2017年結(jié)構(gòu)師備考知識(shí)橋梁設(shè)計(jì)
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橋梁設(shè)計(jì)改進(jìn)方向
1)應(yīng)該更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題
橋梁在建造和使用過(guò)程中,一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕,并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來(lái)作用,同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)80年代以來(lái),修建了大量的斜拉橋;雖然迄今為止出現(xiàn)倒塌或嚴(yán)重?fù)p害的例子很少,但已經(jīng)有多座橋梁因?yàn)槔鞯哪途眯詥?wèn)題而不得不提前換索,既影響了使用又增大了經(jīng)濟(jì)損失。
需要指出的是,很多這類問(wèn)題與沒(méi)有進(jìn)行合理的耐久性設(shè)計(jì)有關(guān),這也促使人們重新認(rèn)識(shí)橋梁的耐久性問(wèn)題。大量的病害實(shí)例也證明,除了施工和材料方面的原因,影響結(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來(lái)自構(gòu)造上(也即設(shè)計(jì)上)的缺陷。
國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究,也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的,對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來(lái)改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且,長(zhǎng)期以來(lái),人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究,卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別,目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。
國(guó)外的橋梁設(shè)計(jì)有鑒于耐久性不足導(dǎo)致的嚴(yán)重?fù)p失,近年來(lái)十分重視提高結(jié)構(gòu)物的耐久性并將其作為重要的設(shè)計(jì)原則,統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié),強(qiáng)調(diào)使結(jié)構(gòu)易于檢查、維修,以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費(fèi)用,取得了較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際上,國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐都表明,結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。
2)重視對(duì)疲勞損傷的研究
橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載,會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力%考\試大%,不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng),還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。
由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的,實(shí)際上存在許多微小的缺陷,在循環(huán)荷載作用下,這些微缺陷會(huì)逐漸發(fā)展、合并形成損傷,并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制,極有可能會(huì)引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測(cè)到,但其帶來(lái)的后果往往是災(zāi)難性的。
疲勞損傷過(guò)去一直被認(rèn)為是鋼橋設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題,由鋼結(jié)構(gòu)疲勞引起的鋼材開(kāi)裂案例較多,亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來(lái),疲勞損傷的研究已進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu),但對(duì)于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)件的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強(qiáng)。
對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅指對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)而言,事實(shí)上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效,例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。
3)充分重視橋梁的超載問(wèn)題
汽車超載主要有三種情況:其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng);其二是橋梁通行的車流量超過(guò)原設(shè)計(jì);另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加;后者是車輛使用者違法超載營(yíng)運(yùn),后兩種超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍。
橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問(wèn)題。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇,甚至?xí)霈F(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面,由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化,從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。例如,混凝土橋梁一直被認(rèn)為具有足夠的耐久性,但在汽車超載作用下,可能發(fā)生開(kāi)裂;裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合,但由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷,構(gòu)件的開(kāi)裂彎距降低、剛度下降;于是在正常使用荷載作用下,本來(lái)不該開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或本來(lái)較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形。這些都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響,因此除了交管部門(mén)要加強(qiáng)管理外,也需要對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。
4)積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果
國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差(指與設(shè)計(jì)期望相比,可歸結(jié)為適用性能差,包括橋梁的過(guò)大振動(dòng)、線形不平順、接頭跳車、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和過(guò)大的變形等)、耐久性和安全性差(包括使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高、安全事故較頻繁等)。這些問(wèn)題的產(chǎn)生固然與目前國(guó)內(nèi)施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān),但平心而論,既然這種現(xiàn)狀不能在短期內(nèi)得到解決,那么作為工程設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該在正視這一問(wèn)題的前提,充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平和材料工藝水平,采用適當(dāng)?shù)陌踩?、適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來(lái)保證橋梁使用性能的達(dá)到,這才是更為主動(dòng)和有效的方法。特別是橋梁存在的耐久性和安全性問(wèn)題很多與結(jié)構(gòu)體系或使用材料選擇不合理及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有關(guān)。
橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問(wèn)題,要積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法,除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外,要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)。同時(shí)需要研究疲勞和超載對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。
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注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試安排,具體安排參考2014年如下:
考試時(shí)間 | 考試科目 | |
---|---|---|
2014年9月6日 | 上午8:00—12:00 | 《基礎(chǔ)考試》(上) |
下午14:00—18:00 | 《基礎(chǔ)考試》(下) | |
2014年9月7日 | 上午8:00—12:00 | 《一級(jí)專業(yè)考試》(上) |
《二級(jí)專業(yè)考試》(上) | ||
下午14:00—18:00 | 《一級(jí)專業(yè)考試》(下) | |
《二級(jí)專業(yè)考試》(下) |
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