波折腹板组合结构桥梁毕业设计

摘 要：本文通过对波折腹板钢与组合结构桥梁毕业设计现状以及问题的分析,结合既往毕业设计的教学经验,从弥补学生组合结构知识、规范设计思路、鼓励学生创新与工程实际相结合等方面对波折腹板钢与组合结构桥梁毕业设计的改进提出了建议,为本科生波折腹板钢与组合结构桥梁毕业设计的实施做出探讨.

关 键 词：波折腹板；组合结构桥梁；毕业设计；探讨

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）35-0186-02

一、引言

毕业设计有助于学生熟练所学专业知识,培养学生独立分析、解决实际问题的能力,有利于学生使用软件、树立正确的工程意识,是实现本科生培养目标的重要教学阶段,是衡量学生所学知识的重要评价内容.本科生毕业设计可以使学生的素质和动手实践能力提升,对学生以后的发展有着重要的作用,因此对本科生毕业设计的指导有着重大的意义.钢与混凝土组合结构作为仅次于钢结构、混凝土结构的第三种结构形式,利用钢结构和混凝土结构的优点,以达到充分利用材料特性的目的.桥梁工程课群组本科生系统地学习钢与组合结构桥梁基本知识,进行课程设计和毕业设计有着重要的工程意义.

二、波折钢腹板组合桥梁

为了减轻下部结构、地基和基础的负担,减小桥梁结构自重,提高桥梁结构受力性能,解决混凝土箱梁顶底板的温差及其腹板的干燥收缩、徐变等引起的应力集中问题,法国工程界提出用弯成波折形状的钢板代替混凝土腹板,与混凝土顶底板形成组合箱梁体系新型结构,由混凝土顶底板、波折钢腹板、横隔板、体内外预应力钢筋或钢索等构成,如图1所示.

波折钢腹板组合箱梁主要利用波折钢腹板较高的抗剪承载性能抵抗截面剪力,混凝土顶、底板单独承担截面弯矩；通过波折钢板的自由伸缩变形减小预应力施加量.波折钢腹板箱梁恰当地将钢、混凝土两种不同材料结合起来,提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率,在国内外具有很强的生命力,是因为这种结构具有许多优越性：（1）波折钢板充当腹板,使得箱梁自重大为降低,大约可以减轻20%-30%,从而可以增大跨径、减少基础用量；（2）波折钢腹板纵向刚度较低,因此对上、下混凝土板的徐变、干燥收缩变形不起约束作用,避免预加力向钢腹板的转移,大幅度提高施加预应力的效率；（3）波折钢板具有较高的抗剪屈曲能力,因而可以做得很薄,且无需纵横向加劲；（4）波折钢腹板制作可以实行工厂化,并且伴随着自重减轻,架设施工容易；（5）波折钢腹板使桥梁具有较强的美感,易与周围的环境相协调,是山区、风景区较好的桥型选择；（6）采用体外预应力筋方式,可免除在混凝土腹板内预埋管道的烦杂工序,缩短工期,使施工更加方便,利用传统的施工设备和方法就能完成桥梁架设,对于因工期受到制约的地区,施工非常有效.

随着我国钢桥和组合结构桥梁技术的发展,越来越多的波折腹板组合结构桥梁应用于工程实际.对于即将进入设计、施工工作岗位的土木工程专业毕业生,通过毕业设计初步了解这种新型组合结构桥梁的特点,基本掌握该类型桥梁的设计、计算流程,为今后该新型桥梁的大力推广奠定基础.

三、现存问题分析

1.结构新颖,设计难度较大.波折钢腹板组合箱梁桥在国外获得了工程界的广泛关注,相关的学术研究和工程实践与创新也是方兴未艾.我国对于波折钢腹板组合箱梁桥的研究起步不久,理论研究相对滞后,波折腹板组合箱梁在受力机理、构造措施和设计、新型连接构造及施工方法仍需要系统的理论分析和试验验证来逐步解决,本科生进行波折腹板组合结构桥梁毕业设计,难度较一般混凝土桥梁设计大.

2.学生对组合结构力学知识了解较少.土木工程专业本科生在土木大类基础课程中,进行了《结构设计原理》《混凝土结构基本原理》和《钢结构基本原理》的学习,对钢与混凝土组合结构知识了解较少,基础知识不扎实、牢靠.

四、改进方法

1.弥补学生组合结构知识.在进行波折腹板组合结构桥梁设计之前,通过波折腹板桥梁的图片、视频等多媒体手段结合工程实例对该新型桥梁的设计特点以及细节构造等进行介绍,使学生从感性角度认识与了解这种桥型的特点、优点以及与常规桥梁的不同点.其次通过现场参观实际工程,设计与施工代表现场讲解加深学生对波折腹板桥梁设计流程与施工方法的认识.最后结合讲座学习、答疑为辅的方法,让学生了解组合结构连接件的类型,学习波折腹板桥梁的剪切性能、弯曲性能、扭转性能、长期性能、动力性能及连接性能,掌握焊钉连接件及开孔板连接件极限承载力以及抗剪刚度计算方法,为波折腹板桥梁的毕业设计打下理论基础.

2.规范设计思路.通过介绍国内外波折腹板组合桥梁的设计规范,包括美国AASHTO规范、欧洲E规范、日本波折钢腹板组合结构桥梁设计指南,以及我国目前正在修订的波折腹板组合桥梁设计指南,熟悉该新型桥梁的设计流程以及设计相关内容.综合各规范与指南的相关规定,将波折腹板组合结构桥梁设计分为混凝土构件设计、波折腹板设计和连接件设计三部分,指导学生从桥跨布置、方案必选、混凝土构件尺寸拟定、波折腹板尺寸拟定、连接件布置设计、施工阶段力学性能验算、成桥阶段力学性能验算分步进行,对学生进行阶段辅导和检查.

3.鼓励学生创新.波折钢板不仅局限于替代混凝土腹板应用在组合箱梁结构,而且具有新的应用价值,通过为学生讲解及剖析波折腹板与管状翼缘I-型梁,波折钢腹板钢管混凝土梁,波折钢腹板钢管混凝土拱,波折钢腹板悬臂挑梁的钢-混凝土组合脊骨梁,蜂窝组合结构梁等工程创新实例,开发学生大脑,鼓励学生进行创新.

4.与工程实际相结合.指导学生运用桥梁博士、Midas、ANSYS等桥梁结构计算软件,与企业合作,让学生的毕业设计与实际工程相结合,让学生更加真实地了解实际工程的设计,培养学生的集体意识和互相协作能力,提高学生独立钻研和学习的能力.

毕业设计有助于学生熟练所学专业知识,培养学生独立分析、解决实际问题的能力,有利于学生使用软件、树立正确的工程意识,是实现本科生培养目标的重要教学阶段,是衡量学生所学知识的重要评价内容.应进一步通过探讨波折腹板钢与组合结构桥梁理论与毕业设计内容的结合,并融入相关工程背景,鼓励学生多思考,激发学生创新的热情.