用下橋梁多災(zāi)害設(shè)計(jì)理論研究[D].中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所,2012.

[3]王正方.橋隧工程安全監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2014.

[4]鄒勤.近海隔震橋梁基于性態(tài)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)易損性分析及應(yīng)用[D].廣州大學(xué),2014.

作者:楊文娟 單位:江西同濟(jì)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司