力學原理在橋梁施工規范中的應用

摘 要：對橋梁設計施工荷載與實際施工荷載進行了概括性介紹，對施工力學與一般力學的差異性進行了探索性分析，主要是設計施工荷載與實際施工荷載，并在此基礎上研究了力學原理在橋梁施工規范中的應用。

關鍵詞：橋梁 施工 力學

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2011）12（a）-0000-00

橋梁是供鐵路、公路、渠道、管線等跨越河流或其他障礙并具有承載能力的架空建筑物，其建設經歷了從小跨度到結構復雜的大跨度發展階段。在當前，隨著高新技術新材料的不斷的應用，促使人們加緊了橋梁力學問題的研究，在理論和實踐上都推動了橋梁力學的發展，橋梁力學的研究成果也使得橋梁的設計、施工及管理水平得到了進一步的提高。文章將力學原理在某座橋梁工程現場監理中的實際應用進行了總結。

1 力學理論與設計施工荷載

對于同一橋梁的設計結構可采用不同的施工方法，按理論設計出來的設計結構和一個按照施工圖紙和技術規范一步步建筑起來的實際結構也會有著較大的差異性的。因此需要在實際設計橋梁時候結合理論與實際施工需要進行設計，主要考慮如下兩方面問題。

1.1 設計施工荷載

橋梁設計除了對設計結構進行各種永久荷載還要考慮施工過程中的體系轉換問題，對相應的施工荷載進行分析。在橋梁的設計使用期內，恒載隨時間的變化與平均值相比可忽略不計。永久荷載包括結構自重，橋上附加荷載等。可變荷載在設計使用期內隨時間而變化，且變化與平均值相比是不可忽略的。如行車荷載、風載等。偶然荷載是指船只或漂流物的撞沖力和地震荷載等。設計施工荷載指在橋梁設計中考慮到了的施工荷載。

1.2 實際施工荷載

在橋梁建設期間，結構所承受的實際施工荷載要遠遠多于設計時所考慮到的施工荷載。它包括在橋梁施工的全過程中所承受的各類臨時性荷載，以及由于施工原因所造成持久性施工荷載。(1)持久性施工荷載:施工過程中的安裝誤差、箱梁內模模板和內支撐的永久性存留均會引起持久性的施工荷載。(2)非設計性重復性荷載:為滿足橋梁施工方法或施工工序的需要，施工結構常常會承受各種非設計性的加荷與卸荷等附加外力的作用，如鋼模板、養生水箱等的安裝與拆除，橋上吊具起吊、卸落等持續性工作等。(3)施工動荷載:橋面鋪裝時振動壓路機的振動，橋面各種雜物造成的施工車輛的顛簸，橋面開放初期伸縮縫處的車頭跳車等都是造成非設計性施工動荷載的原因。

2 力學原理在橋梁施工規范中的應用

為了適應我國公路橋涵建設規模不斷擴大的需要，建設部門人員總結了實際經驗教訓編寫了《公路橋涵施工技術規范(JTJ041一2000)》，從不同方面體現了力學原理的應用。

2.1 力學原理簡單橋梁設計的應用

在設計橋梁時，首先擬定組成橋梁結構的各構件的尺寸，然后再對其進行強度、剛度和穩定性等方面的計算，從而判斷所擬定的尺寸是否合理，如果合理，則所擬定尺寸通過，反之再重復以上過程，直到所設定的尺寸滿足要求為止。對于簡支梁橋的設計，一般先計算行車道板，再計算主梁、橫隔梁、支座，最后計算墩臺基礎。還需要重點研究荷載橫向分布概念及荷載橫向分布系數的計算方法，對主梁、橫隔梁的受力特點進行分析，給出公路橋涵結構按承載能力極限狀態、正常使用極限狀態設計時效應組合的計算方法。

2.2 支座設計的力學

支座是設置在橋梁上部結構與下部結構之間的重要聯系構件，其主要作用是將上部結構的支承反力(包括結構自重和可變作用引起的豎向力和水平力)傳遞到橋梁墩臺，同時保證結構在汽車荷載、溫度變化、混凝土收縮和徐變等因素作用下能自由變形，以使上、下部結構的實際受力情況符合結構的靜力圖式，梁式橋的支座一般分成固定支座和活動支座兩種。固定支座既要固定主梁在墩臺上的位置并傳遞豎向壓力，又要保證主梁發生撓曲時在支承處能自由轉動；活動支座只傳遞豎向壓力，但要保證主梁在支承處既能自由轉動又能水平移動。橡膠支座具有構造簡單、施工方便、造價低、吸震好、結構高度小、安裝方便和使用性能良好的優點。此外，方便地適應任意方向的變形，故特別適應于寬橋、曲線橋和斜交橋。橡膠的彈性還能削減上、下部結構所受的動力作用，對于抗震十分有利。在當前，橡膠支座已經得到越來越廣泛的使用。

當豎向力較大時則應使用盆式橡膠支座。它由不銹鋼滑板、聚四氟乙烯板、盆環、氯丁橡膠塊、鋼密封圈、鋼盆塞及橡膠防水圈等組成。它是利用設置在鋼盆中的橡膠板達到對上部結構承壓和轉動的功能，利用聚四氟乙烯板和不銹鋼板之間的平面滑動來適應橋梁的水平位移要求。盆式橡膠支座按其工作特征可以分為固定支座、多向活動支座和單向活動支座三種。與板式橡膠支座相比，盆式橡膠支座具有承載能力大、水平位移量大、轉動靈活等優點，因此特別適宜在大跨度橋梁上使用。

2.3 拱橋構造與設計

拱式結構具有悠久的歷史，在各種構造物中得到了廣泛的應用。在橋梁工程中，拱橋也是應用較多的橋形結構之一。拱式結構在豎向荷載作用下，在支承處不僅產生豎向反力，而且產生水平推力，正是由于水平推力的存在，使得拱內彎矩大大減小，從而使整個拱的受力狀態以承壓為主，截面應力分布較為均勻，可以充分發揮材料的強度，增大跨越能力。由于拱的上述受力特點，拱橋不僅可以利用鋼材、鋼筋混凝土等材料修建，也可以利用抗拉性能較差而抗壓性能較好的石料、混凝土等修建。

3 結語

目前，常見的都是橋梁美學或橋梁建筑藝術方面的專著。而對結構受力特性的研究、力學與美學關系的研究、橋式方案設計構思與比選的研究等則寥寥無幾。作為橋梁方案構思與優化的橋梁建筑學應不僅包括橋梁美學，美學應是其中一部分，橋梁不僅是具有形狀、尺度、色彩和材質等因素的立體作品，具有觀賞性，更重要的應具有實用與功能性。橋梁之美只有通過結構的構思與建筑設計滿足實用與功能需要方能得以實現，它才應為橋梁建筑學的核心。在過去，由于設計理論的落后，尤其是結構的計算主要采用手算、計算尺和機械式計算機進行，當需要深入理解結構的受力性能，還需要進一步將力學理論用于橋梁設計與施工規范中。

參考文獻

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