橋梁設(shè)計的冗余度分析

楊 毅

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

橋梁設(shè)計的冗余度分析

楊 毅

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

冗余度指的是結(jié)構(gòu)體系在遇到危機事件時，能夠保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一種能力，對于橋梁工程冗余度，可以根據(jù)橋梁工程結(jié)構(gòu)可靠度參數(shù)和指標進行描述。對此，首先對橋梁結(jié)構(gòu)冗余度進行了介紹；然后對橋梁各項參數(shù)對結(jié)構(gòu)冗余度的影響進行了分析，并對橋梁工程設(shè)計中冗余度實現(xiàn)方式進行詳細探究。

橋梁工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；冗余度

1 橋梁結(jié)構(gòu)冗余度概述

1.1 橋梁工程冗余度含義

橋梁工程結(jié)構(gòu)冗余度指的是一種當(dāng)橋梁工程局部結(jié)構(gòu)受到破壞時，橋梁工程整體結(jié)構(gòu)能夠抵御破壞的能力，冗余度也可以理解為橋梁工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)承載能力的儲備率。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)體系冗余度

在整個橋梁工程結(jié)構(gòu)體系中，橋梁結(jié)構(gòu)冗余度至關(guān)重要，在對橋梁工程結(jié)構(gòu)體系進行研究時，一般是通過應(yīng)用受力系統(tǒng)，將橋梁工程中不同功能的結(jié)構(gòu)件進行有效連接，以此提升橋梁工程的荷載水平。在整個橋梁工程結(jié)構(gòu)中，如果缺乏冗余度，則橋梁工程結(jié)構(gòu)的安全性無法保證，在這種情況下，如果橋梁工程結(jié)構(gòu)體系中的某一個結(jié)構(gòu)件受到破壞，則整個橋梁工程結(jié)構(gòu)體系就會隨之發(fā)生變化。

1.3 冗余度系數(shù)

在橋梁工程設(shè)計過程中，對于冗余度系數(shù)，一般采用ηR來表示，在橋梁工程設(shè)計中，可以將整個橋梁工程主體結(jié)構(gòu)分為兩個部分，即上部單元和下部單元，對于兩個部分的冗余量，均可以采用可靠度標準進行計算和分析，最終確定出橋梁工程冗余度系數(shù)ηR，具體的計算公式如式(1)

η∑γiQi≤φRn

(1)

2 橋梁各項參數(shù)對結(jié)構(gòu)冗余度的影響

2.1 跨徑影響

橋梁跨徑會直接影響到橋梁局部的承載能力，如果不同橋梁跨長具有相同的冗余度系數(shù)，就要保障外部橫向接連數(shù)量，進而提高跨徑較大的橋梁穩(wěn)定性。經(jīng)實踐橋梁施工計量表明，橋梁跨徑對橋梁結(jié)構(gòu)冗余度的影響相對較小，換句話說就是：在橋梁設(shè)計中，在計算、設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)冗余度時對跨長的參數(shù)可以不著重考慮。

2.2 曲線半徑影響

例如某橋梁的曲線分別為45.7 m、68.6 m，通過研究這兩個等級的曲線半徑對冗余度的影響大小，進而能夠得出不同的冗余度結(jié)果，即不同的曲線半徑與冗余度會造成一定影響。

2.3 外部橫向連接類型影響

在橋梁設(shè)計過程中，要充分考慮橋梁尤其是裝配式梁橋才有的外部橫向連接，橋梁外部橫向連接類型與實心橫隔板連接要符合結(jié)構(gòu)部件荷載標準。由此得知，橫向連接類型與隔板連接對橋梁整體的平穩(wěn)性、安全性起到?jīng)Q定性影響。因此，在橋梁設(shè)計過程中，必須要充分考慮橋梁橫向傳力能力因素。橋梁外部橫向連接類型與隔板對冗余度有著不同的影響。從橋梁整體的穩(wěn)定性、安全性出發(fā)，只有保障橫向連接與隔板之間能夠相互吻合、最佳搭配，才能夠提高橋梁整體的承載能力。

2.4 外部橫向連接數(shù)量影響

一般情況下，如果橋梁在受到破壞的初級階段，在受拉區(qū)域，混凝土鋼筋達到極限抗拉強度，混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂縫問題，與此同時，在受壓區(qū)域，混凝土結(jié)構(gòu)能夠達到抗壓極限強度。通常情況下，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋破壞都是受拉區(qū)混凝土開裂，外部橫向連接主要作用是加強各梁片間的整體穩(wěn)定性，使橋梁能整體受力，橫向連接越強，整體受力性能越好。負彎矩區(qū)的橫梁才是增加受壓區(qū)面積，減小壓應(yīng)力。以壓力承受力分析，橫向連接數(shù)量越多，其受力面積越大、受力能力越強。

3 橋梁設(shè)計的冗余度

3.1 優(yōu)化橋梁冗余度設(shè)計原則

在對橋梁工程結(jié)構(gòu)冗余度進行設(shè)計時，應(yīng)該嚴格遵循以下設(shè)計原則：第一，在對其橋梁工程結(jié)構(gòu)進行冗余度設(shè)計過程中，應(yīng)該綜合考慮橋梁工程施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合工程建設(shè)要求進行冗余度設(shè)計。第二，在進行橋梁工程冗余度設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量采用連續(xù)性比較強，且整體性比較強的結(jié)構(gòu)體系。第三，如果橋梁工程的跨度比較大，則在進行橋梁工程結(jié)構(gòu)冗余度設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該注意確保滿足橋梁工程結(jié)構(gòu)傳力實際需要，這樣才能夠有效提升橋梁工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及運行安全性。

3.2 橋梁設(shè)計冗余度的實現(xiàn)方法

在橋梁工程設(shè)計過程中，冗余度大小受到很多因素的影響，包括橋梁工程橫向分配荷載的能力、縱向分配荷載的能力，其中，橋梁工程結(jié)構(gòu)分配荷載的能力又是由橋梁工程幾何構(gòu)件、橋板面、橋梁基座等因素所決定的。在橋梁工程荷載系數(shù)的設(shè)計過程中，應(yīng)該考慮以下幾點：第一，橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，某一結(jié)構(gòu)件是否對橋梁工程結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生實質(zhì)性作用，以此區(qū)分結(jié)構(gòu)冗余度；第二，對橋梁工程結(jié)構(gòu)中某一構(gòu)件的荷載系數(shù)大小進行分析，如果結(jié)構(gòu)冗余度比較高，則其延展性也比較高，這就說明橋梁工程結(jié)構(gòu)荷載系數(shù)小于1，如果橋梁工程結(jié)構(gòu)荷載系數(shù)大于1，則說明橋梁結(jié)構(gòu)的冗余度比較差，相應(yīng)的其延展性也比較差。對于橋梁工程的冗余度以及橋梁結(jié)構(gòu)體系的安全指標，可以通過橋梁結(jié)構(gòu)破壞的極限狀態(tài)、極限荷載等進行檢驗。

4 結(jié) 語

綜上所述，現(xiàn)如今，城市化進程發(fā)展迅速，而橋梁工程是十分重要的市政工程，因此，對于橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量要求越來越高。在橋梁工程設(shè)計中，橋梁工程結(jié)構(gòu)冗余度是保證橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及安全性的關(guān)鍵。因此，在橋梁工程設(shè)計過程中，必須綜合考慮橋梁工程結(jié)構(gòu)破壞形式與結(jié)構(gòu)冗余度之間的關(guān)系，注重橋梁工程冗余度設(shè)計，提升橋梁工程抵抗結(jié)構(gòu)破壞的能力，促進橋梁工程設(shè)計水平的提升。

[1] 王銀.冗余度理念在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向：上，2016，14(9)：168-169.

[2] 姜勇，苑春艷.雙箱結(jié)合梁橋結(jié)構(gòu)冗余度評估[J].世界橋梁，2013，41(3)：66-72.

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U442

C

1008-3383(2017)10-0131-02

2017-07-20

楊毅(1978-)，男，貴州息烽人，高級工程師，研究方向：橋梁設(shè)計。