公路橋梁設計的案例
把橋梁設計還給設計師——公路橋梁標準化智能設計BIM系統
標準化與自動化的融合
2020年12月，陜西省交通規劃設計研究院有限公司將60余年來積累的經驗、設計方法和專業成果，應用到日常生產工作中，形成公司規范統一的設計圖紙成果，并編制了《標準化設計工作大綱》，要求在路線交叉、路基路面、橋梁等8個專業開展公路工程標準化設計工作，大大提高了工作效率。
半年后，其中心工作方向定位為開展交通基礎設施 BIM+GIS 技術及相關數字化技術應用研究，這催生了標準化與自動化高度融合的可能。
在國家政策和設計單位的迫切需求催生出一個完美的契機下，陜西院融合標準化、參數化設計理念，研發《公路橋梁標準化智能設計BIM系統》。將BIM技術與公路橋梁專業多年積累的設計經驗及標準化設計相結合，依靠內置通用圖、標準數據庫和專家經驗庫，在三維真實場景中完成橋梁設計建模，即刻聯動下部結構靜、動力計算，一鍵生成設計圖紙并向下游專業導出BIM模型，完成整個設計流程。使用該系統進行常規跨徑橋梁設計將從根本上彌補二維設計欠直觀、精確的缺陷。同時，設計、計算、出圖一氣呵成，真正實現橋梁BIM正向設計。
數字化的極大優勢
科幻小說作家阿西莫夫說，創新是科學房屋的生命力。而創新的基礎，一是新概念的指導，二是新方法的突破。
“2020年6月19日，國內最長鋼板與混凝土組合梁橋，連接陜南革命老區的西鎮高速公路關鍵控制性工程——全長12.04公里的涇洋河特大橋順利合龍，標志著我國艱險山區橋梁建設的科研與施工取得重大突破。”
展開 基于能力保護原則的橋梁抗震設計 附公路橋梁抗震設計細則JTGT B02-01-2008下載
本文對基于能力保護原則設計的橋梁，簡要介紹了橋梁抗震設計原則、抗震體系選取，重點分析了橋梁墩柱潛在塑性鉸屈服條件的判斷過程，以及不希望發生非彈性變形的構件-墩柱抗剪、蓋梁、基礎、支座作為能力保護設計的計算方法。
關鍵詞：抗震設計、塑性鉸、能力保護設計
01引言
地震災害是瞬時突發性的社會災害，短時間內造成橋梁倒塌、交通中斷、人員傷亡，經濟損失巨大，它所造成的社會影響比其他自然災害更為廣泛、強烈，社會影響深遠。《城市橋梁抗震設計規范》規定：地震基本烈度為6度及以上地區的城市橋梁，必須進行抗震設計，且此條為強制性條文。橋梁抗震設計一直受到設計及審查人員重視，但在實際設計文件中，抗震設計仍存在一定問題，部分設計文件抗震設計概念混淆、抗震計算內容不全、或能力保護構件設計取值存在問題。本文結合審圖過程中抗震設計、以及《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ 166-2011）、《公路橋梁抗震設計規范》（JTG/T 2231-01-2020)，對橋梁抗震設計、能力保護構件計算的內容進行了梳理，希望能對橋梁抗震設計及施工圖審查工作有所幫助。
02抗震設計原則及抗震體系選取
橋梁抗震設計的基本原則包括：彈性設計原則、延性設計原則、能力保護原則、減隔震設計原則。合理的抗震設計，要求橋梁結構在強度、剛度、延性等指標上組合最佳，從而經濟合理的實現抗震目標。
(1) 抗震設防目標及抗震設計原則
橋梁抗震設防分類依據其結構型式、在城市交通網絡中位置的重要性以及承擔的交通量分為甲、乙、丙、丁四類，甲、乙、丙類橋梁抗震設計采用兩水準設防、兩階段（E1、E2）設計方式。
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《公路橋梁抗震設計細則》（JTGT B02-01-2008）
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《公路裝配式混凝土橋梁設計規范》（JTGT 3365-05—2022） ￥2
規范學習掌握
公路橋梁動力分析
計算如圖所示公路橋梁在車輛荷載作用下的時程動力響應,橋梁基本信息如下：鋼筋混凝土結構橋梁，混凝土強度為C30。橋梁總長45米，第一跨15米，第二跨30米。橋梁橫截面為三孔箱形截面，截面高度1.66米，寬度10.25米，見下圖。
1.具有分布質量體系的無阻尼振動方程建立
將圖1中的公路橋梁簡化成如圖2所示的計算模型，左邊支座為固定鉸支座，跨中和右邊的支座為滑動鉸支座，結構是一次超靜定連續梁。為了真實的反應梁的動力特性，認為該梁是連續彈性體，并假設梁上受到廣義的動力荷載p(x,t) 。
公路橋梁在移動荷載下的動力分析
計算如圖所示公路橋梁在車輛荷載作用下的時程動力響應,橋梁基本信息如下：鋼筋混凝土結構橋梁，混凝土強度為C30。橋梁總長45米，第一跨15米，第二跨30米。橋梁橫截面為三孔箱形截面，截面高度1.66米，寬度10.25米，見下圖.
1.具有分布質量體系的無阻尼振動方程建立
將圖1中的公路橋梁簡化成如圖2所示的計算模型，左邊支座為固定鉸支座，跨中和右邊的支座為滑動鉸支座，結構是一次超靜定連續梁。為了真實的反應梁的動力特性，認為該梁是連續彈性體，并假設梁上受到廣義的動力荷載p(x,t) 。
在梁ABC上取任意一微元段，并對這一微元進行受力分析，如圖3所示。考慮作用在圖3中梁微元上的受力平衡，很容易可以得出這一結構體系的運動方程，與離散結構體系推導動力方程的方法基本一致，建立全部豎向作用力的平衡方程，可以推導出第一個動力平衡方程：
式中，V(x,t)是梁微元左端的剪力， fI(x,i)是梁微元上橫向慣性力的合力，該慣性力等于微元質量和微元加速度的乘積：
2.具有分布質量體系無阻尼自由振動分析
2.1方程的求解
2.2引入邊界條件進行求解
將方框內的表達式作為計算條件如下所示：
2.3 計算梁的前四階自振頻率
對梁的自由振動計算采用解析解和有限元分析兩種方法，并對兩種方法的計算結果進行比對分析。有限元計算采用ANSYS軟件進行電算。計算結果見表1。有限元計算的結果略大于解析解，隨著振型數的增加，誤差逐階遞增。從計算結果來看，對于一個特定體系，較高階的固有周期的精度降低了。分析精度可以隨著單元劃分的增加來改善。
展開 【JY】《公路橋梁抗震性能評價細則》宣貫PPT
來源： 王克海橋梁抗震研究學科組
注：希望通過本宣貫搞清楚上述問題。
注：烈度表述的鏈接，點擊括號里（關于規范地震烈度表述的一點建議）
注意：“保險絲式單元”意思是像保險絲那樣的單元，而不是“保險絲單元”！
1.由于地震是小概率事件，基于經濟性考慮，將公路橋梁的抗震性能評價納入日常養管中，一般情況下，不單獨進行橋梁的抗震加固改造，應在既有橋梁運營加固改造的時候，進行橋梁抗震性能評價，以判斷是否需要進行抗震加固改造，最好將運營加固改造和抗震加固改造同時進行，以降低成本。
有關公路橋梁養護管理的探討
隨著破損的加大，當車輛通過時，會引起車輛的跳動，從而造成橋梁的嚴重振動，增大橋梁的磨碎度和承重力，直接影響了橋梁的使用壽命。2)橋梁欄桿破損，并得不到及時維修。橋梁欄桿的損壞多數是因為交通事故或者車輛行駛不慎撞擊造成的，也存在少數人為破壞及自然風化、銹蝕損壞。欄桿的損壞，不僅會影響美觀，更會降低車輛和行人的安全，易引發交通事故的發生。3)橋梁兩端銜接處不平整，橋頭跳車頻繁。這不僅會降低車速，使駕駛員疲勞，更嚴重的是經過車輛長期的沖擊，橋梁兩端被磨碎，降低橋梁的質量。4)橋梁構件損壞沒有得到有效維修。構件投入使用后，發現的銹蝕、裂縫、變位等問題，在日常中沒有進行及時維修，會引發混凝土脫落、鋼筋銹蝕和支座失去活動能力等，這類小問題得不到及時修正可能引起大禍。5)通水孔不暢，容易造成橋梁被水沖毀。橋孔淤塞沒有得到及時疏導清理河道，當洪水來臨時，橋孔泄洪能力差，水流的沖擊使得橋梁承受很大壓力，造成橋梁的垮塌。6)橋梁的資料缺少，橋況不明。很多橋梁建設年代久遠，橋梁資料不全，對橋梁的技術數據不清楚，甚至有的橋梁根本沒有登記，造成了橋梁維修和檢查時的不盡合理。
3.提高公路橋梁養護水平的措施
3.1嚴把設計關
公路橋梁質量的好壞，很大程度上取決于設計這一過程。因此，要從根本上解決問題，就要從設計抓起，嚴把設計關。公路的設計要從公路的使用情況以及預計荷載著手，詳細調查本地區可能出行的最大荷載，并進行多方案的評選，后經專家審定確定方案的實施。對于橋梁的設計和建設要選擇有一定資歷和能力的單位承擔，在施工過程中，增加施工的技術含量，確保橋梁在使用過程中的安全性。公路和橋梁的交接處應做好合理的設計，不能使其出現平鏡現象，以此增加公路橋梁的使用年限，減少公路橋梁的病害。
3.2建立高素質的專業技術隊伍
公路橋梁是一種專業性強、技術復雜的工程。
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公路橋梁在移動荷載下的動力分析
公路橋梁在移動荷載下的動力分析
計算如圖所示公路橋梁在車輛荷載作用下的時程動力響應,橋梁基本信息如下：鋼筋混凝土結構橋梁，混凝土強度為C30。橋梁總長45米，第一跨15米，第二跨30米。橋梁橫截面為三孔箱形截面，截面高度1.66米，寬度10.25米，見下圖.
1.具有分布質量體系的無阻尼振動方程建立
將圖1中的公路橋梁簡化成如圖2所示的計算模型，左邊支座為固定鉸支座，跨中和右邊的支座為滑動鉸支座，結構是一次超靜定連續梁。為了真實的反應梁的動力特性，認為該梁是連續彈性體，并假設梁上受到廣義的動力荷載p(x,t) 。
在梁ABC上取任意一微元段，并對這一微元進行受力分析，如圖3所示。考慮作用在圖3中梁微元上的受力平衡，很容易可以得出這一結構體系的運動方程，與離散結構體系推導動力方程的方法基本一致，建立全部豎向作用力的平衡方程，可以推導出第一個動力平衡方程：
式中，V(x,t)是梁微元左端的剪力， fI(x,i)是梁微元上橫向慣性力的合力，該慣性力等于微元質量和微元加速度的乘積：
2.具有分布質量體系無阻尼自由振動分析
2.1方程的求解
2.2引入邊界條件進行求解
將方框內的表達式作為計算條件如下所示：
2.3 計算梁的前四階自振頻率
對梁的自由振動計算采用解析解和有限元分析兩種方法，并對兩種方法的計算結果進行比對分析。有限元計算采用ANSYS軟件進行電算。計算結果見表1。有限元計算的結果略大于解析解，隨著振型數的增加，誤差逐階遞增。從計算結果來看，對于一個特定體系，較高階的固有周期的精度降低了。分析精度可以隨著單元劃分的增加來改善。
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計算如圖所示公路橋梁在車輛荷載作用下的時程動力響應,橋梁基本信息如下：鋼筋混凝土結構橋梁，混凝土強度為C30。橋梁總長45米，第一跨15米，第二跨30米。橋梁橫截面為三孔箱形截面，截面高度1.66米，寬度10.25米，見下圖.
1.具有分布質量體系的無阻尼振動方程建立
將圖1中的公路橋梁簡化成如圖2所示的計算模型，左邊支座為固定鉸支座，跨中和右邊的支座為滑動鉸支座，結構是一次超靜定連續梁。為了真實的反應梁的動力特性，認為該梁是連續彈性體，并假設梁上受到廣義的動力荷載p(x,t) 。
在梁ABC上取任意一微元段，并對這一微元進行受力分析，如圖3所示。考慮作用在圖3中梁微元上的受力平衡，很容易可以得出這一結構體系的運動方程，與離散結構體系推導動力方程的方法基本一致，建立全部豎向作用力的平衡方程，可以推導出第一個動力平衡方程：
式中，V(x,t)是梁微元左端的剪力， fI(x,i)是梁微元上橫向慣性力的合力，該慣性力等于微元質量和微元加速度的乘積：
2.具有分布質量體系無阻尼自由振動分析
2.1方程的求解
2.2引入邊界條件進行求解
將方框內的表達式作為計算條件如下所示：
2.3 計算梁的前四階自振頻率
對梁的自由振動計算采用解析解和有限元分析兩種方法，并對兩種方法的計算結果進行比對分析。有限元計算采用ANSYS軟件進行電算。計算結果見表1。有限元計算的結果略大于解析解，隨著振型數的增加，誤差逐階遞增。從計算結果來看，對于一個特定體系，較高階的固有周期的精度降低了。分析精度可以隨著單元劃分的增加來改善。
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鐵路、公路橋梁系梁、墩柱、帽梁工程施工
施工時，按設計進行蓋梁上支座墊石等預埋件的埋設。
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公路橋梁交工驗收的常見質量問題與檢測方法，超全圖文詳解！
4、橋梁荷載試驗
4.1、試驗依據
4.1.1 技術標準
《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（1982）--非正式標準
《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）--適用于舊橋，規定不細
相關的設計規范--用于控制值計算
4.2、試驗橋梁、橋跨
4.2.1 《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2004)8.2.1條規定：
1）特大跨徑橋梁或結構復雜的橋梁，必要時應進行荷載試驗。
4.2.2 各省對高速公路橋梁荷載試驗橋梁和橋跨的規定不相同，且相差很大：
1）特大橋（特大跨徑橋）應全部進行荷載試驗，橋跨不一定全部；
2）大橋橋梁抽檢比例從30%—100%，橋跨抽檢比例從20%—50%；
3）中橋橋梁抽檢比例從30%—50%，橋跨抽檢比例從20%—50%。
4.2.3 《公路橋梁荷載試驗規程》征求意見稿規定
1）新建橋梁交（竣）工驗收時，抽檢比例以聯為劃分單元。
聯單孔最大跨徑大于100m（含100m）的橋梁，應逐聯進行驗收荷載試驗。
?聯單孔最大跨徑大于50m（含50m）且小于100m的橋梁，抽檢橋孔不少于其橋孔總數的30%。
聯單孔最大跨徑小于50m的橋梁，抽檢橋孔不少于其橋孔總數的10%。
4.3、靜載試驗
4.3.1 工程概況
某橋上部結構為一聯4×20 m預應力混凝土先簡支后結構連續T梁，20 m跨連續T梁高1.47 m，橫橋向布置5片梁，梁間距2.40 m，主梁間設橫隔梁。
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