桥梁设计论文范文
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第1篇
夜上海论坛 1三维数字化设计发展与现状
1．1计算机辅助设计系统发展从1963年美国MIT机械工程Coons，首次提出了计算机辅助设计系统（CAD）概念开始，军工、航空航天以及精密制造业等领域就开始了CAD的研究与开发。到20世纪80年代，CAD技术开始走向成熟，并广泛应用于商业领域，开始出现在PC终端系统中。1989年，PTC公司推出Pro／Engineer产品，用参数化的特征设计为CAD三维设计建立了新的标准。此后，随着全球经济的发展，三维CAD设计开始普遍应用于航空航天、船舶、汽车及精密仪器制造业等领域［1－3］。
1．2三维设计应用在国内外的基础建设领域，三维设计技术也正在蓬勃发展，其中在水利水电、公用与民用建筑等行业已经取得较为广泛的应用，初步实现了二维设计向三维协同设计的转换。如图1所示。图1水电厂房剖切视图对于公路工程，特别是桥梁设计领域，CAD设计系统的发展相对较为缓慢，大多还处于二维阶段，或者应用其他主流的三维CAD平台对桥梁结构进行三维展示，中国交通部公路科学研究所研发的桥梁三维造型系统Bridge3D，尝试了采用参数化技术进行桥梁结构外观造型设计。但是，相对于制造行业的参数化、变量化的三维CAD设计系统差距还很大［4－5］。
夜上海论坛 2基于BIM技术的工程设计概念
2．1BIM技术定义建筑信息模型（BuildingInformationModeling，简称BIM）技术和理念由AutoDesk公司于2002年率先提出，它是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟的建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一、完整、逻辑的建筑信息模型［6－7］。BIM是贯穿在工程整个生命周期中，使设计数据、建造信息及维护信息等大量信息保存在BIM中，在建筑整个生命周期中得以重复、便捷地使用，如图2所示。
2．2BIM技术在桥梁工程中的延展BIM的发展是始于建筑行业，但其内涵及外延早已超出了模型的范畴，也延伸出了建筑行业，甚至覆盖了整个工程建设行业。对于桥梁工程而言，可以参考美国国家BIM标准，对桥梁信息模型（BIM）阐释如下：（1）一个桥梁工程物理和功能特性的数字化表达。（2）一个共享有关桥梁建设项目所有信息的资源数据库。（3）一个分享有关桥梁工程的信息，为该工程从概念开始的全生命周期的所有决策提供可靠依据的过程。（4）在项目不同阶段、不同利益相关方，通过在BIM中写入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自职责的协同作业，如图3所示。图3BIM技术支撑的工程范畴
夜上海论坛 3三维数字化设计与二维设计对比
夜上海论坛 对于桥梁设计而言，采用BIM的理念与传统CAD相比，改变的是整个设计流程与设计方法。（1）从线条绘图转向构件布置。（2）从单纯几何表现转向全信息模型集成。（3）从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目。（4）从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计。（5）从单一设计交付转向工程全生命周期支持。对于桥梁设计行业，采用BIM技术不仅仅意味着效率与质量的提升，更重要的是设计方掌握了工程项目最核心的信息模型资源，不仅向业主方提供工程设计服务，而是向全寿命周期内各个工程参与方提供高附加值的服务与咨询，使工程项目的潜在价值向设计阶段前移［6］。
夜上海论坛 4基于BIM技术的桥梁三维设计技术
4．1信息需求的系统分析了解桥梁工程对三维设计技术的需求是建立三维设计系统的基础，虽然其他行业的三维设计技术已经较为成熟，也有了成功的工程案例，但是桥梁工程建设对三维工程信息的要求有自身的特点，并不能将其他行业的工程需求照搬过来。因此，需要重新根据桥梁设计、施工与管理的特点分析其对工程信息的实际需求。只有得到各个工程参与方对三维信息的需求，才能使三维信息模型发挥其在工程建设中的核心数据平台的作用。
4．2信息模型的参数化建立方法三维设计技术的核心是信息化的三维模型，通过前期分析得到各方的信息需求后，如何建立赋含上述信息的三维模型就成为关键。抽象化、变量化、参数化的设计技术是一种高效、直接和便于修改的信息化模型建立方法，该方法的核心思想是把工程项目中具有特征变化的图元要素的特征值抽象为某个函数的变量，通过修改变量值，或者改变函数实现算法，就能够获得赋含各种信息的模型。主要工作在于寻找各类要素的特征变量及其与整个模型的逻辑函数关系［8－10］，桥梁三维模型如图4所示。
4．3CAD－CAE信息共享技术桥梁设计的重要特点是结构计算分析在设计中占有极其重要的位置，计算分析结果决定了主要构件尺寸与构造形式，桥梁结构计算工作量在整个设计流程中占据较大的比例，对于复杂桥梁甚至是控制性的节点工作。因此，实现设计平台与计算平台的信息共享乃至无缝结合，对提高设计效率有着积极的作用。
夜上海论坛 4．4数字化工程的交付方式与标准数字化虚拟工程移交是三维设计发展的必然结果，因为传统的二维图纸载体已经被全信息模型所取代。基于BIM技术的桥梁工程设计产品是一个包含了各阶段、各参与方所需信息的核心数据模型，这就需要针对不同信息接收方制定不同的产品交付方式与标准，交付方式与标准的确立，标志着三维设计阶段转向了三维信息化的施工与运营管理阶段。
4．5一体化协同设计与管理技术从单点、离散式的分布设计转向基于同一模型的一体化协同设计是BIM技术的重要标志，对于项目管理的效率与质量有着质的提升。同时，协同设计不仅仅指设计方内部的流程与设计过程管理，还包括设计产品交付、进入施工与运营阶段后的协同信息交流与管理，甚至可以延展到工程全寿命周期内的各个参与方的协同工作。只有掌握了一体化协同设计与管理技术，才能发挥三维数字化设计对工程全寿命周期的技术支撑作用［7］。
夜上海论坛 5三维数字化设计发展存在的问题
（1）全行业对三维数字化设计的认识有待统一。目前整个交通建设行业的三维设计刚刚起步，政府主管部门、工程业主单位、设计单位与施工单位等各方对三维设计的理解与需求是不同的，而以上各方都应该是三维设计的参与方，也是受益方。因此，在交通行业发展三维数字化设计需要全行业对其有一个统一的认识。（2）从设计单位看，意味着设计习惯、工程流程与管理体系的再造。二维设计向三维设计的转变，必然是一个缓慢的过程，大干、快上不符合技术发展规律。在三维设计起步阶段，由于设计人员的技术不熟练，设计系统不够完善，管理体系还不健全，可能会导致工作效率降低。因此，需要在工作中寻找发展与稳定生产的平衡点，这是一个不断摸索、发展与调整的实践工作。（3）从整个交通建设流程看，各个环节的发展节奏不一致。目前交通行业三维数字化的工作与重点集中在设计阶段，大部分的实践工作由设计院承担。但是，设计阶段只是工程建设的中间环节之一，其设计基础数据的获得要依靠前期的规划与勘测方，后期产品要交付于审查与施工方，如果各个环节发展脱节，就难以发挥三维数字化的优势。所以，三维数字化技术的变革比当年“甩图板”工程涉及的范围更广，难度也更大。
6结束语
第2篇
桥址区地形较平缓，跨越的沟渠中部局部地段为负地形，大致呈锅底状，雨季排水较为不畅通，并经常存有死水滩，随后几日，缓慢下渗至地下深处。根据原始勘察资料，桥址区0～10.0m范围内黄土（粉土）具Ⅱ级非自重湿陷性（中等），湿陷系数δs=0.023～0.080，自重系数δzs=0.015～0.034，自重湿陷量Δzs=6.19cm，总湿陷量Δs=56.88cm，桥台基础持力层位于该地层上，虽采用0.5m厚灰土垫层进行地基处理，但处理范围仅在基础之下局部范围内，对基础周围地表水的下渗未起防水作用，从而使地表水扩散运移至基础以下湿陷性黄土之中，在荷载作用下，产生湿陷下沉。其下沉速度较为缓慢，且随季节具有一定的规律，在雨季期间，下沉较迅速，雨季后地下水下渗至地表深处时，下沉较为缓慢或停止。根据地勘报告,基底附加应力为203kPa，第一层土的平均附加应力+自重应力约为124.5kPa，大于9.4m以上土层的湿陷起始压力，故第一层土在上部荷载作用和浸水状态下，0～9.4m范围内将会产生附加湿陷变形，变形量为56.88-2.46=54.42cm。据以上综合分析，桥台地基沉降量主要由湿陷变形量和土层压缩变形量组成，其总的变形量为54.42+8.223=62.64cm，目前已沉降约33cm，完成总沉降的52.7%，以后还会继续下沉，因此对其进行加固是非常必要的。
2桥梁的加固设计
本文针对其出现的桥台整体沉降的病害提出了两个具体加固方案。
2.1方案一
a）在原两侧桥台前1.35m加设双柱式桥墩，形成（1.7+12.6+1.7）m跨径的双悬臂板结构,桥台的支撑作用慢慢消失，新的柱式墩主要起支撑主梁作用，b）铲除后期养护逐年增加的沥青混凝土，以减轻上部恒载，利用液压顶升设备将空心板抬升，恢复原桥面的设计标高。c）在墩顶原铺装层增设一层直径25mm的钢筋网用以承担墩顶负弯矩。d）墩盖梁达到设计强度后，顶升主梁，落梁于墩顶支座上，形成双悬臂结构，完成体系转换。e）将原桥的背墙和侧墙均相应进行加高，原桥台基础周围需做防水封闭处理，以防止其继续渗水下沉。
2.2方案二
夜上海论坛 a）先采用直径为127mm的钻头钻孔，钻孔按梅花型布置，孔间距为1m，钻孔深度为7m，要求钻孔必须穿透原桥的扩基底部，用直径为127mm的PVC管做护壁。b）通过PVC管将直径为110mm，长度为8m钢管桩垂直击打到原桥扩大基础底以下8m处，利用钢管桩加固原有桥位处的地基，通过桩土复合作用共同承担桥梁的上部荷载。c）为了减轻上部的自重，铲除原桥面沥青混凝土铺装25cm，利用液压顶升设备将主梁进行顶升，梁下垫增高度为25cm焊接好的槽钢，同时更换原桥支座。d）待主梁放下与支座紧密结合好后，需对桥台处进行桥面连续的施工，浇筑钢筋混凝土和沥青混凝土，重新摊铺沥青混凝土铺装层。e）原桥台基础周围需做防水封闭处理，以防止其继续渗水下沉。
3设计方案比对
夜上海论坛 针对前述桥梁病害以及现行桥梁规范，为彻底消除隐患，保证现有桥梁的正常使用，本文拟定了两个加固设计方案。
4结论
第3篇
夜上海论坛 上个世纪末我国公路建设高速发展，而在全国进行大范围公路建设中因为桥梁桩承载力好，节省用料和人力的优点得到广泛运用。桥梁的桥体的承载力主要就是靠桥梁桩来承担，因此桥梁桩的基础加固是公路工程建设的基本保障。尤其是在我国这种地形地质条件相对复杂的山区，公路桥梁路段多且承载量要求较高。但是，我国大范围的桥梁桩基本上是钢筋混泥土进行建设的，很容易出现一些问题。1）水分的自然侵蚀。首先是钢筋混凝土中的钢筋极容易被渗透的水分侵蚀，破换钢筋的支撑力。当水分的侵入混凝土中的时候还会因为同碱性的水泥融合产生膨胀力，甚至导致混凝土裂开从而破坏掉整个桥梁桩，这个时候就会影响到整个桥梁的稳固，因此仅仅是自然的长时间的侵蚀就会造成整个桥梁桩的不稳定。2）极端气候的破坏作用。除了水分的渗入会导致桥梁桩被破坏，低温作用到水上会导致混凝土结构桥梁桩小孔中的水分结冰膨胀。而长时间的气温变化作用的不断循环，就会导致混泥土结构的逐渐剥离甚至瓦解，事实上这个过程并不长，尤其是在地质和气候比较复杂的地区，因此要特别注意防范和处理这种情况的发生。
2加固桥梁桩方法
夜上海论坛 桥梁桩对整个桥梁乃至整个公路的运行的重要作用不言而喻。因此在防范桥梁桩的损害问题上，必须迅速采取积极的应对处理方法，而这些方法必须是科学地针对桥梁桩的特点和问题，能够切实地保障桥梁桩的稳固，主要从以下三个方面坚持：1）做好防范工作。为了保障桥梁的稳固性，除了针对进行桥梁设计之外，桥梁桩的本身质量要进行较为严格的鉴定并且明确后期追加的加固的方案。加固设计方案无外乎三个方面：硬度方面，强度方面和持久度方面。首先在硬度方面就是桥梁桩建造的稳固性；强度方面就是确定保证桥梁桩的整体性的稳固；持久度方面就是在建造的时候采用耐性良好的同时还要方便之后进行损伤部分的修复。从这三个方面着手，可以比较全面的做好桥梁桩的稳固性的防范工作。2）坚持效益最大化。在工程设计和建造中最基本的原则除了安全稳固之外就是经济，以最小的原料和人工投入获得最优的经济效益，这就要求工程建造人员在桥梁和建设的时候做到效益最大化。3）务求实事求是。在公路建设前桥梁桩做好各项加固工作之外还必须实事求是，不能盲目加固浪费工程建设。合理的加固技术必须在原有的公路建设基础上不仅起到实际加固的效果还可以有效控制工程再建的风险，降低工程建设的成本。
夜上海论坛 3桥梁桩加固设计的基本方案
3.1增加桩基进行加固
夜上海论坛 为了保证公路桥梁的整体的安全性，增加桥梁桩和扩大整个承台的承载范围和作用力，可以在桥梁桩基的载重能力不足采用。准确来讲就是将原来的桥梁桩的承重进行扩大并且可以增加新的桥梁桩，这样就可以提高桥梁桩的承载能力并且增加整个桥梁工程的稳定性。这项方法不仅能够节省工程工作量，并且有着较为明显的加固效果，但是它的局限性就在于为了达到加固效果会对原有的交通运行情况有所影响，因此也要考虑到它的实际操作性。
3.2桥梁桩基自体加固法
这个方法是在原有的混凝土桩基础上进行加固，尤其是直径偏小的钢筋混凝土桥梁桩。因此这种方法不仅施工工程相对较小还提升了桥体的承载力。很多县城上的小桥都是采用这种结构，工程实例上来说，某县的公路桥桥宽近六米，桥梁桩为钢筋混凝土结构，随着经济的发展还有桥梁的自然消耗，桥梁本身需要进行拓宽处理，而相应的桥梁的稳固性要求增加。
夜上海论坛 3.3桥梁桩的本身修补加固法
顾名思义，这个方法主要是针对已经出现受损状况的桩基进行修补处理，从而增加桥梁桩的本身的强度，硬度和持久性。从工程实例上面来说，有一驾桥梁在建设初期河流比较充沛，受侵蚀情况相对比较严重。而最近几年河流河床下降，桩基状况比较明显，尤其是桥梁桩的本身混凝土的表面受到较为严重的侵蚀，甚至钢筋也因为桥梁转的而发生锈蚀，桥梁桩的承载力受到非常严重的损害，整个桥身的安全性也得不到有效地保证。经过多重的分析和方案选择，还有实地的调研考察，最终决定采用桥梁桩修补加固法对整个桥身进行修补加固。首先要调查和考评所有桥梁桩的受损情况和修补范围，然后再通过钢筋水凝土的修补和浇筑封装桥梁桩和桩基。这个办法不仅可以修补损害严重的桥梁桩，而且对桥梁桩的本身强度的增加有着较为明显的作用。这个方法对于承载能力要求不高的桥梁有着较为明显的作用，在大范围的同类工程问题中值得借鉴和推广，有助于为我国桥梁工程建设节约资源。
夜上海论坛 3.4扩大桥梁基加固法
夜上海论坛 这个方法是从整体的结构方面来进行加固的，桥梁桩的加固和桥梁基紧密联系在一起。这样一来整体上的稳固性能够更加全面的增加桥体的稳固和安全。举例来说，某个交通桥梁在进行年度检测的时候发现桥梁桩桩体破坏比较严重，有比较严重的被侵蚀的损害现象，并且钢筋也因此暴露出来，混凝土的上还出现了空洞现象，这样一来明显降低了桥梁桩的整体承载能力，并且整个桥梁的桩基承受力也随着降低，因此进行加固处理是十分必要的。
4结束语
