楊延培

（河南省交通勘察設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州 450000）

1 我國(guó)混凝土橋梁現(xiàn)狀分析

我國(guó)時(shí)下正在運(yùn)營(yíng)的橋梁大多數(shù)是在20世紀(jì)60年代建造的，這一現(xiàn)狀代表了在目前我國(guó)存規(guī)范的某些規(guī)定中，按照曾經(jīng)的規(guī)范來(lái)進(jìn)行建造設(shè)計(jì)的這批橋梁存在一定荷載，這些橋梁并不一定能夠與當(dāng)前的新規(guī)范所契合。其中以下這三點(diǎn)現(xiàn)狀為目前我國(guó)混凝土的主要方面。

首先，由于“汽”“掛”的標(biāo)準(zhǔn)化使用使橋梁本身結(jié)構(gòu)的耐久性等方面受到一定影響，正因如此，當(dāng)“汽”“掛”使用標(biāo)準(zhǔn)的新規(guī)范出臺(tái)，原本按照舊的規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)的橋梁明顯不能滿足目前對(duì)于橋梁的建造需求。比如近年來(lái)我國(guó)新規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)是汽-15，掛-80，有的標(biāo)準(zhǔn)甚至達(dá)到了汽20，掛100，這與上個(gè)世紀(jì)設(shè)計(jì)的汽-13，掛60值相差甚遠(yuǎn)。因此，也就為這一批橋梁的安全性造成了一定安全隱患。

其次，我國(guó)車輛的超載情況屢見不鮮，或者是企業(yè)為了謀求更高的經(jīng)濟(jì)收入，或者出于某些其他因素，雖然我國(guó)命令禁止車輛超載運(yùn)行，并有明確處罰規(guī)定，但是依然有某些車輛愿意鋌而走險(xiǎn)。據(jù)相關(guān)部門調(diào)查，諸多大型貨車以及重型貨車在許多有老式橋梁建筑的地方城鎮(zhèn)都曾發(fā)生過超載現(xiàn)象，其中以黃河JN-163最為嚴(yán)重，其載重量后輪重居然能夠達(dá)到18t以上。

最后，隨著我國(guó)小康社會(huì)的不斷踐行，國(guó)民生活水平也正在不斷提升，人們的出行方式大多數(shù)以汽車為主，另外，近年來(lái)企業(yè)發(fā)展速度迅猛，每天都會(huì)有無(wú)數(shù)的新公司成立，經(jīng)濟(jì)得到了極快的增長(zhǎng)。我國(guó)目前的交通量相較當(dāng)年建造橋梁時(shí)的體量也實(shí)現(xiàn)了成倍的增長(zhǎng)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)和基本原理

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的主要特點(diǎn)

減輕混凝土橋梁結(jié)構(gòu)本身的自重、提高建筑的抗裂程度以及剛性，同時(shí)還可以增加橋梁的抗剪承載力，這屬于預(yù)應(yīng)力混凝土的幾個(gè)主要特點(diǎn)。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理

預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理通常分為先張法以及后張法兩種不同的辦法，先張法指的是在并臺(tái)座上將張拉預(yù)應(yīng)力筋先穩(wěn)定好，并對(duì)構(gòu)件澆注，當(dāng)混凝土強(qiáng)度滿足了70%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再剪掉預(yù)應(yīng)力筋；澆混凝土構(gòu)件同時(shí)在構(gòu)件中預(yù)留孔道，然后在構(gòu)件中穿預(yù)應(yīng)力筋并張拉，并進(jìn)行錨固灌漿，這種是后張法。

3 應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的計(jì)算方法

應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)配筋設(shè)計(jì)方法的基本設(shè)計(jì)理念是要引入實(shí)用配筋的設(shè)計(jì)方法，從而防治相關(guān)病害。因此，要求清檔要按照相關(guān)計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

3.1 拉壓桿模型的計(jì)算

一般規(guī)定驗(yàn)算內(nèi)容構(gòu)形方法，應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的界限為由圣維南原理，常用的構(gòu)形方法，拉桿驗(yàn)算。確定拉桿與壓桿之間的最小夾角應(yīng)該用拉桿來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算，而對(duì)于小于25"節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算拉壓桿模型應(yīng)當(dāng)進(jìn)行按步驟分析計(jì)算。

3.2 如何計(jì)算主應(yīng)力

在材料力學(xué)里，分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)一般用應(yīng)力圓闡發(fā)的方式來(lái)對(duì)材料進(jìn)行系統(tǒng)分析。在受力結(jié)構(gòu)中，任意一點(diǎn)取出一個(gè)正六面立方體，在這個(gè)正六面立方體上，每個(gè)面上出現(xiàn)一個(gè)力，并且對(duì)應(yīng)的相鄰面的力總是大小相等偏向相反。主應(yīng)力就是正六面體里兩個(gè)相鄰的力的協(xié)力；當(dāng)然，因?yàn)槭钦骟w，以是這個(gè)合力大小就是兩個(gè)力的多少加，方向當(dāng)然是兩個(gè)相鄰面（90°）的中分角45°。所以，我們通常會(huì)把一根水平放置的梁的主應(yīng)力偏向看成是沿梁上下緣45°偏向。

3.3 “應(yīng)力”應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算

在橋梁工程項(xiàng)目的“應(yīng)力”中，應(yīng)力應(yīng)當(dāng)按照以下方式來(lái)進(jìn)行具體計(jì)算。設(shè)荷載為P，設(shè)式樣原始截面積為A，“應(yīng)力”也叫作“工程應(yīng)力”就等于P除以A。由于物體也就是建筑工程中的橋梁會(huì)受到外力因素例如：濕度、溫度以及場(chǎng)變等諸多因素干擾，在受到這些因素干擾的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形的狀況，由于力的作用，從而會(huì)使橋梁本身的內(nèi)部之間相互轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生工程應(yīng)力。

3.4 怎樣計(jì)算正應(yīng)力

物體受拉壓和受彎都會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力，分別稱為拉壓正應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力。前者盤算比較簡(jiǎn)單戶即拉力除以橫截面積，單元為Pa。彎曲正應(yīng)力較龐大些，一般通過公式：彎矩除以彎曲截面模量再乘以所求點(diǎn)到彎曲中性面的間隔獲得[1]。

3.5 應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的設(shè)計(jì)方法

關(guān)于應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的計(jì)算是否能夠達(dá)到一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果，對(duì)項(xiàng)目能否起到實(shí)實(shí)在在的作用，其實(shí)在最初的設(shè)計(jì)方法中就能找到答案，如果針對(duì)具體案例能夠使用正確的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，那么不僅對(duì)橋梁項(xiàng)目工程的順利實(shí)施以及舊項(xiàng)目的改建重造都有著很大的現(xiàn)實(shí)意義，而且橋梁的穩(wěn)定性以及耐久性也能夠得到進(jìn)一步的提升。通常應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的設(shè)計(jì)方法分為兩種，拉壓桿模型這一設(shè)計(jì)方法在計(jì)算應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)時(shí)較為常見，這一設(shè)計(jì)在以上我們有所介紹，主要以拉桿、壓桿和節(jié)點(diǎn)三方面構(gòu)成，從而滿足靜力平衡的條件，通過塑性下限定理來(lái)對(duì)承載力進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)也對(duì)抗裂配筋進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得出橋梁的主要應(yīng)力。而另外一種設(shè)計(jì)辦法則是力流線模型，這種設(shè)計(jì)辦法通常是利用解析公式或者是數(shù)值模型來(lái)對(duì)壓力流的走向進(jìn)行進(jìn)一步描述，從而維持力流流管的進(jìn)出平衡，從而計(jì)算出壓力流轉(zhuǎn)向產(chǎn)生橫向拉力或者是壓力。這兩種設(shè)計(jì)辦法都可以計(jì)算出混凝土橋梁中的幾種典型區(qū)域形態(tài)，比如三角齒塊錨固區(qū)、支座區(qū)橫隔梁、后張梁端部錨固區(qū)、小剪跨比蓋梁以及雙排樁承臺(tái)等各個(gè)部分的橋梁的壓力值。

3.6 臨界應(yīng)力的計(jì)算公式

對(duì)于這一部分的計(jì)算是橋梁的具體設(shè)計(jì)中，是否能夠保證橋梁穩(wěn)定性的一個(gè)重要的計(jì)算方式。臨界力是當(dāng)壓桿在各項(xiàng)條件均一致的狀態(tài)下反應(yīng)其承載力的一種標(biāo)的形式。其實(shí)從力學(xué)的角度來(lái)講臨界應(yīng)力既不屬于內(nèi)力，同時(shí)也不屬于外力，臨界應(yīng)力的大小往往和截面尺寸、截面外形、原材料的屬性以及壓桿的長(zhǎng)度等諸多方面密切相關(guān)。往往主要針對(duì)兩種不同桿狀的臨界應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，其中細(xì)長(zhǎng)桿的臨界力計(jì)算通常采用歐拉公式，值得注意的是，只有當(dāng)臨界應(yīng)力不達(dá)材料的比例極限，此時(shí)采用歐拉公式這一計(jì)算公式所求得的數(shù)值才是準(zhǔn)確的答案。而另外一種計(jì)算方式則是對(duì)中長(zhǎng)桿（l2＜l＜l1）的臨界應(yīng)力盤算式，也就是直線公式：scr=a-bl粗短桿（l≤l2）的臨界應(yīng)力盤算式——強(qiáng)度計(jì)算式scr=ss臨界力盤算的一般步驟。

3.7 關(guān)于等效應(yīng)力的計(jì)算

在橋梁工程設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中，等效應(yīng)力主要是針對(duì)原材料在各個(gè)方向上的應(yīng)力差值來(lái)預(yù)估并做出判斷，通過運(yùn)用σ等效=sqrt{0.5[（σ1-σ2）2+（σ2-σ3）2+（σ3-σ1）2]}這一公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

等效泊松比也就是泊松比，雖然在等效應(yīng)力的盤算時(shí)并不會(huì)用到泊松比，不過在盤算mises等效應(yīng)變時(shí)會(huì)用到。在對(duì)泊松比的取時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下兩條原則：a：對(duì)付elastic&thermal strains泊松比取為質(zhì)料的泊松比；b：對(duì)付plastic creep hyperelastic strains泊松比取為0.5。

3.8 “彈性模量”的計(jì)算

通常情況下，在對(duì)彈性體本身來(lái)添加一種外界作用時(shí)，彈性體勢(shì)必會(huì)在形狀的方面產(chǎn)生一定的改變，這種改變就是“應(yīng)變”。有關(guān)于彈性模量的具體計(jì)算方式非常簡(jiǎn)單，就是用應(yīng)力來(lái)除以應(yīng)變。

4 拉壓桿模型

一個(gè)合理的拉壓桿模型最主要的特點(diǎn)是傳力路徑簡(jiǎn)單直接。由于鋼筋的排布不同，一個(gè)鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳力路徑會(huì)被劃分為許多不同的方式。在建立橋梁建筑拉壓桿模型的這個(gè)步驟里，對(duì)傳力路徑應(yīng)當(dāng)本著簡(jiǎn)潔明了的設(shè)計(jì)計(jì)算原則來(lái)進(jìn)行搭建，有不必要的且復(fù)雜的傳力路徑的模型并不在標(biāo)準(zhǔn)模型的范疇之中。因此，為保證建立標(biāo)準(zhǔn)化橋梁拉壓桿模型，就要求拉桿和壓桿之間合理的傾斜角維持在25°～60°之間。拉壓桿中壓桿為理想化的混凝土受壓構(gòu)件。以壓力擴(kuò)散的具體情況作為依據(jù)點(diǎn)，再把模型構(gòu)件分為不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使拉桿轉(zhuǎn)換為受力構(gòu)件，值得注意的是接口的連接處應(yīng)有足夠的錨固強(qiáng)度，不然極易導(dǎo)致鋼筋脆性的病害。在拉壓桿桁架模型中，節(jié)點(diǎn)是各個(gè)構(gòu)件的連接部位。通常一個(gè)節(jié)點(diǎn)處匯集了3個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，根據(jù)受拉或受壓，節(jié)點(diǎn)可以分為CCC、CCT、CTT以及TTT（T為受拉，C為受壓）。

5 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)處于高速變革階段，全球化信息時(shí)代的到來(lái)對(duì)于全人類來(lái)說(shuō)都是一個(gè)新的開端，不管在哪一個(gè)時(shí)代，道路往往是一個(gè)地區(qū)乃至整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。在我國(guó)道路發(fā)展的歷程中，由于我國(guó)幅員遼闊，地理位置各有不同，因此橋梁工程的發(fā)展尤為重要。而在如今的社會(huì)中，我們只有在橋梁工程的建造與修繕當(dāng)中不斷革新技術(shù)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中不斷進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，才能從根本上解決我國(guó)由于交通體量過大加上公路橋梁年限過久等原因造成的橋梁安全性以及耐久性的缺失問題，只有不斷在科技上突破傳統(tǒng)，才能更符合當(dāng)下的社會(huì)發(fā)展局勢(shì)，從而立于不敗之地。