桥梁结构冗余度的优化设计措施

作者:余武军;王志鹏; 刊名:公路交通科技(应用技术版) 上传者:李静姬

【摘要】在进行桥梁结构设计时,为了提高桥梁结构整体的安全性和稳固性,对冗余度的利用越来越多。通过分析冗余度和桥梁结构破坏模式、断裂模式之间的内在联系,可以确定出桥梁结构低于结构损坏的能力。文章首先对桥梁结构冗余度的含义进行了分析,然后对冗余度对桥梁结构造成的影响进行了探讨,最后提出了桥梁结构冗余度优化设计措施,保证桥梁结构设计的耐久性、安全性和稳定性。

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在进行桥梁结构设计时,计算机技术没有普及之前一般会将超静定次数和冗余度混淆,为了便于计算,一般会将静力平衡和自由读数对等进行计算。但是在实际设计时,发现机构支架约束反力会大于结构自由度,因此,在设计时,冗余度指的是超静定结构中多余的约束,在这些约束连接失效以后,依然可以使结构在一定时间段内保持稳定,此时冗余度是桥梁设计中的储备角色,而且和系统行为有一定的联系。也就是说,在桥梁结构局部出现破坏时,还能够继续使桥梁结构整体承担一定的荷载,并保持其整体性,文章重点对桥梁结构设计过程中的冗余度优化设计措施进行探讨。1桥梁结构体系的冗余度概述在对桥梁结构进行研究时,一般情况会将其作为一个结构整体来进行分析,使用不同功能的构件实现了有效的连接,从而构成受力体系,使其承载力得到不断的提高。在桥梁结构体系中冗余度起着非常重要的作用。如果桥梁结构体系中没有冗余度,桥梁的安全系数则比较低,如果连接或者是构件被破坏以后,桥梁整体结构的稳定性就会受到严重的影响。对于桥梁结构来说,包含冗余度的桥梁结构,如果单一的构件被破坏,桥梁的整体结构不会受到严重的影响,比如俄亥俄州I-275四跨连续钢板梁桥。在对桥梁工程进行设计时,为了使桥梁结构的稳定性得到保障,一般情况下都会设置冗余度,从而使桥梁结构体系具有多重传力方式。桥梁结构体系荷载再分配能力的高低对桥梁结构体系承载能力的储备率的大小起着非常重要的促进作用。在对桥梁进行设计时,桥梁结构的冗余度系数通常会使用ηg表示。在实际设计桥梁时,桥梁结构通常会被合理的划分成为上结构单元和下结构单元两个部分。在对冗余度进行定量分析时,需要对相应的可靠度指标进行有效的结合,从而获得精确的特定桥梁度储备率。借助相应的计算公式获得冗余度系数的参考值,从而为今后的桥梁冗余度设计提供了有效的信息数据。通过认真分析实际的工程案例,对简支梁的数据信息进行了汇总,从而得到了简支梁的数据信息图示,具体情况详见图1。图1冗余度系数与主梁间距和总数的图认真分析图1可以发现,当主梁间距保持不变的情况下,结构冗余度会随着主梁数量的改变而发生改变。当主梁的数量> 6时,结构冗余度就不会过度的承受主梁数量的制约。此外,当主梁的数量达到一定数值以后,结构冗余度的系数会跟着桥梁结构的变大而慢慢减小。2桥梁设计参数对结构冗余度造成的影响在设计桥梁时,一般情况下经常使用到的结构参数包括外部横向连接数量和类型、曲线半径和桥梁跨度等,这些设计参数会给桥梁结构的冗余度造成一定程度的制约,下面对影响的差异和大小进行详细研究。2. 1跨度经过对实际情况的认真分析,跨度不会给桥梁冗余度的设计参数造成直接的影响,主要表现为当外部横向连接达到一定的数量以后,不同跨度的桥梁可以满足相同的冗余度要求。换句话说,桥梁的跨度不会给桥梁结构的冗余度造成严重的影响。2. 2曲线半径在进行研究时,对曲线半径分别为300m、200m和100m的桥梁曲线半径对冗余度造成的影响进行了仔细分析,最终得出的结论为不同跨径桥梁的曲线半径对冗余度造成的影响也不同。对桥梁跨径是70m的桥梁进行分析,桥梁结构冗余度系数与曲线半径有着直接的关系,冗余度系数会随着曲线的变大而变大。2. 3外部横向连接类型对于桥梁结构的安全性和稳定性来说,永久性外部横向连接或者是横隔板的设计都会起到非常重要的图2常规桥梁不同曲线半径与冗余度关系图示作用,使桥梁结构的横向传递能力得到了有效的保障。在进行设计时,在对实心横隔板和外部横向连接进行设计时,连接构件全屈服时的荷载状态一定要得到满足。不同类型的横隔板和外部横向连接都会给桥梁的冗余度带来一定的

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