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我国进入21世纪以来,为了满足经济高速发展要求,交通设施建设也越来越重要,同时也是为了缓解交通压力和实现良好的交通环境,许许多多的桥梁出现在人类面前,并带来了大量施工技术与方法,而其中的施工监理已经成为当前交通设施基础工程施工中的热点和难点。本文对大跨度桥梁的施工监理工作进行了探讨。
一、我国大跨度桥梁工程监理工作分析
工程建设监理是通过监理人员自身的经验与工程建设的相关知识所提供的监理服务,旨在最大程度上使得路桥项目在计划投资和进度以及质量目标之内竣工并投入使用。工程建设监理并不直接地进行生产活动,而是在最大程度上去实现或者追求工程目标。
大跨度桥梁施工监理指的是大跨度桥梁施工建设单位授权于监理单位,并签订监理合同,在合同约定的范围之内,根据相关的技术规范、建设合同以及法律、法规对建设项目的设计进行监督。监理人员在项目施工的过程中是代表业主的利益对施工的单位进行监理。近些年,由于我国大跨度桥梁工程的规范化管理,监理人员要胜任监理工作,需要不断地加强自身的基本素质,主要有:其一,对施工设计文件、施工技术要求以及施工图纸要清楚地了解并掌握,还要熟悉项目数量与相关的文字说明;其二,对合同执行过程中,要掌握承包人同监理间有关项目实施的函件、会议记录以及监理工程师签订的报表以及批准的技术方案和施工方案等等;其三,了解并掌握我国相关工程建设法律。法规以及有关部门所制定的技术标准和规范等;其四,对承包商与建设中一位之间所签订的合同内容,尤其是与费用、工期以及质量相关的规定和条款要熟悉与掌握,并且对监理单位与建设单位所签订的监理委托合同书的内容,例如有关监理单位的监理职责权利的规定进行仔细的了解;其五,熟悉我国和行业颁布的技术规程标准,了解政府部门批准的建设规划和计划。
二、我国大跨度桥梁施工监理要点分析
2.1严格做好进场原材料的把关工作
大跨度桥梁工程材料的质量对于项目质量事故以及经济损失的避免具有重要的作用。一旦由于工程材料质量低劣而出现的质量事故通常难以修复,所以,要做好进场材料的检验以及复测工作,对于检测出含有不合格或者不达标的原材料,应严禁进场和使用。此外,在材料进场的过程中,监理单位要仔细核对并清点所用材料的数量、型号以及规格,切实做好工程材料进场的控制工作。
2.2做好安全保障监理工作
一方面,安全保障监理需要监理工程师加强大跨度桥梁工程质量监理,进而凭借高质量的项目产品保证项目运行安全,同时,监理工程师还要对项目安全设施以及警示标志进行全面地检查,以便及时地提醒大跨度桥梁施工人员注意施工安全,进而确保大跨度桥梁的安全施工;另一方面,应组建一支具有高素质业务的大跨度桥梁施工监理工程师队伍。需要路桥监理工程人员不断地进行学习,加强自身专业知识的学习,从而积累丰富的大跨度桥梁施工经验。此外,有关单位还应加强监理人员的培训工作,提高其法律、法规以及技术规范意识,从而有效地实现大跨度桥梁工程监理的综合效果。[1]
2.3大跨度桥梁施工人员的资质审查
在施工单位开工之前,大跨度桥梁监理工程师要对承包商的技术人员以及施工队伍的业务素质进行全面的审查,特别是特种作业操作证书,确定其是否同施工的相关要求相符合。
2.4大跨度桥梁施工测量的监理
作为施工的基础性工作,大跨度桥梁施工测量是施工的直接依据。而控制大跨度桥梁质量的重点工作就是对施工工艺、测量精度进行严格的控制。为此,监理人员要规范大跨度桥梁施工测量程序,根据大跨度桥梁的勘测规程,进行常规测量复核。针对于特大大跨度桥梁的桥位校测,监理人员应进行全程监测。如果监理人员在监理过程中发现施工测量不符合相关要求应进行及实地处理,待充分确认达规之后,监理工程师才能够执笔签字。在大跨度桥梁施工测量的监理中,主要涉及到以下几方面的工作内容:基点埋石牢靠与否、布网通视与否,确保无干扰、大跨度桥梁测量资料的核对与复测以及编号清晰与否等等。[2]
2.5 大跨度桥梁施工阶段的质量监理
2.5.1基础工程施工监理。作为大跨度桥梁最下部结构,基础的作用是承载大跨度桥梁上部的全部荷载,同时,将其与下部结构的荷载一并传至地基。大跨度桥梁基础是相对隐蔽性的工作,所以应选用具有丰富经验的监理工程师到达施工现场,对施工的程序进行现场拍照并做好资料保存工作。另外,在大跨度桥梁基础项目施工的过程中,还应做好:在不同地质条件下的地基加固、基层基底的处理以及地基处理等工作,从而确保大跨度桥梁最下部结构―基础的质量。
2.5.2大跨度桥梁的上部结构。对于大跨度桥梁上部结构而言,其施工程序以及施工技术具有相对的复杂性,需要施工工艺达到精确性,因而,在很大程度上加大了监理工作的难度。为此,在大跨度桥梁施工中,监理人员要严格要求施工承包商根据设计图纸进行,同时还要做好如下施工工序:诸如预应力的张拉、施工混凝上塌落度控制、振捣、砼成品养护、所需钢筋骨架的焊接等等。除此之外,还要做好旁站监理制度,从而保证大跨度桥梁结构有较好的承载能力。
2.5.3桥台与桥墩的施工监理。在桥台与桥墩的施工过程中,监理工程师一方面要对外观是否平滑与美观引起足够的重视,避免由于混凝上的振捣不均匀亦或是其他方面的施工不合理而造成的外观质量的缺陷;另一方面,要注重注意大跨度桥梁结构物的每一个部位的外形及其尺寸是否同施工设计图纸相符合,具有一致性。其次一定要注意支座的安装方向,梁体必须与支座密贴。
2.5.4桥面系监理。鉴于桥面敞露在外界,因而天气状况对其有很大的影响。如果在大跨度桥梁施工中,对桥面不引起足够的重视,则会导致桥面损坏后的维修以及修补的问题。因此,监理人员应对桥面进行及时地监理。针对于桥面部分的监理,主要抓住以下几个构造方面:灯柱、缘石、伸缩缝、栏杆、桥面铺装、人行道以及防水、排水设备等等。具体到桥面工程的监理,监理人员要对影响桥面标高的种种因素进行严格的控制,诸如,悬臂部分施工过程中的梁体变形、现浇箱梁的支架沉降以及预应力的预拱度值等等,这些因素不能较好的得到控制,就会在很大程度上加大大跨度桥梁顶面标高的变化。因此,在进行桥面施工的过程中,监理工程师要根据相关的监理制度进行严格的监理,对开工申请报告、钢筋的绑扎、混凝上的振捣、模板的架立、进场材料的审查、预应力的张拉等一系列施工工艺程序进行严格的把关,从而预防出现意外安全事故。[3]
三、结束语
总之,大跨度桥梁工程质量的好与坏关系着人们的生命财产,是百年大计。公路工程的大跨度桥梁施工监理工作显得尤为重要,作为监理人员,应着重做好以下几方面的工作:其一,大跨度桥梁施工人员的资质审查工作;其二,大跨度桥梁施工测量的监理;其三,安全保障监理;其四,进场材料的把关;其五,大跨度桥梁施工阶段的质量监理。同时,遵循相关技术规范以及法律、法规,切实履行监理人员职责,从而保证大跨度桥梁施工质量,提高投资效益。
参考文献:
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1.教学内容滞后于桥梁发展现状。目前,各专业在总的课程学时保持不变的情况下,通过大幅度精简课程学时,来增加课程的数量。由于授课学时有限,桥梁工程课程的授课内容仍然重点讲授简支梁桥和拱桥的构造与计算,对于其它桥型只作简要介绍。根据对学生的调查访问,我们发现很多学生对桥梁建设技术水平的认识还停留在十几年前,对最新的科研方向和技术水平知之甚少。
2.对桥梁施工与养护技术不够重视。近年来,随着我国交通事业的快速发展,需要修建更多的大跨度桥梁以跨越江河海峡等。桥梁跨度越大,其施工难度也越大。另外,我国既有桥梁坍塌事故频频发生,桥梁病害问题令人堪忧,种种现象表明,建国后第一个桥梁养护高峰已经来临,而养护管理是解决养护工作的灵魂。然而,在教学中我们对这两方面的重视还远远不够。
3.师生互动交流不足。在国家大力发展教育的背景下,各大学纷纷扩招,专业人数大幅增加。很多学校往往把同一专业的学生们集中在一个大教室中,集体授课。由于在上课时,老师要面对更多的学生授课,从而无法顾及到每个学生具体的学习状况,师生之间就专业问题也会缺乏充分的交流。
4.实习内容繁杂,缺乏针对性。为了让学生能够把所学理论与实践相结合,教学中学生往往会被安排很多的实习内容。然而,由于教学实践环节总学时保持不变,从而使每个实践活动安排的时间减少,这就使得学生对所参加的实践项目缺乏充分的准备,往往草草了事。
针对创新型卓越桥梁工程师培养而进行的课程改革
1.调整桥梁工程课群方向的专业课设置。进一步提高本科教学质量和办学水平,针对当前社会需求以及桥梁工程学科发展的需求进行透彻分析,在原有的基础上对本科生培养计划做适当调整,对本科生教学的课程进行完善,同济大学桥梁工程系在2009年2月20日、26日和3月3日分别召开讨论会和教授沙龙专题讨论土木工程专业(桥梁课群方向)专业课设置调整。经过再三讨论决定,在学生的培养计划任选课部分增加“桥梁施工与养护”、“桥梁工程发展与展望”和“轨道交通桥梁”三项内容,相应取消了“桥梁抗震与抗风”“、桥梁电算”和“箱梁分析”三项可选内容;在实践环节将“简支梁桥课程设计”、“连续梁桥课程设计”、“拱桥课程设计”和“墩台与基础大作业”四项内容穿插在“大跨度混凝土桥梁课程设计”和“钢与组合结构桥梁课程设计”中。
2.所有课程开设小班教学。在专业课总学分和总学时不变的情况下,为了提高专业课教学效果,鉴于目前土木工程专业(桥梁课群方向)学生人数已达80人左右,满足开设两个平行班的基本条件,因此,拟将所有专业课限选课由原来的一个班,修订为平行开设两个班。
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大桥主要是指规模大(长桥)、跨度大两种情况,因此大桥不一定是大跨度桥。
二、大跨度桥梁的发展趋势
在建桥材料上,逐渐走向多样化、复合化、轻型化。结构形式上新结构新形势不断应用。结构理论上细化、系统完善和成熟,施工方法上无支架和大型化。应用领域上开始从陆地走向海洋。建设管理上开始走向专业化和精细化。
三、大跨度桥梁精细化管理应用情况及问题分析
(1)大跨度桥梁应用情况
从项目施工角度来说,大跨度桥梁精细化管理主要应用在以下几个方面,投标管理、前期策划、组织管理、产品清单和责任矩阵、后台管理、合同管理、成本管理、物资管理、设备管理、分包管理、进度管理、技术管理、安全管理、质量管理、环境职业健康卫生管理、财务管理、薪酬与绩效管理、审计与监察、综合事务管理、收尾管理、作业层建设、项目文化建设、后评价、监督与检查等方面。
四 其次研究精细化管理的内涵
(1)精细化管理的定义:
就是将管理责任具体化和明确化,落实到各管理者。其运行逻辑是设定目标和关键业务流程,明确岗位职责及其相互关系,规定工作方法与训练,最终形成工作机制。
(2)精细化管理的特征:
①细化。②量化。③流程化。④标准化。⑤协同化⑥严格化。
(3)精细化管理的目标
精细化管理的目标是实现效益的最大细化管理的目标是实现效益的最大化和管理的最优化。实质上就是要改善项目的时间(T)、质量(Q)、成本(C)、服务(S)等各个方面[18]。
(4)精细化管理模型体系
精细化管理下的大跨度桥梁项目管理体系可分为流程管理体系,制度管理体系,组织管理体系,信息管理体系和绩效管理体系。
五、精细化管理在我国大跨度桥梁项目中的应用情况
通过调查研究发现,精细化管理在我国大跨度桥梁项目中的应用还不广泛,有些已经应用到企业施工生产的也存在很多问题。其中较为典型的问题:首先是精细化管理与传统管理理念的冲突,其次是过度重视制度化而忽视人的作用。接着是过于强调财务管理,没有建立恰当的激励机制和大跨度桥梁项目不确定性和风险性较大,很难实现标准化等问题。
六 基于关键过程域与项目管理知识体系以及大跨度桥梁项目管理现状的项目管理成熟度模型构建
(1)关键过程域分为组织过程和管理过程。组织过程分为,组织结构,组织文化,技术储备,人力资源管理四个方面。管理过程分为前期准备阶段,项目启动阶段,项目计划阶段,项目实施阶段,项目竣工与收尾阶段五个阶段。
(2)项目管理知识体系分为项目管理知识体系PMBOK、项目管理知识体系-建设工程扩展体系(PMBOK Guide Extension-Construction)。其中项目管理知识体系包含9个知识领域,即范围管理、时间管理、成本管理、质量管理、人力资源管理、沟通管理、沟通管理、采购管理、风险管理和集成管理。结合项目管理知识体系-建设工程扩展体系,最后确定为以下12个项目知识管理体系:质量控制、进度控制、成本控制、安全控制、现场管理、合同管理、组织协调、信息管理、风险管理、项目管理人员、项目团队文化、范围管理
(3)根据我国大跨度桥梁项目管理现状,又可以增添分包商管理、工程文档管理、财务管理及索赔管理4个知识体系。
(4)大跨度桥梁项目管理成熟度模型构建
结合我国自身的建设流程、文化背景、工程项目自身特点对国外的PM3模型进行改进,建立适用于我国的工程项目管理成熟度模型。
①第一维度―成熟度等级
当前,许多PM3都使用了确定的改进过程等级,用以构造和表述模型内容。大型工程管理成熟度模型在综合CMM、OPM3等几种模型成熟度等级基础上,将成熟度划分为四个逐步上升的梯级,依次是初始级、提高级、成熟级、持续改进级。
②第二维度―大跨度桥梁项目生命期及阶段
本文主要从施工单位的角度对项目管理进行相关分析,因此大跨度桥梁项目生命周期可分为投标准备阶段、投标阶段、实施阶段、运营与维护阶段
③第三维度―项目管理能力评价指标域
根据国际 PM 和美国 PM 协会制定的项目管理知识体系,对其管理要素进行分类、精简调整,并结合我国大跨度桥梁项目管理实践需要,将评价指标域设计为投标阶段、 施工管理(包含进度、成本、费用、管理等)、收尾管理五个方面。调整原因主要基于以下三点,一是与大跨度桥梁项目生命期阶段性大致保持一致,二是可实现项目管理的规范化要求,三是能够更加科学合理地对各项管理指标进行评价。
(4)精细化管理下的大跨度桥梁项目管理成熟度评价指标体系构建
根据大跨度桥梁项目成熟度管理模型第三维度―项目管理能力评价指标域,建立精细化管理下的大跨度桥梁项目管理成熟度评价指标体系。精细化管理综合评价为一级指标,项目管理能力评价指标域为二级指标,然后根据各各评价指标域的范围,来确定三级指标。指标体系建立起来后,对其进行评价指标的相关性,鉴别力分析,筛选出关键指标。
参考文献:
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由于悬索桥的加劲梁在恒载作用下除了与吊索节间长度有关的局部挠曲应力之外,一般是处于无应力状态,因此加劲梁的梁高一般与主孔跨度基本上没有什么关系。在进行总体布置时需要考虑的是采用桁架式加劲梁还是采用箱型加劲梁。桁架式加劲梁的桁高大比箱型加劲梁的梁高大要大好几倍,它对布置双层桥面的适应性较佳。箱型加劲梁从首次出现在英国的塞文(Severn)桥以后,它的优点已广泛被世界各国接受。因此,20世纪80年代以后悬索桥中除了日本的明石海峡大桥和因岛大桥之外,单层桥面的悬索桥基本上全部采用箱型加劲梁。桁架式加劲梁的梁高大一般为8m~14m。箱型加劲梁的梁高,一般为2.5m~4.5m。与宽跨比相同,高跨比越大表示梁体越高。因此,代表梁体竖向挠曲刚度的梁体截面竖向惯性矩也越大。
2施工材料的分析
桥梁工程中典型材料非线性问题主要有混凝土的收缩、徐变和材料弹塑性等问题。几何非线性问题目前主要研究三类问题:一类是大位移小应变问题,如高层建筑、大跨度柔性桥梁等结构分析大多属于此类,其特点是材料应变较小,本构关系可按线性关系考虑,但结构变形较大,可引起外荷载大小、方向的变化,在建立结构平衡方程时,必须考虑位移造成的影响;另一类是大位移大应变问题,如金属的压力加工问题,结构变形较大,应变也较大,用位移的一阶导数作为应变值已不太适合;第三类问题是大转动问题,所谓转动“很大”,不一定是量值很大,而是指在建立平衡方程时,必须计及这种转动。研究第一类问题的理论称为有限位移理论,研究第二类问题的理论称为有限应变理论。
桥梁工程中的几何非线性问题主要采用有限位移理论,如柔性桥梁结构的恒载状态确定问题、柔性结构的恒活载的内力计算问题、桥梁结构的稳定分析问题等均采用有限位移理论。接触问题在桥梁工程中主要表现有:支架上预应力梁张拉后的部分落架现象:悬索桥主缆与鞍座接触状态的改变等。非线性弹塑性问题,例如钢筋、钢材等,材料超过屈服极限后呈现出非线性性质,结构的弹塑性分析主要研究此类问题。在加载过程中,非线性弹性分析和非线性弹塑性分析从本质上说是一致的,即只要写出非线性的应力一应变关系,就可采用相同的计算方法进行,但在卸载阶段,非线性弹性问题是可逆过程,卸载后结构会恢复到加载前的位置,而非线性弹塑性问题是不可逆过程,卸载后结构出现残余变形。
3桥面铺设的施工控制技术
随着我国大跨径钢桥的大量修建,正交异性板钢桥面的铺装技术取得了很大的发展。现已形成了几套完整的钢桥面铺装方案,其中比较典型的铺装方案包括:(1)浇注式沥青混凝土铺装;(2)沥青玛蹄脂混合料铺装;(3)双层改性沥青SMA铺装;(4)环氧沥青混凝土铺装。其中双层改性沥青SMA铺装方案在2001年底已通过了交通部技术验收,有关钢桥面铺装的技术规范正在制定中。
对以上几种铺装方案进行了比较,分析其适用条件,根据其在几座桥的实际使用情况,分析了各种铺装方案的优势与不足之处。(1)大跨度钢桥本身的变形、位移、振动等直接影响铺装层的工作状态。因此要求桥面铺装层必须与桥面板紧密结合成整体,具有与钢板变形的随从性,且具有抗疲劳开裂性。(2)钢桥的季节性温度变化严重影响铺装层的变形,沥青铺装层容易受大气温度的影响。因此要求铺装层具有很好的高温稳定性和低温抗裂性。(3)在荷载作用下,钢箱梁有可能产生负弯矩,使铺装层表面承受拉伸荷载。因此要求铺装层能够承受一定的拉应变。(4)钢材容易生锈,要求桥面铺装层能够有效防水。
4结语
悬索桥是指以主缆索受拉为主要承重构件的桥梁结构。其结构构造包括基础、塔墩、锚碇、主缆索、吊索、加劲梁及桥面结构等。在桥梁设计时,当需要桥梁跨度在600m及以上时,总是首选悬索桥这一经典桥型。施工单位是桥梁施工的直接实施者,是施工控制的具体实施者与受益者,严格按设计要求与控制要求进行施工,负责反馈施工控制的实施情况与效果,提出调整建议等;社会监理对施工控制内容、方案与目标发表意见,负责监督施工单位对施工控制的具体实施,对其结果进行检查、验收,对控制提出改进意见,充当控制与施工单位之间的直接联系者;政府监督对控制内容、方案、目标发表意见,并予以监督;施工控制单位(小组)则是整个施工控制的组织者和实施者,负责施工控制内容、方案、目标的制定与实施。由此可见,施工控制是多方协作、共同努力的结果。
参考文献
[1] 李江乐.悬索桥的施工控制综述[J].山西建筑,2008(1).
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一、教学内容改革
1.注重学生情商的培养。
对学生进行思想道德教育便应成为课堂教学的首要内容。光凭讲空洞的道理很难影响感染学生,身教重于言传,更有效的方式则是通过教师优秀的人格魅力、丰富的社会阅历、渊博的专业知识去感染学生,引导学生建立正确的人生观、价值观,从而从根本上提高学生学习的主观能动性。在培养学生情商的内容上,教师应注重以下几方面的内容。
(1)培养学生建立正确的人生观、价值观。
目前大学生中普遍缺失吃苦耐劳、脚踏实地、积极进取、热爱专业、服务于社会的美德,取而代之的则是懒散、迷茫。我曾连续三年调查过在校大学生择业取向观点,80%多的学生偏向于挣钱多、舒适优雅的工作环境,而只有极少数学生具有立志于服务社会、实现自我价值的理想。据跟踪调查,凡是有正确人生观、价值观的学生,均具有良好的思想品德、社会公德,积极进取的人生态度,远大的理想,较强的自主学习能力、应用能力,较高的综合素质。
(2)引导学生规划好自己的专业学习生活。
大学应是人生中最重要的一个阶段,它为学生今后的职业生涯打下了坚实的专业基础。大学生活又不同于高中生活,学生要综合系统地培养、建立起自己的知识结构、能力结构,这对学生具有一定的难度,在这方面,我们的专业课老师一定要引导、帮助学生规划好他们的专业学习生活。教书育人,言传身教,要想培养出优秀的人才,我们专业课教师首先应爱岗敬业,具有扎实渊博的专业知识、优秀的人格魅力。
2.优化教学内容,建立系统专业知识结构。
桥梁工程是一门难度大,应用性系统性很强,学起来又枯燥无味的一门重要专业课。面对现代大跨度桥梁建设,我们必须要科学合理安排课堂教学内容,使学生能在有限的课堂教学内建立科学的思维模式,培养良好的桥梁工程专业素质和能力。为了建立学生的桥梁专业知识结构及工程应用能力结构,在桥梁工程授课过程中我们应侧重于以下几点内容的介绍。
(1)精讲桥梁结构体系,注重桥梁结构力学模型建立。
桥梁的结构体系组成是桥梁专业知识结构的基础,我们应重点介绍、分析几种常用的桥梁结构体系的结构组成、构造特点、受力特点、应用范围。在掌握结构组成的基础上,如何建立实际桥梁结构的力学计算模型,则是进行桥梁结构设计计算、培养学生工程应用能力及科学思维模式的关键点。
(2)注重基本原理的介绍,加强与基础课程的衔接。
原理是本质,是科学的思维方法,原理的推导过程给我们提供了解决问题的思路、方法;原理中的假设条件、适用条件为我们提供了研究方向,是我们专业发展、创新的基础。计算方法怎么提出来的,公式怎么推出来的,经历了公式的前生来世,犹如我们同先人一起进行了一次科学研究,让学生对科学研究不再恐惧、陌生。桥梁工程中所设计的结构计算原理、计算方法等内容,好多都与力学知识相关,大多数学生对此虽不陌生,但也却不甚了解,上课时仍不知所措。引导学生自觉运用前期知识,在避免课程内容重复,提高课堂效率的同时,可以增强学生解决问题的意识和能力。然而如果不加强引导,学生并不能自发地去应用这部分的前期知识,完成技术基础课到专业课的衔接。
(3)适应时展,调整教学内容侧重点。
以往教学中由于课时限制,仅重点介绍简支梁桥、简单体系上承式拱桥的设计计算。随着城市轨道交通、高速铁路、高速公路的迅速发展及跨江跨海大桥的建设,一些大跨度桥型得到了大量应用,故在教学内容分上应加入连续梁桥、连续刚构及斜拉桥的结构特点、受力特点、结构分析的建模方法等。
(4)注重教学内容信息化建设。
适应桥梁发展需要,立足现状,面向未来,在教学中及时将最新的设计资料、计算理论、分析方法、工程案例带到课堂教学中,同时教材内容也应更新。本校根据桥梁相关的最新规范的颁布,及时更换优秀教材,目前选用的教材为由中国工程院院士范立础主编的《桥梁工程》(第二版)。
二、教学方法改革
1.重视桥梁结构图的阅读、设计。
在结构图中介绍结构的组成设计,通过结构图进行力学模型建立及受力分析计算,通过绘制把结构设计内容展现在图纸中。桥梁工程教学的最终目的是要求学生能运用所学的知识进行结构设计计算,并将设计成果以图纸形式表现出来。不管结构模型的建立还是设计图纸的绘制,都围绕着结构图。所以教师在讲结构构造、构造原理、计算原理时,如果都配以结构图加以分析、介绍,能收到事半功倍的效果。例如,在讲桥梁总体规划设计这一章时,如果仅介绍理论知识,枯燥无味,不会给学生留下深刻印象,学生在进行设计时也无从下手。而教师如果配以桥梁平面图,让学生自己选择桥位、线形,学生自然会考虑到很多因素。在进行桥梁纵断面设计时,教师可先给出河床横断面图,让学生根据河床宽度、通航、水文地质等情况选择桥型、布置桥墩,并让学生在图纸上简略绘制出桥型及墩台位置。在这个过程中学生会集思广义,考虑各种设计因素,设计出不同的结构图,既学到了理论知识,又锻炼了工程应用能力、创新能力。
2.倡导启发、讨论式教学方法。
把问题抛给学生,把精彩留给学生。每堂课上教师应在授课重点、难点内容上给学生留思考题,而每当有思考题时,学生都会认真看书,积极思考。上课之初,通过思考题让学生复习上节内容,引出本节内容,通过讲解思考题起到承上启下的作用。在讲到重点、难点时,我们也要抛出问题,锻炼学生的思考能力、想象能力,活跃课堂学习气氛。当学生得不到正确解答时,他们自然而然便会认真聆听教师的讲解。问题要提得恰到好处,并要给学生留出思考、讨论的时间。例如,在讲解桥梁上的作用这一章时,上课之初教师可要求学生合上课本,讨论桥梁都受到哪些力的作用。即使没学过桥梁工程,学生也能通过日常的生活经验回答出主要的一些作用。然后针对学生的讨论,教师再详细介绍作用的概念、作用的分类以及作用的取值规定。在介绍桥梁墩台的作用时,我们可以让学生根据桥台和桥墩功能的不同,分析他们的作用有哪些不同。启发式教学方法既提高了课堂效率,又锻炼了学生的思考能力、分析能力。
3.加强工程资料、工程例案在教学中的应用。
为了增加学生的感性认识,在教学过程中需要引入大量的工程内容,包括工程图片、工程图纸、工程案例和工程录像等内容,突出课程的工程特性。在教学过程中,教师应根据具体的教学内容,结合一些工程案例或一些国内外著名的桥梁予以详细讲解,再适当穿插一些桥梁施工过程的照片或播放施工过程的视频资料。这样,一方面可以使学生加深对桥梁构造和施工方法的理解,激发学生的学习兴趣,培养学生的工程意识和工程思维方式,使课堂教学更生动活泼;另一方面,工程实例与理论教学的结合,弥补了缺少实践环节的不足,使教学内容得以拓展,大大提高了该课程的教学质量。
4.课后作业提高了应用能力、自学能力。
以往桥梁工程往往没有课后书面作业,学生下课后很少会自主复习、预习,达不到良好的学习效果。教师可根据需要布置一定量的课后作业,学生在完成作业的过程中,能够通过搜集资料、整理资料等过程锻炼学生的自学能力、思考能力、应用能力,能体现并实现学生的自身价值,提高学生的学习主动性;通过教师批阅,学生也能看到自身学业上的不足。作业也有类别之分,有些作业是针对课堂教学的扩展,了解相关专业知识的发展动态,培养学生搜集整理资料的能力;而有些作业则锻炼学生设计、绘图应用能力。例如在讲梁桥、拱桥的构造与设计时,枯燥的尺寸、文字让学生毫无兴趣听讲,但构造与设计却特别重要,如果不能够进行合理的结构设计,结构计算就会无从下手。这时教师可在介绍梁桥、拱桥构造设计时先预先布置结构设计作业,给学生流出足够长的时间来完成,这样学生就会带着问题听课,这时,枯燥无谓的文字、数字对他们而言就显得极为重要了,不想让他们听课都难。作业也要循序渐进,由易至难,由局部到系统,而且作业一定要及时修改,及时将作业中存在的问题反馈给学生。学生喜欢被老师重视,特别你能针对他的作业对他独自讲评时,会极大提高他的学习积极性;我们通过表扬学生作业的进步,提高他们的成就感。我们要倡导“我努力我就会成功”,但反向思维“我获得成功的快乐了,我会更努力!”这种观点针对某些学生效果也是很明显的。
三、考核方式的改革
改革以往单一的试卷考试的考核方式,将课堂表现、作业完成情况、读书报告、课程论文及科技活动情况等方面纳入平时成绩的考核中。课程的最后成绩由平时成绩(占30%)和理论考试成绩(占70%)组成。其中课堂表现占平时成绩的10%,作业完成情况占10%,读书报告、课程论文、科技活动等占10%。在强调学生考试成绩的同时,也注重对学生学习过程、学习态度、创新意识、解决问题等能力的考核,力争对学生做出全面、客观公正的评价。
四、结语
通过近五年的课堂实践,取得了良好的教学效果,活跃了课堂气氛,提高了学生的自学能力、工程应用能力,形成了“以学生为主体、教师为主导”的教学格局。教学实践表明,教师应该不断地提高自身的理论水平、综合素质,总结教学经验,努力在教学活动中紧紧围绕着强化素质教育这条主线,培养学生的创新思维,提高学生的实践能力和工程应用能力,这样才能不断地提高教学质量。
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一、前言
随着经济的不断发展,桥梁建设技术也不断提高,以预应力技术的发展,也在桥梁工程中高强度、高性能混凝土得到广泛应用, 从而使混凝土连续梁逐渐向大跨度、宽幅面、轻结构、大规模的方向发展,因此桥梁结构的发展对主梁施工时挂篮的技术指标提出了更高的要求。
二、桥梁悬臂挂篮构造
挂篮的组成部分分别是承重结构、悬吊系统、锚固装置、挂篮的走行系统可用轨道或滑板,牵引动力一般用电动卷扬机,它有前牵引装置及尾索保护装置。挂篮主要有以下几个方面构成。
1、主桁架。主要杆件通常是由2片槽钢组合焊接而成的,槽钢的截面要在焊接之前根据挂篮所需要的结构进行分析确定,各杆件间连接主要依靠的工具是高强螺栓或销接。
2、内外模板系统。内模分顶模和内侧模,是由型钢组合焊接而成的一个模架,它们在工作时是互相配合的,当内模工作的时候,内吊梁的支撑是由滑梁来完成的,脱模的时候只要松开内吊梁就可以使滑梁落在内吊梁上,从而自由的滑行前移。顶模板的成分是组合钢模板,内侧模板由部分木模组成,以适应梁高的变化。外模由侧模板和底模构成,侧模由外吊梁悬挂,为型钢和钢板组焊的整体钢模板;底模由底纵梁、底横梁及模板组成,通过底横梁的前后吊带悬挂在挂篮主桁的前吊点、已浇梁段和外吊梁上,随主桁一起前移。
3、悬吊系统。由螺旋千斤顶、小横梁、吊带及精轧螺纹钢组成。用于悬挂模板,调整模板的标高。
三、桥梁悬臂挂篮施工技术探讨
在进行公路桥梁工程施工过程中,挂篮的施工对整个工程的质量都有着十分密切的影响,同时,也由于挂篮施工相对比较容易操作,需要的各种配套器械较少,且制作较为简单,相对较为轻便,因而,随着公路桥梁施工规模的逐渐扩大,在公路工程施工过程中得到了越来越广泛的应用,加强对此种施工技术的探讨,具有十分重要的意义。
挂篮的安装施工技术分析
(一)桥梁工程的建设过程中,当挂篮组拼完成后,需要对完成组拼后的挂篮实施加载预压,目的是为了消除挂篮安装后出现塑性变形的情况,监测挂篮本身在实际的加载状态下的弹性变形情况,一般采用沙袋预压模拟堆砌的方法来进行这项工作,在进行模拟的时候要随时监测挂篮各个组成部分的实际情况,包括工作情况、弹性情况、连接情况,并依据监测的结果对挂篮所处的状态进行预测判断,一旦发现异常的情况,要马上停止模拟,找到问题,及时处理,做出改进。
(二)在桥梁工程建设挂篮安装的过程中,在进行到竖向预应力筋安装时,必须保证横向的预应力筋与纵向的预应力筋的偏差不超过3毫米,从而保证挂篮的轨道安装处在一个正确的安装位置。挂篮拼装、前移就位后,其中线应与桥梁中线重合,偏差不超过5毫米。
2.预应力砼连续箱梁悬浇施工工艺
(一)上挂篮前,必须浇筑并张拉0、1块,对支座采取临时固结措施。为减少梁段上的作业,可根据起吊运输能力,将挂篮杆件在加工场拼装成若干组件,再将挂篮组件吊至0、1块梁段上进行组装。在已浇筑的0、1块箱梁项面进行水平及中线测量,铺设轨道,组装挂篮,并将挂篮对称行走就位、锚固。在底篮的两侧,前后端及外模两侧面均设置固定平台,内外模及箱梁前端设置悬吊工作台。挂篮拼装完后,应验证挂篮的可靠性,消除其非弹性变形,测出挂篮在不同荷载下的实际变形量,以便在挠度控制中修正立模标高。第一次使用前,对挂篮进行试压,常用试压方式有水箱加载法、千斤顶高强钢筋加力法等。
(二)根据箱梁截面情况确定砼浇筑方法。一次浇筑时,应在顶板中部留一窗口,使砼由窗口进入箱内,分布到底模上。当箱梁较高时,应用减速漏斗向下传送砼。采用二次浇筑时,先安装底模、侧模具及底板、侧板的普通钢筋、预应力筋,浇筑第一次砼后,再安装内模、顶板普通钢筋及预应力筋。箱梁由根部至端部为二次抛物线,每浇筑一个梁段均须将底模提高一次,提高不多时,可采用支垫底模的方法。
(三)在进行施工过程中,一般而言,悬浇箱梁中使用的砼都具有较高的标号,因此,做好砼的配合比设计就有十分重要的作用。在悬浇时候需要实施对称浇筑,在此过程中,要注意重量偏差不能够超过设计的要求,并从前段开始,逐步朝着后面浇筑,最后和已经浇筑好的梁段进行连接,实施分次浇筑时候,在进行第二次浇筑之前,要将首次砼的接触面以及山下梁段的相关接触面凿毛,同时要清理干净。在进行底板和肋板的砼振捣时候,一般而言,可以采用附着式振捣器为主,以插入式振捣器为辅助。当砼成型之后,要严格遵守相关标准对其进行覆盖,并浇水进行养生。
(四)张拉和压浆。在进行张拉施工之前,要严格遵守相关的规范进行千斤顶的校正,同时也对油泵进行校正,在此同时,要对管道进行规范的清洗和穿束,并将要张拉的工作平台准备好。在遵守施工规范的基础上,砼达到相关的张拉强度之后,要进行分批,对称式进行张拉,当张拉工作完毕之后,可以进行管道的压浆施工。
四、挂篮常见的质量事故及其防治措施
1.纵向预应力管道堵塞
在分节段施工时,往往会出现缩孔、孔道堵塞等质量问题,当采用开凿混凝土的方法进行处理时,往往会影响到梁结构强度,还会进一步阻碍其他工序施工。针对这类问题,往往采取以下防治措施:
(一)需要选用高质量的PVC 衬管,这类管道具有质量轻、强度高、韧性耐久性好等优点。当混凝土浇筑过程中未来得及进行振捣,为了防止进浆凝结,需要及时使用清水冲洗衬管。
(二)当混凝土终凝完成后,应该及时将衬管取出,然后用清水冲洗管道
(三)当预应力管道安装过程时,应该先伸出一部分管道,并做好管口封堵处理;
(四)在接头两端安装两个定位网,保证接头牢固。保证接头长度控制在30cm 以上,接管要对紧,中间不得出现较大空隙。
2、结底板混凝土脱落
在合龙段以及相邻梁段上,容易出现底板混凝土脱落质量问题,这是因为底板混凝土受到曲线布置预应力的挤压,出现分层,从而出现混凝土脱落或压碎等问题。预应力管道、底板防崩钢筋数量、混凝土强度以及底板混凝土厚度都是影响施工质量的主要因素。针对底板混凝土脱落问题,一般采用以下防治措施。
(一)严格按照施工工艺流程进行施工,在施工开始前,应该对模板尺寸、底板厚度等进行校验,保证每个断面波形管坐标符合要求。
(二)在预应力筋张拉时,确保混凝土的强度达到设计要求,防止端头张拉锚具挤坏混凝土。
(三)做好底板拉钩钢筋和防崩钢筋的安装,必须严格按照工艺标准进行施工;安装在相邻底板的拉钩长度不得过短或过长,并能够将上下两层钢筋网片拉牢固。
(四)做好混凝土的振捣工作,保证合龙段混凝土的密实度。
(五)浇筑前,应该用高压水将浇筑混凝土前底板上的木屑等杂物清洗干净。
五、结束语
伴随着交通运输事业的快速发展,挂篮悬臂浇筑施工技术在桥梁工程中得到了广泛的使用。而且施工不受跨度限制,跨度越大,其经济效益越高,所以大跨度连续梁桥常采用挂篮悬浇施工。。但在具体的承建项目中还应做些必要的改进完善,加大对施工中注意事项的重视力度,以进一步控制施工质量。
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随着社会的不断发展和进步,建筑业也在迅猛的发展,所以公路桥梁工程项目也在不断的增加。施工企业在进行公路桥梁的施工建设过程中,其技术水平也在不断的提高。与以往的公路桥梁工程项目施工进行比较后可以得出,施工企业在对现代公路桥梁进行施工建设过程中,更加重视公路桥梁施工过程中的整体施工质量。公路桥梁的施工企业必须要完全按照相关的规章制度进行施工建设,从而避免在施工建设中有工程质量的问题出现。对公路桥梁施工建设中所存在的一些问题,需要积极的找出解决措施,这样就可以更好的保证人们的生命财产安全。
一、施工项目的准备工作
公路桥梁施工项目的施工准备工作是贯穿于整个公路桥梁工程施工的各个阶段,而不仅仅是施工前的准备工作,充分的进行施工准备直接影响着施工现场的管理工作。为了保证工程项目的施工过程可以均衡有序、连续的进行,施工企业就需要做好充分的准备工作。
第一,构建良好的施工团队及管理人员。在对管理人员进行选择时,需要尽量选择技术好、肯吃苦、能力强以及经验丰富的人员组成施工现场的项目管理部,还需要构建专业的施工团队,这就需要挑选一些工艺娴熟、技术水平高的人员。
第二,要对施工图纸以及设计的文件在现场做好核对工作。在工程项目施工过程前,相关的负责人要把交底工作完成,并及时有效的把图纸中的难点疑点弄清楚。
第三,需要把测量的准备工作做好,在对设计图纸提供的导线点以及水准点等进行加密和复测的工作时,需要构建完善的测量控制网,还要完成点位的保护工作。
第四,在施工前需要对影响施工的因素进行走访以及调查,并对建筑物的拆迁报告进行编写。还需要积极的配合施工单位及有关部门完成搬迁工作。
第五,要严格的按照相关规定及现场的实践来完成施工控制预算的编制工作。
第六,施工单位需要在施工前向所有的施工人员进行施工技术与安全的交底工作,从而使有关人员在项目施工中对安全知识和技术标准有足够的了解和掌握。
第七,还要构建相关的工地试验室。在施工中,对施工中所用到的所有的原材料进行取样试验,并且建立出具有相关参数的数据库。
第八,通过对施工工期的要求、材料供应、技术标准以及自然条件等进行研究和分析,选择出最优秀的施工方案,并且不断地对施工组织设计进行完善。
二、施工过程中对技术方案的优化
在建筑工程施工过程中,施工技术方案对整个工程的实施都有着重要的影响。在施工前的准备时期,要对施工项目进行科学的规划及设计,并且直接对各项施工项目的实施进行有效的指导,在整个项目施工的过程中占着主导地位。施工技术方案的好坏对项目施工的顺利进行有着重要的影响。而优秀的项目施工技术方案,在技术上一定是先进可行的,而在组织管理中必须是科学合理的。因此,在此基础上所进行建筑施工一定是高水平的,并且其质量以及速度也是非常好的。除此之外,还可以获得很好的综合收益。
三、施工过程中的工程质量控制
工程质量直接影响着人们的生命财产安全。为了有效的贯彻国家对于工程质量方面的总方针,施工现场的主要任务就是加强全体施工人员的质量意识并且加强质量管理的工作。
第一,让建筑施工中所有的工作人员都意识到质量的重要性,并树立质量第一的思想。
第二,对施工设计和方案进行合理有效的编制,并编制质量计划。还需要让所有的施工人员在施工过程中严格的按照规章制度及相关条款进行施工。
第三,在工程项目施工前,需要工程师及质量控制员向相关人员进行技术交底和质量交底工作,还需要有详细的书面记录。在施工的过程中,需要施工班组长向有关的施工人员进行现场工作交底,与此同时还需要跟踪检查与指导。
第四,在进行公路桥梁施工建设的过程中,要做好公路和桥梁的协调工作,以此来让人们的视觉得到满足。因此,既要使内在结构达到标准,还要同周围的景观和外观质量得到统一。如果想要满足内在质量的需求,就需要对关键的材料、工序以及工艺进行严格的控制;而想要满足外观质量的需求,就一定要工艺精细、层次清晰、线条分明等。
结语:
在公路桥梁工程的施工建设过程中,为了公路桥梁可以顺利完工且质量得到保证,就需要在施工过程中,严格的控制质量。到目前为止,我国一直没有完善的、科学的质量保证体系。施工团队还缺乏专业的技术水平以及质量控制的意识,这已经不能满足施工过程中的需求。在工程施工中,还存在着手段落后、缺乏实践经验的情况,而且类似的情况比较常见。因此,我们要积极的引进国外的先进技术,汲取他们的比较成熟的经验,还需要同我国的具体地理以及地质进行紧密的联系,并不断的提升我国公路桥梁工程的设计水平、质量控制水平以及施工管理水平。
作者简介:李明芳 (1970-)女河南省正阳县 本科学士
单位:广东肇阳高速公路有限公司 研究方向:公路桥梁施工管理
参考文献:
[1]谢海鹏.谈公路桥梁工程施工存在问题及质量管理对策[J].科技创新与应用,2012(08).
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0引言
自XX地铁修建以来,出现了多处地铁车站或区间下穿城市立交桥的工例,XX地铁一号线穿越27座桥梁,五号线穿越25座桥梁,地铁十号线下穿市政桥梁9座,团城湖至第九水厂输水南水北调工程下穿城铁13号线四座高架桥[1];XX地铁六号线一期花园桥站也下穿一座三跨连续梁桥,暗挖车站下穿桥梁为特级风险源,车站下穿的方案与施工工法对桥梁的影响有着非常复杂的因素,本文以一地铁车站下穿桥梁工程为背景,在数值分析结果的基础上进行施工,并与实际监测结果进行对比,充分说明本工程中暗挖车站施工的合理性。
1工程概况
花园桥站是XX市地铁6号线一期工程的一个中间站。车站主于西三环花园桥主桥垮的下方,车站暗挖段长189.5m,暗挖断中间从花园桥最大跨度正下方通过。
花园桥为双向六车道,全桥宽为28.30m,下部结构采用柔性墩设计,主桥采用了二个盆式固定支座。其他各墩采用不同厚度支座以及四氟滑板支座,用以调整各墩刚度,使各墩受力达到均衡合理。全桥墩底采用钻孔灌注桩基础,每墩设4根,桩径1.2m,桩间距3.2m,分界桩长为12m,主桥主孔桩长20m。花园桥最大跨度37m,地铁车站从其正下方穿过,距离桥桩最近仅有84mm。
该车站过桥段采用洞桩法暗挖施作,五导洞开挖,采取“先下后上,先边后中”的原则开挖。通过地面注浆和施作隔离桩来保护桥梁,采取先注浆对桥桩进行预加固,再进行车站暗挖施作。
3 施工关键技术
3.1 桥梁保护
桥梁同步顶升是在隧道通过桥梁之前就采用顶升控制系统对桥体进行预支护,在桥墩附近设置临时支座,然后使用液压千斤顶对桥体进行同步顶升,保证桥梁纵各支点同步上升,实时控制桥梁上部结构的沉降值。花园桥在地铁施工中上部结构采取同步顶升技术,见11与12:
图11花园桥顶升步奏一
图12花园桥顶升步奏二
当靠近地铁车站的桥墩基础沉降超过控制的预警值时,就在盆式橡胶支座下的垫板下方加垫钢板,使梁体及支座复位。主要分为两步实施:第一步拆解盆式支座与墩柱的联系;第二步盆式支座与箱梁复位 [5]。
3.2 车站施工
车站主体暗挖部分采用暗挖洞桩法施工,施工步骤为:下导洞开挖上导洞开挖远离车站的下导洞内条基及底纵梁施工边桩及中柱施工边桩桩间空隙回填冠梁、顶纵梁施工上导洞内部分扣拱初支施工拱部回填导洞之间扣拱初支施工拱部二衬施工导洞之间土体开挖中板施工站厅层侧墙施工中板下土体开挖临时支撑架设继续土体开挖底板施工站台层侧墙施工主体施工完成。
其详细施作工序见图5:
(a)第一步:施工导洞开挖、支护。导洞开挖时先开挖下部导洞一段距离后,再开挖上部导洞,先开挖边导洞再开挖中导洞,按照先下后上,先边后中的顺序进行。小导洞采用台阶法开挖,台阶长度为一倍导洞开挖宽度。施工时按预留核心土台阶法施工,台阶长度为2m,下台阶紧随上台阶施工,小导洞施工完成后应及时进行背后回填注浆,注浆深度为小导洞初支背后0.5m注浆浆液采用水泥浆液,注浆压力为0.3MPa。每个施工口施工到结构分界里程线后停止开挖。
(b)第二步:远桥侧下导洞施工到结构分界里程线后,后退施作条型基础;先施作下导洞内条形基础,然后导洞内人工挖孔施作围护边桩,边桩桩径0.8m,间距1.2,桩身砼为C30砼,边桩施工采用人工挖孔按照跳3挖1的施工顺序进行。粘土层开挖进尺设为0.75m,卵石层开挖进尺设为0.5m,浇筑冠梁;回填边桩外侧与导洞间的C20混凝土;在中下导洞中施作底板防水层,施作中间立柱下底纵梁,并预留钢筋接头。
(c)第三步:进行中导洞中人工挖孔,钢管柱及回填灰土。上部中导洞内施作顶纵梁,回填中导洞内顶纵梁背后空隙;主体部分断面拱部采用大管棚+小导管超前支护,开挖并施作永久及临时支护;土体开挖支护时,应相互拉开一定距离,间距不小于10m。
(d)第四步:当主体顶拱初支达到设计强度后,拆除车站主体范围内导洞的格栅,局部铺设拱部防水层,浇筑拱部二衬。
(e)第五步:拆除永久结构断面范围内剩余导洞结构,向下开挖土体至第一道支撑下0.5米,架设第一道钢支撑。
(f)第六步:继续向下开挖土体至车站中板下0.5m,及时施工站厅板及边墙并预留边墙钢筋;等中板达到设计强度后拆除第一道钢支撑,铺设边墙防水层并浇注侧墙结构使站厅层封闭成环。
(g)第七步:继续开挖土体到基底标高下0.5m,及时加设临时支撑并在近桥桩侧进行桩间补充注浆;拆除车站主体范围内剩余下导洞结构,桩间喷射混凝土,施作底板C20垫层,在垫层内预埋工字钢支撑。
(h)第八步:铺设底板及边墙防水层、施做底板及侧墙结构,预留侧墙钢筋。
(i)第九步:待侧墙及底板达到设计强度,换撑并拆除第三道钢支撑,施做剩余侧墙结构,主体结构封闭成环。
车站主体暗挖结构主要材料参数见表1:
4结论
本文以一地铁车站下穿桥梁工程为背景,对桥梁的上部与下部结构进行加固,并采用数值计算与实际监测结果进行了对比,首次说明了五导洞非对称PBA施工方法非对称下穿桥梁的施工的关键技术和可操作性,为以后类似工程提供参考。
参考文献:
[1] Chart C W.Displacement of MRT Tunnels due to an Adjacent Excavation[D] Singapore:Nanyang Techaological University,1995.
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一、《桥梁抗风》课程开设的必要性
近年来,桥梁向着大跨轻柔方向发展。目前,世界上已建成的最大跨径拱桥为主跨达552m重庆朝天门大桥,俄罗斯岛大桥作为目前世界上跨度最大斜拉桥,其主跨已达到1104m,日本明石海峡悬索桥主跨为1991m。世界跨度最大的10座拱桥、斜拉桥和悬索桥,分别有7、7、6座建在中国,而且都是近20年内建成的。而风荷载又是很多大跨径桥梁的设计控制荷载。因此,大跨桥梁抗风设计的重要性不言而喻。
21世纪经济和技术竞争更为激烈,在这个时代我们要在国际上有竞争力,最需要有一支高度创新素质的人才队伍,因此必须注重研究生的培养和教育。为了使桥梁工程专业研究生了解桥梁工程抗风设计相关专业知识,提高竞争力,胜任今后的工作,为国家培养桥梁专业的全面人才,开设《桥梁抗风》这门课程非常必要。目前国内已有多所高校桥梁工程专业为研究生开设了《桥梁抗风》课程,如:同济大学、西南交通大学、湖南大学、大连理工大学等。
二、《桥梁抗风》传统教学存在的问题
目前,《桥梁抗风》课程在多所高校主要采用传统教学授课方式。传统教学方式通常有其固定的模式:课前,教师根据教材和教学大纲,确定教学目标和方法,设计一系列相关的问题。课堂上,教师循序渐进地不断讲授教学内容、提问相关问题来吸引学生的注意力,调动学生的积极性。课后,教师通常会留一些与课程相关的问题让学生自己理解和学习。然而,桥梁抗风课程涉及面较广,如数学、流体力学、结构动力学、空气动力学、风洞试验技术、计算流体动力学等,理论比较深奥,接受较难。教学课时一般在24~32之间。传统教学方式主要以教师讲授为主,教师是中心,学生只是被动接受,课堂气氛可能比较沉闷、压抑,很多内容学生不容易理解和接受,不能很好地激发学生学习的兴趣。这种“填鸭式”的传统教学方式,忽视了学生的主体作用及学生在学习过程中的主动学习[1]。具体而言,传统教学方式主要存在以下几个方面的问题:(1)以教材和教师为中心,以“讲”代“学”忽视了学生在教学中的主体地位;(2)注重理论知识传授,轻实践技能培训;(3)教学方法单一,直观性较低,形象化差[2]。
三、案例式教学方法的优点
所谓“案例式教学”,就是在精心提炼主要教学要义和旨归的基础上,课堂教学时以专题为单位设计教师讲授内容,并综合运用多媒体等多种教学方法和手段,尤其是与案例教学法融合的教学模式。案例式教学主要是以对案例的讲解和分析为主线,设置相关教学问题,以此来激发学生的兴趣和求知欲,调动学生的积极性,使学生真正参与到教学活动中来。具体而言,这种教学模式具有以下几个优点:(1)目的明确,打破传统编教材的章节体系,立足于实际问题。(2)注重教师讲授和学生参与双向互动的问题域的拓宽、问题情景的建构等教学设计。(3)摒弃过去“一言堂”完全灌输式的教法,综合运用案例教学、多媒体课件和专题式教学,形成立体的、多方位的教学动态体系和整体化解决方案[3]。
案例教学方式现已被成功地运用到世界各国大学的法学、医学、工商管理教育等学科,并取得了显著的成果[4]。桥梁工程专业作为实践性很强的专业,将理论知识与工程实践相结合至关重要。工程案例来源于工程实践,促进了理论知识的理解,避免了单纯的理论教学的短板,凸显了专业的实践性,非常有必要在桥梁程专业中实施案例教学。对于《桥梁抗风课程》,为了提高课堂上学生的积极性,使课堂变得生动活泼,培养学生自主学习和创新的能力,提高授课效率,将那些比较经典大跨桥型的抗风工程实例与基本知识相结合,应用到课堂教学具有较好效果。案例式教学并非将所有的知识点都通过案例来讲解,在讲案例之前也需要介绍一些基本理论和概念。注重教师讲授和学生参与双向互动问题域的拓宽、发散性思维的诱导、问题情景的建构等教学设计,力避从理论到理论。
四、案例教学法在《桥梁抗风》课程中的实践
2014年,大连理工大学尝试了将案例式教学法应用于研究生《桥梁抗风》课程,该课程学时为24,其中案例教学14课时,传统课堂授课8课时,风洞实验室参观、试验教学、风洞仪器设备介绍2课时。
对于案例的选取,第一个案例即为旧塔科马的风毁事故。
首先对该桥的相关背景进行介绍,让人不可思议的是,主跨800多米的悬索桥在建成只有几个月,在不到20m/s风速下就发生了完全倒塌事故。然后,在讲解过程中,配以真实风毁照片和录像,形象直观,身临其境,具有很强的视觉冲击和心理震撼力。最后交代相关的研究结论及仍然存在的问题,并指出那种大幅振动的确切机理直到目前都没有得到很好的揭示。学生的好奇心和兴趣也会调动起来。在介绍该桥风毁过程中,会涉及到一些概念,如风级、振动模态、涡激振动、颤振、颤振后状态、大幅非线性振动、振动控制、设计风速、气动外形、风洞试验、现场实测、数值模拟、机理解释等概念,了解了历史上国内外比较著名的风工程专家,风工程研究中心。学生听起来也没有那么抽象和晦涩。学生还会问很多的问题,由此学到了很多知识。看似一个非常简单的例子,也不涉及复杂的计算分析理论,但可以起到“引人入胜”的效果。兴趣是最好的老师,让学生对这门课不排斥,不是被动地去学,2个课时很快就会愉快地过去了。旧塔科马桥的风毁开启了现代桥梁抗风研究的新纪元,自此以后,桥梁风工程发展迅速,并取得了一系列的研究成果。
常见的大跨桥梁主要有四种类型:连续梁桥(连续刚构)、斜拉桥、悬索桥、拱桥。这些大跨度桥型更需要进行抗风研究。授课教师结合教学要点,针对每种桥型分别选取一座桥的抗风作为案例进行讲解,分别是苏通长江大桥辅桥、苏通长江大桥、大连星海湾跨海大桥、大连市普湾新区16号路跨海大桥。这四座桥都由授课教师亲自负责或参与完成桥梁抗风研究工作,对内容非常熟悉,而且也相对更有感情。这样可以设计制作四个案例,每种案例的讲解重点和传达的知识要点有所不同,所占课时也不尽相同,总计10个课时。
每个桥型案例基本都涉及到的内容和问题包括:(1)桥梁简介,包括桥名、桥型、桥跨、桥位等;(2)基本风速、设计基准风速、阵风风速、颤振检验风速等;(3)结构有限元分析,包括建模方法、模态分析、等效质量计算等;(4)模型设计制作,节段模型、气弹模型设计方法、原则、加工制作、调试等;(5)风洞试验,包括风场模拟方法、常用仪器设备、测力、测压、测速、测振,静三分力试验、颤振导数试验、涡振试验、抖振试验、颤振试验、驰振试验等;(6)数值模拟方法,数值建模、计算分析;(7)理论分析,静风、颤振、驰振、抖振、涡振、时域方法、频域方法;(8)振动控制方法,气动措施、机械措施、结构措施。另外还涉及到斜拉索风雨振问题,风洞试验、数值模拟、理论分析、现场实测。成桥状态和施工状态关注点可能有所不同,不同桥型验算的抗风内容也有或多或少的差异。桥塔、拱肋、主缆、吊杆的抗风问题。以上所有内容有的在基本理论已经讲授,有的在案例中重点讲解。但都是实际桥梁抗风中遇到的问题,并给出实际是如何解决的,不抽象、接地气。通过讲解这四座大跨桥梁的抗风实例,一方面激发了学生学习的兴趣,另一方面学生更容易接受,提高了课堂效率。在学习中学生不仅学到了桥梁抗风的基本知识和理论,而且了解了实际桥梁抗风研究的具体过程和涉及的内容,做到理论与实际相结合。
最后案例就是风工程研究的最著名的专家,加拿大Davenport教授和美国Scanlan教授的生平事迹和学术贡献,2课时。主要内容包括:个人简介、发表的主要论文、主要研究领域、学术贡献、人格魅力、逸事、研究思想、榜样力量、成功要素、奋斗经历。主要目的是让学生了解两位大师的成才之路、发展轨迹,起到开阔思路、带动鞭策的作用,而且在介绍过程中,会涉及到大量的专业词汇的理解和研究方法。
五、结语
为了提高教学效率,保证教学质量,教师应根据所教授的课程的特点,选取适当的教学方式。《桥梁抗风》课程由于理论较难,使用传统教学方法学生难以理解,接受效果不好。大连理工大学在《桥梁抗风》课程教学中打破传统教材的章节体系,结合实际问题,综合运用多种能够激发学生兴趣的案例进行教学,取得了较好的实践效果,可以为兄弟院校课程教学提供参考借鉴作用。
参考文献:
[1].关于传统教学方式的一点思考[J].陶瓷研究与职业教育,2009,(12):58-59.
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一.引言
自改革开放以来我国社会主义市场经济得到快速的发展,现代化建设进程也在逐步加快,尤其是基础设施建设更是飞速度发展。而桥梁建设规模与基础设施建设的规模也在不断扩大。当前我国在跨度大以及大型桥梁施工中大多采用的是悬臂浇筑法。
挂篮施工在跨度较大的桥梁工程中假如采用大跨径的箱梁悬臂浇筑法则应该使用挂篮施工技术,它不需要架设支架,不使用大型吊机。与其他方法相比,具有结构轻.拼制简单方便和无压重等优点。确保了高精度.高质量安装,使得全部安装精度均满足设计要求,节约了人力.物力.财力,创造了较好的经济效益。
二.挂篮的简介
挂篮施工,是指浇筑较大跨径的悬臂梁桥时,采用吊篮方法,就地分段悬臂作业。它不需要架设支架和不使用大型吊机。挂篮施工较其他方法,具有结构轻拼制简单方便无压重等优点。挂篮是悬臂施工中的主要设备,按结构形式可分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式4种。根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮的要求,挂篮自重轻、结构简单、坚固稳定、前移和装拆方便、具有较强的可重复利用性,受力后变形小等特点,并且挂篮下空间充足,可提供较大施工作业面,利于钢筋模板施工操作。
挂篮施工的主要特点。1、能承受梁段自重及施工荷载; 2、刚度大,变形小;3、结构轻巧,便于前移;4、适应范围大,底模架便于升降,适应不同的梁高。
三. 挂篮施工在桥梁工程中应用技术要点
1 挂篮施工原则
在桥梁工程施工过程中假如使用挂篮施工技术,应尽可能的缩短使用挂篮施工技术的周期。假如梁段的全段面都是采取一次性浇筑方法,则比较适宜于使用挂篮施工技术。挂篮是悬臂浇筑的主要机具,是一个沿着轨道行走的活动支架,挂篮悬挂在已经张拉锚固的箱梁梁段上,悬臂浇筑时箱梁段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行,当一个梁段施工程序完成后,挂篮解除后锚,移向下一个挂篮施工。
设置挂篮的除了要保障达到要求的强度之外,还应该满足下面几个标准:便于拆装、行走方便、质量轻、变形程度低等。
2 挂篮的形式、构造
随着技术水平的不断改进,挂篮由过去的压重平衡式发展成现在通用的自锚平衡式,自锚平衡式挂篮的形式主要有桁架式、斜拉式,其桁架式挂篮按其部件的不同,可分为万能杆件挂篮、贝雷或公路钢桁梁组合式挂篮、型钢组合式等,按桁架构成的形状不同,又可分为平行桁架式、平弦无平衡重式,弓弦式、菱形式等;斜拉式挂篮是在桁架式挂篮的基础上研究出来的,由于其质量小、结构简单、受力明确、运行方便、坚固稳定、变形小、拆装方便等诸多优点,目前使用比较多。
挂篮的组成:l)上纵桁梁2)行走系统3)底篮4)后锚系统
3 挂篮的设计选择
挂篮的合理设计不仅关系到桥梁工程的施工进度,而且还关系到保证施工质量的重要因素,在设计过程中应要求挂篮的质量小、结构简单、受力明确,坚固稳定、变形小、拆装方便,并尽量利用当地现有条件。设计时首先需确定悬浇的分段长度,还应考虑各项实际可能发生的荷载情况,进行最不利荷载组合。
3.1 挂篮的荷载
设计挂篮的荷载可依据不同的施工阶段与部件,选择使用不同的结合方式,设计荷载大体有以几种:1)挂篮自重;2)模板支架自重(包括侧模、内模、底模和端模等);3)振动器自重和振动力,千斤项和油泵及其他有关设备自重;4)施工人群荷载;5)最大节段混凝土自重等。
3.2 设计挂篮的长度
应该依据悬臂灌注分段的强度来设计挂篮的长度。而布置挂篮的横断面则应该由箱梁截面的形式以及桥梁的宽度来决定。
3.3 验算
验算挂篮的杭倾覆稳定性能,应当验算挂篮在空载行走状态下的平稳性。在设计过程当中要确保能够满足挂篮施工的安全性以及稳定性。挂篮的重量要与设计估算的重量相符合,并且将挂篮的实际重量与相关数据及时的反馈给桥梁设计部门,以便于进行后期验算。
4 挂篮的安装控制
在进行挂篮安装时言严格保证位置的准确性,在挂篮组拼完之后,为了保证安全而产生的塑性变形,应该测试加载状态下的挂篮弹性变形,并且对组拼后的挂篮实施加载预压。在解决倾覆稳定性的问题上,能够采取使用箱梁竖向预应力筋的方式,这样就既能够减轻挂篮自身的重量,而且也减轻了配重。
四. 挂篮施工在桥梁中的应用
我集团公司承建的蕉门水道特大桥就采用了挂篮施工技术。蕉门水道特大桥为(83m+140m+83m)三跨变截面预应力混凝土连续箱梁,桥梁全长306m。第三部分为主桥1~16#块及1’#~16’#采用挂蓝现浇的施工方法。根据设计要求,施工方法采用先临时固结成“T”构,后连续的方法,即先按“T”构悬臂浇注施工,每浇筑完一对梁段,待达到规定强度后就张拉预应力筋并锚固,然后向前移动挂篮,进行下一梁段的施工,直至合龙成为连续梁。主桥连续刚构箱梁受工期限制,所包括的四个“T”构需同时施工,需加工八套挂篮。根据本桥的特点,本桥挂篮选用菱形桁架式挂篮。
1 挂篮设计
挂篮是悬臂浇筑箱形梁的承重设备,又是极为重要的吊挂施工平台的施工设备。悬臂的前端承担新浇筑梁段混凝土的重量,后端锚固在已浇梁体上,保持整体平衡的施工结构。在施工过程中,挂篮受力的情况必须清晰、明确,稳定必须保证,并且在施工的全过程要有尽量大得作业空间和施工阶段的每个施工步骤简洁可靠,保证施工安全。综合各方面因素,设计菱形挂蓝。
2 挂篮检验验算挂篮受力
本工程两个挂篮拼装好后,在灌注1#块(或1’号块)梁段前,按3#块梁段混凝土重量的1.2倍荷载对挂篮进行模拟压重。测量并详细记录各加载时其吊杆的弹性变形、非弹性变形,主梁前后端及各主要构件的变形情况,为下步工作提供参考数据。此工作,按挂蓝的设计,在地面做,直接消除栓接的非弹性变形,试验所得的弹性变形,用以检验理论计算值。
挂篮自重为68. 3t(含包括模板系统重量),箱梁最重节段为3#节段,梁长L=3.5m,砼方量106.24m3,砼重2762KN;产生弯距最大节段为7#节段,梁长L=4.0m,砼方量99.43 m3,砼重2585KN,外导梁前吊杆轴力NMax=237.5KN,主桁架弯距为MMax=237.5×5.5×2=2612.5KN.m,挂篮加载试验取7#节段产生的弯距2612.5KN.m。
3 挂篮走行
挂篮走行采用三个10t倒链牵引,均衡用力,拉挂篮前行,并在挂篮后端同样加挂三个10t倒链拉住挂篮桁架的尾部,实现挂篮行走安全的双保险。挂篮走行速度不宜过快,应做到挂篮三片主梁同步走行。挂篮前移到位后,将后锚杆与竖向预应力筋连接好,并且纵桁前支点为重要受力处,必须支承牢固,绝不允许在浇筑时产生滑动。挂篮前移时,应采取跟踪测量的方法,以保证中线误差不超过规定限值,并便于随时调整。
4 挂篮的使用情况
在挂篮施工前已完成的0#块上完成拼装主桁架。并且利用千斤顶来实施分级预压,从而取得挂篮的实际变形数值以消除非弹性变形。再进行拼装挂篮的底模,完成拼装底模后,再进行绑扎底、腹板钢筋以及支设内模,之后完成绑扎预板钢筋。在浇筑混凝土之前要按监控指令所给出的标高值来调整挂篮预抛值。再进行养护、浇筑、注浆、张拉、挂篮走行完成块件的施工。
在施工过程中应严格控制好块件轴线的偏位,仔细的测量块件在浇筑前、浇筑后以及张拉后的标高,从而控制悬臂端上下左右的偏移。确保合龙前对接位置偏移符合设计的要求。在主桥悬臂施工过程中,菱形桁架式挂篮的变形符合要求,走行过程十分安全、稳定,没有发生箱粱粱体扭转、变形现象。所有的悬臂在合龙前对接标高、轴线偏位都控制以内,挂篮是可靠安全的。
五.结束语
在桥梁工程施工过程中,挂篮施工得到了较为广泛的应用。对于大跨度桥梁施工挂篮施工是最重要的组成部分。本文结合工程实例,根据施工工艺流程阐述了主桥挂篮及悬臂浇筑施工技术要点,对质量控制措施等进行了阐述。在施工实践过程中,应不断积累经验,学习新技术,完善和充实挂篮施工技术水平。
【参考文献】:
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[2].陆泽平.挂蓝技术施工的要点[期刊论文]-福建建材.2010(01)
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1.10号桥梁段施工流程
0#桥梁结构相对复杂,预埋件、钢筋、预应力束交错密集,因此我们的现场施工人员在施工过程中要特别仔细,主要流程如下:(1)在墩顶安装托架平台;(2)浇筑支座垫石和临时支座;(3)托架平台试压;(4)绑扎底板及腹板;(5)安装腹板纵向、横膈梁横向钢筋、管道;(6)安装0#段的模板;(7)对顶板底层钢筋网进行绑扎、定位管道钢筋;(8)拆除顶板、底板模板;(9)混凝土强度达到85%以上才可进行张拉和管道压浆。
1.2悬臂浇筑节段施工
(1)1#梁段。拼装挂篮主纵、横桁梁拼装挂篮底梁及模板安装主纵横梁安装前后吊杆主纵梁中部加锚并调整主纵梁和主横梁位置吊挂两侧底蓝试拉后调整底蓝高程安装外侧顶部模板调整模板尺寸及标高绑扎梁段钢筋及预应力管道安装端部模板对称浇筑箱梁节段混凝土。(2)2#梁段。1#梁段施工完毕后才能进行2#梁段施工。施工流程如下:加长主桁梁的长度将吊杆和底蓝进行放松把主横梁沿主纵梁移动中部锚固点松开、铺好推移滑道钢板将联体挂篮向未长边移动主纵横梁采用千斤顶顶进再把开始接长的主横梁连同底蓝推移到位拉紧中间联体主桁梁锚杆调节底盘的平面位置与高程安装预应力束和钢筋浇筑箱梁混凝土张拉。
1.3合拢段施工
为减小现场施工的工作量,吊架可采用挂篮的底篮系统,底篮结构悬吊是将吊杆孔洞预埋在两悬臂箱梁端底板上,合拢段进行施工时,将悬臂梁的挂篮底向前移动,前横梁锚固在悬臂端上。合拢的次序为先边跨后中跨,并严格按设计要求组织施工。
2质量控制要点
2.1拼装
在0#块处的1#斜拉索张拉拆模后,可在1#块和0#块施工的门式支架进行改造,组拼用于标准节段浇筑的挂篮。挂篮拼装过程中应注意如下细节:底模架要试拼,检查横梁连接纵梁情况,检查吊点的变形情况;检查吊杆横梁;杆件相互连接情况;挂篮加工完成后,对几何尺寸、焊接质量,主桁架、前后吊杆、锚具进行力学试验。
2.2钢筋安装
箱梁钢筋分为普通钢筋和预应力钢筋,钢筋进场后,试验单位取样做材料试验。钢筋施工,首先要根据设计图在钢筋场地分类制作,并采用标示牌对钢筋进行分类;纵向钢筋用电弧焊接长,长度必须大于10倍钢筋直径。箱梁的U型钩筋,在施工中必须钩住对应位置钢筋的最外层;当预应力管道同钢筋有抵触时,应以预应力管道为主。
2.3浇筑混凝土
在混凝土浇筑前,现场施工人员要对各项工作认真检查,主要包括:挂篮轴线、挂篮底篮轴线、标高、模板固定情况、钢筋数量和位置、挂篮的锚固情况、受力传力体系以及督促材料和设备部门检查混凝土施工备料、机械性能等工作,检查完后,要认真填写相关的表格。所有悬浇箱梁节段在混凝土浇筑时,必须采用对称、均匀浇筑方式,避免因为不均匀产生偏心受力;混凝土浇注时的顺序应该按照从悬臂端逐渐向尾端浇注,应及时调整荷重增加导致挂篮下沉。砼性能需满足泵送要求,且缓凝时间要按照设计要求执行。
2.4线性控制
(1)梁轴线控制。
线性控制是实现桥梁整体安全与质量可靠的保证,且也是保证桥梁的线性符合设计要求。线性控制的关键在于预拱度的确定桥梁施工中,对施工预拱度进行计算有重要意义,且精确的数值可为整体施工质量控制提供保证。实际中,预拱度的控制要结合现场实际进行。
(2)梁高程控制。
在连续梁施工过程中对线型影响的因素包括混凝土温度、混凝土自重、收缩徐变及施工等影响。为控制桥梁标高,设计时要预测混凝土浇注的温度,现场施工必须进行相应的控制,如温度控制。
2.5合拢施工
(1)边跨合拢。
边跨现浇段在逐步向合拢段浇筑靠拢的过程中,现浇梁段轴线位置要及时检查,将合拢段的纵向、横向误差控制设计范围内。在浇筑混凝土之前,应及时检查梁底与支架之间的距离大小,确保边跨合拢时自由伸缩,避免因混凝土拉力过大而影响质量。保证支架的刚度、强度、稳定性、弹性及非弹性变形等满足设计要求;进行验算地基承载和基础设计时,控制其承受荷载后的沉降变形满足设计要求。
(2)中跨合拢。
由于张拉、混凝土收缩徐变和温度等因素的影响,会导致合拢梁段悬臂产生偏差,因此,我们在施工过程中要按照如下相关措施进行:合拢段纵向制孔波纹管是中间连通管,其与两悬臂伸出波纹管连接参照0#梁块段波纹管外套接,为防止波纹管上浮,现场施工要进行压重程序,但浇筑混凝土会导致穿束工作困难,为确保孔道位置准确,必须要做更多的定位钢筋,波纹管接头处采用严密性材料封胶,确保孔道施工质量。晚上温度低,混凝土浇筑,水分蒸发少,水灰比适当降低。浇筑时要严格控制箱内外温度。为避免裂纹出现,夜间施工因采用一次收浆压平的施工工艺,在确保管道口不渗漏水的情况下,尽可能在顶板上用麻袋覆盖,及时洒水降温。待混凝土强度达到设计要求时,按纵、竖、横向的施工工艺进行预应力张拉。先对预应力束进行分级张拉,张拉完成后才能进行体外支撑拆除。纵向预应束张拉的顺序应采用先张拉长束后才能张拉短束;先张拉底板束,后才能进行顶板束施工。同一断面先进行边束-后中束的施工工艺,且要采用对称施工工艺,碰到临时合拢束时,要按照设计要求进行处理。
3结论
论文主要介绍了挂篮施工工艺流程进行了分析,包括0号桥梁段施工流程、悬臂浇筑节段施工流程、合拢段施工流程,在此基础上,对挂篮施工控制要点进行了分析,主要从如下几个方面进行分析:拼装、钢筋安装、浇筑、预应力施工等,对于线性控制,主要包括布设控制点、梁轴线控制、梁高程控制等3个方面进行阐述,最后对合拢段施工质量控制进行研究,包括边跨合拢质量控制和中跨合拢质量控制。因此,在以后的类似工程提供了控制措施,同时,论文仅仅进行了相关的表层研究,下一步工作可从挂篮法施工的工艺设计进行深入研究,从而达到投资最少,效益最高,促进挂篮施工工艺的不断向前发展。
参考文献
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一、概述
桥梁是生命线工程的重要组成部分,是交通运输的枢纽工程,在抗震救灾中处于极其重要的地位。因此,充分研究桥梁结构在地震中的破坏模式,提高桥梁的抗震能力,使桥梁在地震时能起到安全疏散、避难的作用,地震后确保抗震救灾重建家园的交通需要,是桥梁工程中的重要课题。
二、国内外研究现状
对于桥梁结构在地震效应作用下的理论研究,近年来国内外侧重于以下几个方面的研究:
1.曲线梁桥的研究
2.钢筋混凝土构件的空间弹塑性分析
3.桥梁地震反应损伤评估
4.伸缩缝处的碰撞效应
下文主要针对伸缩缝处的碰撞效应进行总结和分析。
三、伸缩缝处的碰撞效应
碰撞对桥梁结构地震反应影响,各国学者的观点并不相同。在近些年发生的地震中,由于碰撞所导致的房屋和桥梁结构的破坏对城市和人民的生命财产安全产生了越来越重要的影响,相邻结构在地震作用下相互碰撞甚至发生倒塌。桥梁在地震中的碰撞,比较典型的有:相邻跨上部结构的碰撞,上部结构与桥台的碰撞以及相邻梁间的碰撞。碰撞震害会产生非常大的撞击力,从而使结构受到破坏。在历次地震中由于上部结构的碰撞导致落梁直至整个结构毁坏的现象也不少见。在我国唐山大地震中滦河桥的严重落梁破坏在很大程度上就是由于碰撞作用引起的,这种碰撞行为一般造成主梁梁端开裂、桥台胸墙局部混凝土脱落、伸缩缝挤压等机构轻微的破坏,但某些情况下碰撞会引起桥梁结构发生严重的落梁事故。在国外1994 年Northridge地震中,在洲际 5 号道和洲际 14 号道交叉道(距震中大约 12公里)的伸缩缝和附近的一些桥梁的耸立桥台出产生了严重的碰撞破坏,引起了有关专家的高度重视;在 1989 年洛马普利塔地震中,一段低矮的路面与支撑高架桥南段桥面的高柱发生的碰撞导致路面和柱的两侧遭受严重损坏,调查后得出结论,高度的显著差异以及相邻桥梁构件固有频率不同是造成碰撞的主要原因。另外,有关墩高相同时上部结构单元之间的碰撞对结构响应的影响也从一座距洛杉矶 85 公里的高速公路桥的震害得到了证实,该座桥梁被安装了一系列的加速度计,得到的记录显示出很多尖峰,这些尖峰点的幅值是地震输入最大加速度的十倍多,研究人员认为尖峰点的出现是由地震波传播效应引起桥梁碰撞产生的。1995 年日本阪神地震时,Hanshin高速公路上部结构单元沿桥向的运动达到了 0.3m,在伸缩缝处引起了相当大的碰撞损伤,在这次地震中关于高架桥损失的报告中指出,支座断裂是引起邻梁碰撞和落梁的原因,并且认为碰撞力的碰撞特征增加了结构部件脆性断裂的可能性。因此,开展这方面的研究具有理论和工程实际两方面的意义。
碰撞产生的直接原因在于相邻结构间的相对位移反应超过了伸缩缝的允许间隙。在桥梁结构中,产生这种相对位移的原因可以概括为:(1)桥墩(台)的刚度、质量以及动力特性不一致;(2)输入地震波的空间变化,如行波效应;(3)地基或场地的不均匀性或基础形式不同;(4)由结构构件非线性变形、破坏带来的相对位移反应。近几十年来,由于桥梁隔震、减震设计的发展,在桥梁结构中大量采用柔性橡胶支座,这将会导致桥梁上部结构在强烈地震作用下发生较大的位移反应,而桥梁结构的伸缩缝宽度往往依据上部结构的温度伸缩、徐变、制造误差等因素决定,通常小于强震中产生的相对位移,这就使桥梁上部结构在地震中发生碰撞的可能性增大。
在过去对建筑物在地震作用下碰撞问题的研究工作主要集中在以下四个方面:一是通过实际震害来观察和了解碰撞造成的危害程度。尤其是 1985 年墨西哥城地震产生的巨大损失引起了世界范围内对碰撞危害性的关注,到目前为止全世界的地震专家们已经积累了大量丰富而宝贵的有关碰撞灾害的资料,这对于碰撞地震反应的分析和研究有着重要的参考价值;二是对不同形式的理想化模型进行碰撞动力学的解析研究以及对碰撞现象的模拟。由于碰撞问题的本质是非线性的,早期的绝大多数解析工作为了使问题简化采用单自由度振子来求得定性的结果,主要目的是获得在碰撞作用下对结构宏观行为的理解,并发展处理碰撞问题的简化方法。三是针对特定的碰撞部位进行解析的研究。为了得到实际结构的真实响应,Maison和Kasai等人发展并研究了较为复杂的多自由度体系结构模型,以前对多自由度碰撞模型的研究工作多局限于对相邻建筑物的碰撞进行二维模拟,这种二维模型采用碰撞单元来描述碰撞效应,每个单元由弹簧和阻尼器组成,弹簧用于控制碰撞持时,阻尼器用于表述能量损失,Cross和Jones曾根据假定的碰撞持时和恢复系数确定出了弹簧刚度和阻尼系数,这样使二维碰撞模拟得以实现。四是如何减少碰撞造成的危害。已经提出的减少碰撞损失的措施包括在建筑间隙设置吸能材料、扩大结构间距、加强相邻建筑物的连接以及确保整体性等等。
日本阪神地震后,隔震技术在桥梁上的应用越来越多,但由于隔震桥梁延长结构的固有周期,并导致大位移从而增加了碰撞的可能性。无约束活动节点处的位移过大使得桥跨在纵向的相对位移超出支座长度引起的桥梁破坏的例子是相当多的。这个问题在高墩柱的多跨桥梁中尤为突出。用活动节点隔开的相邻桥跨结构的运动可能是异相的,这就增加了节点的相对位移。由于低估了地震位移,使得相邻结构之间的预留间距不足以防止冲击破坏发生。这种问题主要发生在高度不同的相邻结构之间,即标高较低的上部结构与相邻较高的结构的支柱之间发生冲撞。桥梁构件之间的冲击力可能会相当大,以至于使得单元内部的剪切力增大到可能发生脆性剪切破坏的程度。因此我们必须正确估计结构的变形并预留足够的间距以避免不同高度的结构之间发生冲撞破坏。抗震规范中明确规定增大相邻梁的间距以避免碰撞,另一方面,增大了间距也会带来一些新的问题,这些也都是需要解决的。
小结
随着城市交通体系的快速发展,大跨度立交桥梁得到越来越多的应用。城市大部分立交桥梁属不规则结构,在地震作用下的反应比较复杂,它在地震中安全和经济性在很大程度上有赖于抗震设计方法的合理性和准确性,因此进一步开展大跨度城市立交桥梁抗震设计的研究具有非常重要的意义。对于地震工程的研究来说,总结和分析震害经验一直是改进抗震设计的重要途径。计算分析和数值模拟是进行大跨度城市立交桥梁地震反应研究的一个重要手段,合理和精细的分析有助于进一步探讨和总结大跨度城市立交桥梁地震反应的规律和特点。
参考文献:
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钢-混凝土组合结构能充分发挥钢材和混凝土的优势性能,与混凝土结构相比能有效减轻结构自重,与钢结构相比能显著提高结构刚度和稳定性能并节省钢材用量,具有良好的经济特性和技术特性,经过几十年的发展被广泛应用于工程实践[1]。特别是钢-混凝土组合连续箱梁,具有抗弯抗扭刚度大、整体性强、抗震性能好、跨越能力强和快速施工等优点,在桥梁工程建设中被广泛采用。欧美及日本等发达国家,钢-混凝土组合连续箱梁桥已发展相对成熟,最大跨度已突破200m[2]。
在我国钢-混凝土组合连续箱梁桥的应用较欧美等国落后,但随着我国交通基础建设步伐加快及桥梁工程技术的发展,钢-混凝土组合连续箱梁桥因其本身结构优势和快速施工的特点,逐步广泛应用于中等跨径的城市高架桥梁,尤其是近年来建成及在建的几座知名跨江、跨海桥梁的非通航桥或引桥,出于降低阻水率及结构耐久性等考虑,采用了较大跨度的钢-混凝土组合连续箱梁桥结构,本文将结合几座具体工程实例对钢-混凝土组合箱梁桥在我国的应用进行介绍。
2、武汉二七长江大桥深水区非通航桥
武汉二七长江大桥是武汉市二环线的控制性工程,综合结构受力、排洪、跨径协调、景观及用钢量等因素,该桥非通航深水区桥梁采取了6×90m等高钢-混凝土组合连续箱梁桥结构,上、下游分幅布置,双幅桥宽29.5m[3]。每幅主梁截面采用单箱单室对称倒梯形截面,顶宽14.7m,底宽6.3m,梁高4m,由钢槽形梁和混凝土桥面板通过剪力栓钉连结构成,通过梁体整体横向旋转实现2%的横向坡度设置,跨中标准横断面如图2-1所示。
图2-1 跨中标准横断面(mm)
由于结构为钢-混凝土组合连续箱梁结构,中间支点前后附近存在负弯矩区段,此区段内钢梁处于受压区,混凝土桥面板处于受拉区,钢梁和混凝土桥面板受力均不利。为防止负弯矩区段混凝土桥面板应拉应力而开裂,常用的方法有压载配重法、张拉纵向预应力、支点升降法及混合法[4],经分析比选该桥采取了通过主墩和临时墩共同参与的支点升降法,对负弯矩区段混凝土桥面板施加预应力,从而满足抗裂要求。
由于该桥位于长江内陆段,因而大型船舶无法作业,不能采取大型整体浮吊安装,采取了设置临时墩的顶推施工工艺,桥面板和钢主梁阶段分开预制,钢主梁顶推架设到位后进行桥面板铺设但不结合,桥面板铺设到位后通过主墩和临时墩按照特定顶升回落顺序完成桥面板同钢梁的组合,实现体系传转形成钢-混凝土连续组合箱梁结构。施工过程中结构空间受力及线形变化复杂,结构应力及线形控制成为施工控制的难点和关键点。
3、上海长江大桥深水区非通航桥
上海长江大桥是上海长江隧桥的桥梁工程部分,考虑到阻水率、耐久性、快速施工等因素,其非通航孔桥采取了最大跨达105m的钢-混凝土组合连续箱梁结构,是目前国内同类型桥梁中跨度最大的结构,每联为7孔一联,跨径布置为90m+5×105m+85m,分布于主航道桥两侧[4]。上下行车道采取双墩分幅布置方式,单幅桥宽17.15m,梁底宽7m为单箱单室倒梯形截面,由槽型钢主梁和混凝土桥面板通过剪力栓钉连结组合而成,中心线梁高5m,通过内外腹板不等高设置形成桥面横向坡度,标准横断面如图3-1所示。
图3-1 跨中标准横断面(mm)
对于组合梁负弯矩区设计,上海长江大桥深水区非通航孔桥与武汉二七长江桥中所采取的方式类似,通过支点升降法实现对中间墩顶附近负弯矩区段混凝土桥面板施加纵向预应力,单片组合箱梁在场内先进行中间区段混凝土板与钢主梁的组合,位于梁端即中间墩顶负弯矩区段混凝土桥面板仅铺设于钢梁上不和钢梁结合,待组合梁架设焊接变连续后,然后通按一定顺序顶升中间支点,完成墩顶桥面板与钢主梁的组合,然后通过支点回落对墩顶负弯矩区段桥面板施加纵向预应力,依次完成一联体系转换。同时为减小墩顶钢梁底板厚度,方便组合梁大阶段匹配焊接,该桥也在墩顶钢梁底板前后20m范围内浇筑混凝土,从而形成双组合结构,改善结构受力。
上海长江大桥位于长江入海口,具有大型工程船舶通航条件,综合考虑施工精度、施工速度等因素,其深水区非通航孔组合连续箱梁桥采取了整孔预制、整孔浮运吊装的施工方案。组合梁在工厂完成桥面板、钢主梁的预制及其相互组合,使施工精度得到有效控制和保证,进行单片组合梁重量达2300t的整孔浮运吊装,有效地加快了施工速度,避免了顶推所需要的临时墩施工,从而最大限度地实现了工厂化和大型化施工。
4、杭州九堡大桥南北引桥
杭州九堡大桥为横跨钱塘江的第八座桥梁,该桥主桥及引桥全部采用组合结构,是近年来我国组合结构桥梁发展的代表作之一。其南北引桥采取了钢-混凝土组合连续箱梁的结构形式,该桥与武汉二七桥及上海长江桥类似结构最大的区别在于横断面空间尺寸大,采取了整墩整幅布置形式,横截面为对称大悬臂单箱单室钢-混凝土组合截面,桥面宽度达到31.5m,单侧悬臂宽度达9.25m,梁中心线高度为4.5m,是目前国内同类型桥梁中横断面尺寸最大的桥梁,详细截面尺寸如图4-1所示。九堡大桥南北引桥跨径布置分别为23m+78m+9×85m+55m和55m+9×85m+78m+23m。[5]
图4-1引桥跨中标准横断面
为解决负弯矩区桥面板开裂及改善结构整体受力,该桥采取了箱内体外预应力措施,并在中间墩顶附近设置了双组合结构,同时减小支点集中力和体外预应力索锚固作用对横隔板受力的影响,设置了组合横隔板结构。全桥不具备大型浮吊施工条件,同时为减少临时墩的施工,该桥进行了专项研究,采用了无临时墩顶推施工技术。该桥施工过程中,钢主梁属异位安装施工,切结构空间受力复杂,线形及应力监测控制是该桥的施工监控的重点和难点。
4、港珠澳大桥浅水区非通航桥
在建的港珠澳大桥,其由中铁大桥勘察设计研究院设计、中铁大桥局承建的CB05标段,全部采用组合结构桥梁,其浅水区非通航桥采取了单跨85m的等高连续组合箱梁桥,全桥规模大、长度长,布置于九州航道桥两侧,分为5孔一联和6孔一联两种形式,总共11联共计64孔,全长5440m,九洲航道桥以西跨径不知为5×85+8×(6×85)=4050m,九洲航道桥以东跨径布置为6×85+5×85=935m[6]。该桥采用整墩分幅布置,中心线梁高4.3m,单幅桥宽16.3m,横截面由槽形钢主梁和混凝土桥面板通过集束式剪力栓钉连结构成,为倒梯形截面,其中钢槽梁箱内顶部宽度为9.7m,混凝土桥面板单侧悬臂为3.5m,箱梁底宽6.7m,通过内外侧腹板非对称不等高设置实现桥面2.5%的横坡,为结构纵横向受力,特在钢槽形梁中顶部设置通长小纵梁。
该桥通过采取混合法即支点升降法和张拉纵向预应力钢束相结合,对墩顶负弯矩区段混凝土桥面板施加预应力,达到抗裂要求。整个施工过程主要分为混凝土桥面板预制钢主梁加工制造、钢混组合、两点存梁、整体浮运吊装、逐孔焊接简支变连续、支点顶升体系转换等阶段。组合箱梁钢主梁与混凝土桥面板分别在工厂加工预制,混凝土板存放六个月后,同钢主梁在四断面八点支撑组合台座上进行组合,组合完成后移至存梁台座存放,达到存放规定时间后整体浮运至海上桥位现场进行整孔吊装。组合梁架设到位,大节段焊接变连续后,首先进行中间墩的顶升,完成墩顶约12m范围内桥面板剪力槽及湿接缝浇筑,其新旧接合面湿接缝暂缓浇筑,待新浇混凝土达到规定强度后,完成纵横向预应力张拉,最后浇筑先后组合交界湿接缝混凝土,达到一定强度后,完成墩顶回落,一次实现一联的体系转换。整个施工过程中,结构空间受力复杂,需重点控制好钢梁制造、钢混组合及体系转换线形变化及应力变化。
5、结语
随着我国组合结构桥梁设计理论与施工技术的发展,钢-混凝土组合连续箱梁桥因其整体性好、抗弯抗扭刚度大、跨越能力强、施工速度快等优点,逐步在我国的跨江、跨海桥梁的引桥或非通航孔桥中得到成功应用,通过工厂预制、顶推施工及整体浮吊安装工艺,较好的实现了大型化、标准化和工厂化。另一方面,钢-混组合连续箱梁桥在我国的应用仍有一些问题需要克服,首先墩顶负弯矩的设计方式及技术措施,目前主要通过支点升降法等来解决,增加了桥位现场的现浇混凝土施工,同时施工工序较为麻烦,对于海上桥梁易容易造成环境污染,需对混凝土抗裂、阻裂及防止措施进入深入研究;其次需要对钢-混凝土组合连续箱梁桥的线形控制技术进行深入研究,尤其是钢混连接方式及不同耦合程度带来的滑移效应对组合梁挠度变化的影响。总体来说,钢-混凝土组合连续箱梁桥将在我国未来交通建设中越发被广泛应用,并随着桥梁技术的发展,逐步向大跨方向发展。
参考文献
[1]聂建国. 钢-混凝土组合结构试验、理论与应用[M].北京:科学出版社.2005.
[2]邵长宇.大跨度钢-混凝土连续组合箱梁桥关键技术研究[M].博士学位论文,同济大学,2006.
[3]张先蓉,胡佳安.武汉二七长江大桥6×90m钢-混组合连续梁桥设计[J].世界桥梁,2012,40(4):11-14,25.
[4]卢永成.上海长江大桥组合结构连续梁技术特点[J].上海公路,2011,26-28,53。