道桥工程概论十篇

道桥工程概论篇1

概念设计概论。概论当中，首先整合了桥梁工程的知识体系，介绍了桥梁的基本组成和分类；然后介绍国内外桥梁的最新发展动态。并从中国桥梁建设当中出现的问题的角度，说明概念设计的目的、意义和重要性。最后介绍了《桥梁概念设计》中安全、适用、经济、美观、耐久、环保的原则及其含义，并详细阐述了如何建立创新理念。

桥梁美学设计。美学是人们对于美和丑的认识，虽然不同人拥有不同的看法，但是美学还是有其一般性的规律。在桥梁美学设计当中，首先介绍了东西方美学的哲学基础，提出了桥梁美学的五个基本原则———“多样与统一”“、比例与匀称”“、平衡和和谐”以及“韵律与协调”。并针对桥梁，提出了概念设计中的美学考虑和处理方法。最后，介绍了桥梁美学设计的实例。

设计构思和总体布置。设计构思和总体布置是《桥梁概念设计》中最为关键的环节，是生成概念方案所必须有的过程。设计构思主要是分析桥位处的自然条件、技术条件、人文条件、社会条件，进而对桥梁总体设计进行设计。①自然条件。自然条件主要包括河势、水文、气象气候、地形地貌、地质水质和地震这七个方面。在概念设计阶段，这些资料的应用一般有两个方面：一方面，在理解消化这些资料的基础上，抓住核心要素和控制条件，形成构思和布局的雏形；另一方面，用于总体和关键构件的宏观、控制性的计算和分析，来验证和调整先前的构思和布置。②技术条件。经过近200年的发展，桥梁的上部结构和下部结构已发展形成了一些较为成熟的形式，在当今技术条件下，这些不同类型的上部结构和下部基础都有着各自的适用范围，在桥梁概念设计的初始阶段，我们应当尽可能地根据桥梁所处的自然条件，选择最为合适的上部结构和下部基础。③人文条件。人文条件主要是指桥梁所处地区的历史文化背景和该区域的桥梁使用者对于美的诉求。桥梁作为一种永久建筑物，除了跨越功能之外，其景观功能也是其功能的一个重要方面，在某些情况下，尤其是城市桥梁当中，桥梁的景观功能可能是其最为重要的一个方面。只有在这些准备工作做好之后，才能够根据“变化与统一”、“比例与匀称”、“平衡与和谐”，“韵律与协调”这些基本的美学基本原则，设计出满足人们人文诉求和美学要求的美的桥梁。④社会条件。社会条件主要是指桥梁的使用功能、桥梁的经济性。使用功能包括交通功能、航运功能。交通功能方面，对于公路桥梁、铁路桥梁和城市桥梁，其荷载标准和建筑界限不同；不同的航道等级和通航标准对应的通航净空也不相同。经济性方面，不同的桥型、总体布置、基础方案和施工方案对于桥梁的经济性能均有影响。

4.结构安全验证。在结构安全验证中，介绍了桥梁的荷载，讲解了结构分析的一般方法和结构的强度、刚度、稳定性、动力特性的验算，然后介绍了桥梁耐久性设计的一般原则和耐久性验算的方法。5.工程案例分析。通过分析《桥梁概念设计》的工程实例，来完整的介绍桥梁概念设计的流程，以及各个步骤当中应当注意的问题，使学生在掌握全局的同时不忽略细节。

概念设计教学特色

同济大学桥梁系在国内土木工程专业首先开展了概念设计的课程，作为桥梁工程教学改革的一部分，这门课程尝试了一些新的教学方法。具有以下几个方面的特点。

1.强调桥梁创新和美学设计。通过概论，首先强调《桥梁概念设计》中创新的重要性，从总体布局、结构体系和局部构造三个层次引入创新理念。并分别配以工程实例，深入浅出，强化了创新和美学设计在桥梁设计中的重要性，引导学生在创新和美学方面进行思考。如在讲解从总体布局的角度创新桥梁设计时，列举了某高新区中央岛的桥梁概念设计。由于该区域是交通道路上的重要视觉节点，连岛的两座桥梁需要表现出磅礴的气势和很好的视觉冲击力，常规桥梁无法表现这一特征。虽然可以通过大跨度悬索桥、斜拉桥凸显气势，但是桥位处没有大跨度斜拉桥的要求，同时，大跨度桥梁经济上也不合理。通过总体布局的创新，采用建筑学上借势造景的技法，将一座常规大跨度桥梁一分为二，分别放在南北两个河道处，中间道路形成虚拟的桥梁中跨，远处观看，如同一座十分宏伟的大跨度悬索桥，既凸显了气势，又满足了经济合理的要求。

2.注重讲解概念性的原理。传统的桥梁工程注重从力学计算方面推导出一些公式，通过公式里的参数分析来讲解桥梁工程中的基本力学原理。在《桥梁概念设计》的教学当中，复杂的力学计算不是重点，因为其与概念设计注重概念的理念背道而驰。相反，概念性的原理才是重中之重，一方面，概念性的原理便于理解性记忆；另一方面，如果概念设计不合理，将直接导致后续力学计算结果出现问题，进而需要返工或者通过额外措施解决出现的问题。例如，在讲解桥梁结构体系对于桥梁受力性能的影响时，列举了作者设计的昆山玉峰大桥的外部约束、内部链接和刚度分配处理方法的例子。%%昆山某区域需建立一座城市桥梁，通过概念分析，拟建立一座斜靠拱桥。由于该区域为软土地基，无法承担水平推力。因此，主拱圈采用无水平推力的系杆拱（外部连接），主拱圈承担主要的恒载，主拱圈斜靠拱共同承担活载（刚度分配），进而解决了软土地基的问题。在讲解主拱圈和主梁之间的内部连接方式时，同样也采用了重视概念、简化计算的教学思路。由于主梁为双边箱钢箱梁主梁，在纵横梁上搭设混凝土预制桥面板，桥面板之间通过现浇段和横纵梁上的剪力钉连接，因此在拱梁交接处存在着负弯矩区段，会导致桥面板开裂。为了解决这个问题，主拱圈和主梁之间采用铰接的连接方式，释放了负弯矩；同时，等主梁支架拆除后再浇筑现浇段，通过让混凝土桥面板和钢主梁在不同的阶段参与受力，也减小了拱梁连接处的桥面板拉应力，防止了桥面板开裂。由于一般的系杆拱桥主梁为混凝土箱梁，可以张拉预应力，因此拱梁交接处主梁拉应力不是设计的关键因素，但是在玉峰桥中，在混凝土桥面板中张拉预应力较为困难，因此采用了释放拱梁之间弯矩的铰接的连接方式。

3.教学结合工程实际。以上两个例子，只是《桥梁概念设计》课程教学当中所举的众多例子的一个缩影。为了改变传统桥梁工程教学时，学生只知其然，不知其所以然的状况，在《桥梁概念设计》教学中加入了众多的工程实例，讲解出原因，让学生加深理解，加深印象。例如，在介绍悬索桥抗风问题时，列举了著名的“塔科马大桥风毁”事故，并从悬索桥的计算理论发展的角度，解释了塔科马大桥发生风毁的背景。在线弹性理论当中，不考虑结构变形对于平衡的影响，因此主梁高度很大；随着挠度理论的诞生，人们发现主梁的刚度对于悬索桥的整体刚度贡献不大，最终，从曼哈顿桥到金门大桥，悬索桥主梁高度越来越小。到塔科马大桥时，主梁高跨比只有1/350，主梁形式为抗扭性能差的双边主梁开口断面，最终导致主梁发生风致颤振破坏。这种结合工程事故发生的理论发展背景的讲解思路，让学生的理解更为深入。

4.整合知识体系。通过一个完整的桥梁概念设计流程，学生明白了本科所学课程在桥梁概念设计中的作用以及各个课程之间的关系，进而达到了整合学生的知识体系的目的；同时，概念设计当中历史文化、美学诉求方面的人文内涵需要学生提高综合素质，耐久性、环保以及全寿命设计思想要求学生进一步学习相关知识，从这个角度来说，概念设计也起到了引导学生学习方向的目的。

5.注重学习与实践相结合。让学生更深入地理解《桥梁概念设计》，最好的方式是让学生参与到真实的桥梁概念设计当中。在教师指导下，学生参加桥梁方案竞赛是一个很好的方式。从同济大学桥梁系开设《桥梁概念设计》课程以来，历届学生分别参加了广东省虎门二桥、北京长安街西延永定河桥、北京通州运河区北运河桥和通惠河桥的国际方案竞赛。在参与竞赛的过程中，学生对桥梁概念设计的流程有了更深入地理解，同时也增强了实践能力。下面介绍了长安街西延永定河桥梁的概念设计。桥位位于首钢工业改造区，该区域规划功能定位为北京西部综合服务中心和后工业文化创业产业区。桥位北部为被誉为“燕都第一仙山”的石景山，西岸为门头沟滨水商务区，功能以商业服务，文化娱乐为主。

大桥跨越永定河莲石湖，该湖注水后，形成湖滨绿色生态走廊。概念设计当中，石景山、永定河和首钢是不可或缺的三个元素，桥梁应当与这三个元素相互融合，构建出“一山、一水、一桥，一部钢铁史”的和谐篇章。①跨径布置。桥位处控制桥梁跨径的主要因素有：路线与河道及两侧道路斜交53度；东侧跨越丰沙铁路和东滨河路（红线宽度40米）；西侧跨越河堤路（红线宽度30米）；河堤处不能设置桥墩。因此，采用东侧一跨跨越丰沙铁路、东滨河路和东河堤，西侧采用一跨跨越西河堤及西河堤路，最小跨径均为120米。河道中桥墩设置不受通航影响，但需要考虑排洪的作用，桥位处上下游桥梁跨径均为40米左右。②桥型选择。

桥型选择考虑结构的外形与周边环境相符，控制结构的高度，是的结构与石景山和山下的首钢厂区高度协调，不遮挡永定河自南向北的视觉走廊。根据跨径布置，梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可行的。③横断面布置。桥位处道路规划红线宽度为80米，若采用单层桥面布置，桥面宽度约为60米；若采用双幅桥面布置，桥型选择限制较多，如采用横向四片拱肋的拱桥，景观效果不佳；如采用双层桥边，可以使桥宽变为30米左右，同时具有许多优点。非机动车道、人行道和车行道分离，为互通立交的实现提供了很好的条件；双层桥面的下层人行道、非机动车道可以与东滨河路实现平交，方便了行人。④概念生成图3创新总体布局的悬索桥效果

（a）效果图

（b）结构简图

图4玉峰桥与选择。梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可选桥型，根据上述分析，概念生成了十四个比选方案。从安全适用、结构布置的合理性与经济性、与环境的协调和美观、可设计性和可施工性、耐久环保五个方面进行综合比选打分，最终概念选择了五跨连续桁架拱桥方案、斜拉桥和梁桥组合方案、斜拉桥和拱桥组合方案，进行下一步的设计。以下为三个方案———锦绣河山（五跨连续桁架拱桥方案）、日月同辉（斜拉桥和梁桥组合方案）、龙凤呈祥（斜拉桥和拱桥组合方案）的效果图。⑤概念设计。下面简略介绍锦绣河山方案极其概念设计。

美学处理方面，五跨连续桁架拱桥方案主梁和拱肋均采用钢桁架形式，厚实的金属质感让人们感受到首钢改造区曾经辉煌的钢铁文化。桥面以上主拱圈的高度近似按照黄金分割比设计，犹如连绵起伏的山峦，突出了锦绣河山的主题。桥头堡外形也同样进行了美学优化，参照石景山上宝塔的形象进行了处理。主桥为采用双层桥面的梁拱组合体系，各跨拱脚均采用固定铰支座约束。主梁宽度为32.6m，高度为6.5m。上下桥面每隔6m设置一道横梁，梁高1.5m。采用正交异性钢桥面板，主梁上吊杆间距为6m。除拱肋的风撑与弦杆，腹杆与弦杆采用高强螺栓连接外，其他钢构件采用焊接连接。基础采用钻孔灌注桩。

永定河大桥概念设计是国际方案竞赛，有六家国际知名设计单位的十八个方案参加竞争，最终有六个方案入围。作者指导学生所完成的三个方案均得以入选。部分竞争者的方案因采用大跨、奇异的造型来标新立异而被淘汰，而学生们所完成的方案思路清晰、考虑的因素较为全面，创新性、经济性均较好，设计方案外形也比较优美，因此得以入围。在前面提到的另外两个国际比赛中，学生们的方案也获得了第二和第一名。参加比赛既提高了学生的学习积极性，也达到了《桥梁概念设计》的教学目的。

学生反应

本文第二作者作为《桥梁概念设计基础》课程的学生，也切身体会到了《桥梁概念设计》不同于传统的灌输式教学。传统的桥梁教学思路只重视结构计算，而《桥梁概念设计》重概念、重视原理、重视讲解思路，重视用实例说明抽象的问题。这些教学思路对于学生的理解十分有益。同时，提高了创新和美学考虑在桥梁设计中地位，让听课的学生认识到，新的桥梁设计理念需要工程师从传统的桥梁计算工程师转变到桥梁创新设计工程师甚至是桥梁建筑师，让其更为重视自身的人文修养和综合素质发展。

道桥工程概论篇2

关键词：路桥设计；耐久性；可靠性；分析

中图分类号：TU997 文献标识码： A

近年来我国经济快速发展，人们对出行的需求越来越多，由此也带动着我国交通事业的快速发展，私人汽车数量的不断增加。与此同时城市道路供给与运输需求的矛盾也日益尖锐，不少城市的道路桥梁已经很难满足日益增加的运输需求，出现超负荷疲劳运作的现象，加之部分车辆存在超载，道路桥梁病害问题时有发生。路桥病害的发生不仅缩短了其使用寿命，给国家和人民带来巨大的经济损失，还为交通运输安全埋下了隐患，近年来由于路桥坍塌造成的事故也时有发生。

1、桥梁结构设计的耐久性问题

许多设计人员理论水平欠缺，对设计理论的理解深度不够，设计时生硬的套取规范和采用标准图式，而忽视从结构体系结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性和耐久性。设计人员主观能动性表现欠缺，实践经验不足，本本主义思想较严重。用静态思维去解决不断进步发展的技术问题，桥梁在不同的环境和使用条件下和不同的设计对象都会对结构体系得出不同的布局和构造要求，规范再详细也不能代替应由设计人员解决的各种问题，规范更新再快

也适应不了新技术、新材料、新工艺快速发展对结构设计提出的各种新要求，目前的设计可视为静态设计，过于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力而对使用期实际的性能表现随时间的劣化缺乏足够的认识和考虑。从经济性上讲，考虑建造成本多，而忽视了营运的维护成本和与使用寿命相对应的成本效益，因此，合理可靠的结构设计除了满足规范要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识。

2、桥梁结构设计的可靠性问题

结构设计要解决的根本问题是：在安全适用与经济合理之间选择一种合理的平衡，力求以最经济的途径，使建造的结构满足下列各项预定功能要求：①正常施工和使用时，结构能承受可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时和发生后，结构能够保持必需的整体稳定性；②在正常使用时，结构具有良好的工作性能，不会产生过大的裂缝和变形；③在正常维护下，结构具有足够的耐久性能，不会过早地发生破坏。在上述功能要求中，第一项关系到人身安全，因此称其为结构的安全性；第二项关系到结构的适用性；第三项关系到结构的耐久性。安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。结构可靠性的数值度量用可靠度，其安全性的数值度量则用安全度。静态和瞬态动载作用下结构可靠性研究的重点是结构的安全问题，循环荷载作用下结构可靠性研究的重点通常是结构的耐久性问题。

桥梁可靠性设计研究内容是：在结构承受外荷载和结构抗力的统计特征已知的条件下，根据规定的目标可靠指标，选择结构（构件）截面几何参数，使结构在规定的时间内，在规定的条件下，保证其可靠性不低于预先给定的值。可靠性的数量描述一般用可靠性。我国对结构可靠性的研究只限于理论方面，且侧重于可靠性设计方面，对结构耐久性方面的研究，特别是对耐久性评估理论的研究还很落后。实际上对现有桥梁结构作出正确的可靠性评估，准确预测出其剩余寿命，才能保证结构在寿命延续期内的安全性，节省大量的维修加固资金。

我国在桥梁设计过程中，存在着考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态不重视使用极限状态；重视桥梁结构的建造而忽视其检测和维护，使结构安全性存在不同程度的隐患和缺陷。近几年来，国内发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件疲劳损坏（如结构开裂、变形过大等）所导致，从而严重影响桥梁结构的承载能力和使用性能。为了保证桥梁安全运营、延长其使用寿命以及提高桥梁的安全性和耐久性，减少早期桥梁病害，从而节约后期桥梁的维修费用，因而对桥梁结构可靠性的研究非常必要和迫切。

3、桥梁结构可靠性设计

结构设计方法从可靠度理论来说，基本上可分为经验安全系数设计法和概率设计法两类。经验安全系数设计法，是将影响结构安全的各种参数按经验取值，一般用平均值或规范规定的标准值，并考虑这些参数可能的变异对结构安全性的影响，在荷载与强度计算中再取用安全系数x。概率设计法则是将影响结构安全的各种参数作为随机变量，用概率论和数理统计学来分析全部参数或部分参数，或者用可靠度分析结构在使用期限内满足基本功能要求的概率。当前的发展趋势是，结构设计正逐步由经验设计法向概率设计法转变。在目前阶段，按其发展进程国际上通常将基于可靠度的设计划分为3个水准，即水准I、水准Ⅱ和水准Ⅲ。

3.1水准I—半概率设计法

这一水准设计方法的特点是，虽然在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则，然而，它把荷载和抗力分开考虑，而不是从结构构件的整体性出发考虑结构的可靠度，因而无法触及结构可靠度的核心—结构的失效概率，并且各分项安全系数主要依据工程经验确定，所以称其为半概率设计法。目前我国大部分现行公路桥梁结构和路面结构设计规范所采用的设计理论都属于这一水准。半概率设计法基本上分为如下3个步骤：①按照概率取值原则确定极限状态函数中抗力变量值和荷载变量s的标准值；②半概率地（根据工程实际经验）规定材料设计强度及设计荷载；③由材料设计强度值计算出截面抗力R，由设计荷载计算出荷载效应，并进行判断。

3.2水准Ⅱ—近似概率设计法

这是目前在国际上已经进入实用阶段的概率设计法。它运用概率论和数理统计，对工程结构、构件或截面设计的“可靠概率”，做出较为近似的相对估计。我国《工程结构可靠度设计统一标（GB50153—2008）及《建筑结构设计统一标准》（GB50068—2001）《铁道工程结构可靠度设计统一标准》（GB50216—94）以及《公路工程结构设计统

一标准》（GB/T50283-1999）等采用的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法就属于这一水准的设计方法。虽然这已经是一种概率方法，但是，由于在分析中忽略了或简化了基本变量随时间变化的关系；确定基本变量的分布时受现有信息量限制而具有相当的近似性；并且，为了简化设计计算，将一些复杂的非线性极限状态方程线性化，所以，它仍然只是一种近似的概率法。不过，在现阶段，它确实是一种处理结构可靠度的比较合理且可行的方法。本书第三章将对此予以详细讨论。

3.3水准Ⅲ—全概率设计法，对结构采用较精确的概率分析

对各基本变量，如荷载、材料性能、几何尺寸、计算精度等分别采用随机变量或随机过程概率模型描述，求得结构的最优失效概率直接度量结构可靠性。由于对基本变量的客观规律了解不足，采用全概率法还存在一定困难。目前仅对某些特殊重要结构如核电站等采用全

概率法进行研究分析。结构系统的可靠度分析，许多学者对此从不同角度进行了研究，提出了一些概念和方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷载为Ferry Borges Castanheta组合情况下的计算方法问题；利用系统系数，针对结构各种破坏水平所对应的极限状态不同，计算系统可靠度并进行结构设计的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等，同时，一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之，系统可靠度分析研究内容丰富，难度较大。

参考文献：

道桥工程概论篇3

摘要：市场经济的直接影响是物价的时涨时落，近两年来，我们又面临着新的一轮物价上涨，特别是钢材、水泥、燃油料、当地料、火工品等主要材料的价格上涨对基建行业产生巨大的冲击，许多施工企业面临生死存亡的挑战，定量分析物价上涨等因素对工程造价带来的影响，随时掌握市场经济的变化，作为建设单位可以随时掌握和控制物价因素对建设投资和概算的影响，设计单位可以预测物价上涨对未来几年工程造价影响的大小，施工企业可以做到心中有数，立于不败之地,把物价不稳带来的损失减小到最小，对于项目的成败和企业的发展具有重大意义。

关键词：材料涨价；铁路工程；公路工程；造价影响

        0  引言

        市场经济的直接影响是物价的时涨时落，近两年来，我们又面临着新的一轮物价上涨，特别是钢材、水泥、燃油料、当地料、火工品等主要材料的价格上涨对基建行业产生巨大的冲击，许多企业面临生死存亡的挑战，定量分析物价上涨等因素对工程造价带来的影响是我们必须面临的新的课题，对企业的发展也显的尤为突出和现实。

        1  工程概况

        我们以新建铁路某段工程作为例，该工程路线全长16.395km，管段工程类型多，结构复杂，综合性强，包含了隧道工程、桥涵工程、路基工程、轨道工程等铁路项目的站前工程。

        下面以某新建铁路线某段工程为例进行分析。该段线路全长16.395km,管段工程类型多，结构复杂，包含了路基工程、桥涵工程、隧道工程、轨道工程等站前工程。

        本管段内主要工程量有：路基2381延米；八股道站场1座；桥梁5539.18延米/10座，其中双线特大桥2座、大桥5座（其中包含4线大桥447.65延米/2座），中桥3座；涵洞13座；双线隧道共8264延米/13.5座。

        该项目投标时内部分劈总造价为66125.11万元，其中隧道工程占48.99%，桥梁工程占41.26%，路基工程占9.73%，轨道工程占0.02%，由于轨道工程所占比重很小，本次分析不考虑。

        太中银铁路项目编制办法采用的是《铁路基本建设工程设计概算编制办法》（铁建管[1998]115号文，以下简称“115号文”）及《关于对铁路工程定额和费用进行调整的通知》（铁建设[2003]42号文，以下简称“42号文”），基期价格是《铁路工程建设材料预算价格》（2000年水平）（铁建设[2001]28号文以下简称“28号文基价”），设计概算（投标文件）材料价差已调到铁建设函[2006]2号文关于铁路工程建设2005年度材料价差系数水平；目前太中银铁路项目材料调价方式主要是采用相对于铁路“115号文”“42号文”编制办法的基期价，每年由铁道部材料价差系数进行价差调整，太中银站前工程施工合同中合同价款调整条款中明确铁道部批准调整的有关费用（如材料价差系数调整等）；允许按铁道部的材料价差系数进行价差调整。

        针对太中银铁路项目的特点，由于其材料供应方式为主要材料采用的是甲控料，因此分析时重点考虑了水泥、钢材、当地料、火工品、燃油料五大材料及辅助材料价格上涨对工程造价的影响。

        两个测算小组分别对该段工程进行定量分析的方法，以太中银铁路工程项目概算编制原则为基础，同时采用公路新定额进行施工图预算编制，采用同一时期材料价格，把两个小组的数据用归纳统计的方法分析各种涨价因子对该工程造价的影响。

        2  材料涨价对铁路工程造价的影响

        2.1 材料价格上涨分年度对造价的影响  按照该段工程到目前为止完成的工程量，我们重点分析测算了段工程每半年主要材料价格（含运杂费）上涨对所完成工程量造价的影响，其中：

        2007年上半年段工程完成总价值占合同额10.34%（其中路基工程0%，桥涵工程14.28%，隧道工程9.09%）主要材料上涨到2007年上半年价格水平对总造价影响1.33%，其中对路基工程影响0%，桥涵工程影响1.69%，隧道工程影响1.29%。

        2007年下半年段工程完成总价值占合同额28.43%（其中路基工程1.26%，桥涵工程27.32%，隧道工程34.78%）主要材料上涨到07年下半年价格水平对总造价影响5.41%，其中对路基工程影响0.22%，桥涵工程影响5.08%，隧道工程影响6.56%。

        2008年上半年段工程完成总价值占合同额24.1%（其中路基工程3.05%，桥涵工程12.57%，隧道工程38.01%）主要材料上涨到2008年上半年价格水平对总造价影响7.21%，其中对路基工程影响0.81%，桥涵工程影响3.59%，隧道工程影响11.04%。

        2.2 五大材料同时上涨对铁路工程造价的影响  我们测算了五大主材上涨对太中银铁路项目该项目部所承担工程造价的影响，分析了主要材料（五大材）同时上涨从1%至50%对工程造价的影响，可以发现假如五大主材同时上涨10%，路基工程造价上涨1.88%，桥涵工程造价上涨3.99%，隧道工程造价上涨3.99%，对整体造价影响达3.58%。

        2.3 单项主要材料对铁路工程造价的影响

        2.3.1 水泥上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中水泥从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响，可以得出结论，水泥上涨10%，工程造价上涨1.19%，其中对路基工程影响0.21%，对桥涵工程影响1.25%，对隧道工程影响1.3%。从分析可以看出的水泥涨价对隧道工程影响最大，桥涵工程次之，路基工程影响较小。

        2.3.2 钢材上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中钢材从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响，可以得出结论，钢材上涨10%，工程造价上涨1.27%，其中对路基工程影响0.09%，对桥涵工程影响1.18%，对隧道工程影响1.07%。可以看出：钢材涨价对影响桥涵工程最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        2.3.3 当地料上涨对工程造价的影响。我们还分析了该段工程中当地料从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响，可以得出结论，当地料上涨10%，工程造价上涨1.14%，其中对路基工程影响0.81%，对桥涵工程影响1.15%，对隧道工程影响1.2%。分析看出的当地料涨价对影响桥涵工程最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        2.3.4 火工品上涨对工程造价的影响。 

火工品上涨对隧道工程影响较大，我们分析了该段工程中火工品从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，可以得出结论，火工品上涨10%，工程造价上涨0.25%，其中对路基工程影响0.05%，对桥涵工程影响0%，对隧道工程影响0.47%。分析看出的火工品涨价对隧道工程影响最大，路基工程次之，桥涵工程影响较小。

        2.3.5 燃油料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中燃油料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，可以得出结论：燃油料上涨10%，工程造价上涨1.25%，其中对路基工程影响2.56%，对桥涵工程影响1.09%，对隧道工程影响1.15%。分析看出的燃油料涨价对路基工程影响最大，隧道工程次之，桥涵工程影响较小。

        2.4 辅助材料涨价对铁路工程造价的影响  随着主要材料的上涨，辅助材料也同期上涨，我们对辅助材料上涨对工程造价影响做了测算，辅助材料每上涨10%，工程造价上涨0.99%，其中对路基工程影响0.93%，对桥涵工程影响1.16%，对隧道工程影响0.88%，分析看出的辅助材料涨价对桥涵工程影响最大，路基工程次之，隧道工程影响较小。

        从上述分析可以看出，由于铁路工程中材料费用占的比重较大，本工程材料费用占44%，各项材料因子价格上涨对工程造价产生了巨大影响，其中，主要材料的涨价对桥涵工程影响最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        3  材料上涨对公路工程造价的影响

        3.1 五大材料同时上涨对公路工程造价的影响  我们根据太中银铁路该段工程施工图数量按照公路新定额进行了预算编制，材料单价采用公路新定额基价（2006年水平），编制出各类章节费用组成，其中隧道工程占55.6%，桥梁工程占32.97%，路基工程占11.43。同样我们主要测算了五大主材上涨对工程造价的影响，分析了主要材料（五大材）同时上涨从1%至50%对工程造价的影响，发现假如五大主材同时上涨10%，路基工程造价上涨3.52%，桥涵工程造价上涨4.33%，隧道工程造价上涨4.08%，对整体造价影响达4.12%。

        3.2 单项主要材料对公路工程造价的影响

        3.2.1 水泥上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中水泥从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，得出结论：水泥上涨10%，工程造价上涨1.02%，其中对路基工程影响0.19%，对桥涵工程影响1.15%，对隧道工程影响1.08%。水泥涨价对桥涵工程影响最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        3.2.2 钢材上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中钢材从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，可以看出，钢材上涨10%，工程造价上涨1.85%，其中对路基工程影响0.26%，对桥涵工程影响2.37%，对隧道工程影响1.74%。分析看出的钢材涨价对影响桥涵工程最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        3.2.3 当地料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中当地料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，可以看出，当地料上涨10%，工程造价上涨1.36%，其中对路基工程影响1.46%，对桥涵工程影响1.36%，对隧道工程影响1.35%。当地料涨价对影响桥涵工程和隧道工程基本一样，路基工程影响较大。

        3.2.4 火工品上涨对工程造价的影响。火工品上涨对隧道工程影响较大，我们分析了该段工程中火工品从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，分析看出，火工品上涨10%，工程造价上涨0.20%，其中对路基工程影响0.11%，对桥涵工程影响0%，对隧道工程影响0.38%。火工品涨价对隧道工程影响最大，路基工程次之，桥涵工程影响较小。

        3.2.5 燃油料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中燃油料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响，可以看出，燃油料上涨10%，工程造价上涨0.95%，其中对路基工程影响4.58%，对桥涵工程影响0.26%，对隧道工程影响0.78%。燃油料涨价对路基工程影响最大，隧道工程次之，桥涵工程影响较小。

        3.3 辅助材料涨价对公路工程造价的影响  随着主要材料的上涨，辅助材料也同期上涨，我们对辅助材料上涨对工程造价影响做了测算，辅助材料每上涨10%，工程造价上涨0.87%，其中对路基工程影响0.49%，对桥涵工程影响0.76%，对隧道工程影响1.05%，辅助材料涨价对隧道工程影响最大，桥涵工程次之，路基工程影响较小。

        3.4 各种材料涨价对公路工程成本的影响  从材料涨价对公路工程分析可以看出，由于在公路工程中材料费用占的比重较大，本工程材料费用占46%，各项材料因子价格上涨对工程造价产生了巨大影响，和铁路工程一样，主要材料的涨价对桥涵工程影响最大，隧道工程次之，路基工程影响较小。

        4  综合对比分析

        通过对材料涨价对铁路、公路工程的定量分析可以看出：各种材料价格上涨对工程造价的影响程度是不一样的，且同一种材料价格上涨对铁路、公路影响的影响程度也各不相同，我们把同一类材料价格上涨对铁路、公路影响的影响程度进行量化，对比如下：

        ①五大材料同时上涨对铁路、公路工程造价的影响分析对比，同时上涨10%时路基工程铁路比公路低1.64%，桥梁工程铁路比公路低0.34%，隧道工程铁路比公路低0.09%，整体造价影响铁路比公路低0.54%。②单项材料中水泥价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，水泥上涨10%时路基工程铁路比公路高0.02%，桥梁工程铁路比公路高0.1%，隧道工程铁路比公路高0.22%，整体造价影响铁路比公路高0.17%。③单项材料中钢材价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，上涨10%时路基工程铁路比公路低0.07%，桥梁工程铁路比公路低1.19%，隧道工程铁路比公路低0.67%，整体造价影响铁路比公路低0.58%。④单项材料中当地料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，上涨10%时路基工程铁路比公路低0.31%，桥梁工程铁路比公路低0.16%，隧道工程铁路比公路低0.21%，整体造价影响铁路比公路低0.55%。⑤单项材料中火工品价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，上涨10%时路基工程铁路比公路低0.06%，桥梁工程铁路和公路一样，隧道工程铁路比公路高0.09%，整体造价影响铁路比公路高0.05%。⑥单项材料中燃油料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，上涨10%时路基工程铁路比公路低2.02%，桥梁工程铁路比公路高0.83%，隧道工程铁路比公路高0.37%，整体造价影响铁路比公路高0.3%。⑦单项材料中辅助材料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比，上涨10%时路基工程铁路比公路高0.44%，桥梁工程铁路比公路高0.4%，隧道工程铁路比公路低0.17%，整体造价影响铁路比公路高0.12%。

        综上所述，材料涨价因素对工程造价影响较大，定量分析和研究物价因素上涨对铁路、公路工程的影响，随时掌握市场各种材料的价格变化，作为建设单位可以随时掌握和控制物价因素对建设投资和概算的影响，设计单位可以预测物价上涨对未来几年工程造价影响的大小，施工企业可以做到心中有数，立于不败之地,把物价不稳带来的损失减小到最小，对于项目的成败和企业的发展具有重大的现实意义。

参考文献：

[1]铁建管[1998]115号.关于《铁路基本建设工程设计概算编制办法》的通知[s].

道桥工程概论篇4

关键词：桥梁工程 抗震破坏 抗震设计

0 引言

桥梁工程又是交通网络中的重中之重，桥梁工程抗震研究的重要性不言而喻。本文主要探讨了桥梁工程抗震设计相关问题，为今后桥梁设计起到借鉴作用。

1 桥梁结构地震破坏的主要形式

根据桥梁过去的地震破坏情况，除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外，混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种[1]：

1.1 弯曲破坏。结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂，结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述：①当弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，受拉侧的纵筋达到屈服强度；③随着变形量的增大，混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大；④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。

1.2 剪切破坏(弯剪破坏)。在水平地震倚戟作用下，当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏，整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述：①截血弯矩达到开裂强度时，截面出现水平弯曲裂缝；②随着裂缝的发展和荷载强度的提高，柱内出现斜方向的剪切裂缝；③局部剪切裂缝增大，箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长；④发生脆性的剪切破坏。

1.3 落梁破坏。当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大，支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。

1.4 支座损伤。上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构，当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言，支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩，避免桥梁发生破坏。

2 桥梁抗震设计原则

合理的抗震设计，要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求，就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素，并具有丰富的经验和创造力，而不仅仅是按规范的规定执行[2]。以下为抗震设计应尽可能遵循的一些基本原则，这些原则基于历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识。

①场地选择。除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外，还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是：避免地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。②体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好，上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。③提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动，因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小，并使结构具有适当的强度、刚度和延性，以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下，提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形；强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形，使其刚度与强度逐渐退化，因此，只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。④能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件(延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中，普遍采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想。⑤多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系，则在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构，避免倒塌。因此，超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构，桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。

3 桥梁抗震设计方法相关问题

3.1 桥梁抗震概念设计 抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想，正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计，要求设计出来的结构，在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，使结构能够经济地实现抗震设防的目标。

3.2 桥梁延性抗震设计 目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有：强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后，将其破坏机理总结为：在形成完全的塑性反应之前，出现某种程度的塑性应变，由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分；当完全进入塑性变形后，产生塑性漂移，并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段，保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。

3.3 地震响应分析及设计方法的改变 随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深，目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法。

从组成结构抗震设计理论的四个方面内容(输入地震动、结构和构件的动力模型，一实用的地震反应分析方法，以及设计原则)来看，静力理论对四个方面都做了极大的简化，反应谱理论也做了较大的简化，而动力理论则有比较全面的考虑：动力理论的输入地震动要求给出符合场地情况的、具有概率含义的加速度时间函数，对于复杂结构要求给出三个分量及其空间相关性；结构和构件的动力模型更为接近实际，包括了非线性特性；地震反应分析方法考虑了结构反应的全过程，包括变形和能量损耗的积累；设计原则考虑到多种使用状态和安全的概率保证。

道桥工程概论篇5

关键词：斜拉桥；多索面；结构验算；

中图分类号： K928 文献标识码： A

1概述

目前多修建的双索面公路斜拉桥结构型式，对于桥面不是很宽，车道数少的情况是适用的，但随着公路交通的发展，交通量的不断增多，车道数增大到四车道以上时，桥梁宽度就会比较大，其载荷也越来越重，横向跨中弯矩大并且可能控制设计。而中小跨径由于梁高度矮，双索面斜拉桥必然会使横梁尺寸增加。

拉索是斜拉桥的主要承重构件之一，其布置方式对整个斜拉桥的结构刚度和经济合理性有重要影响。本文从拉索的设置形式为切入点，通过已建成的某特大斜拉桥为工程背景，分别对双索面、三索面的形式进行结构分析。

2工程实例分析

2.1工程概况

某市跨江斜拉桥，主跨383m独塔钢箱梁双索面斜拉桥，设计荷载等级公路-Ⅰ，地震烈度按Ⅷ度设防，桥下通航净空（288×55m）。桥面按双向八车道设计，钢箱梁梁高3.5m，宽B=42m。，桥型图、主梁横断面如下：

图1 桥型布置图

图2 主梁横断面

2.2结构对比分析

2.2.1 内力对比分析

考虑仅作定性比较，可以采用简化的图式进行，即可以将拉索近似看为刚性支撑。其上作用的荷载有横梁自重、行车道板及桥面铺装（相邻两跨的一半）的重量、活载。近似的计算方法计算。

双索面方案横向内力计算

钢箱梁标准梁段重322t，标准梁段长度为16m，横隔梁间距为3.2m。中央分隔带2m。横梁可以视为一个工字钢，其截面尺寸为：隔板厚1cm，高3.5m，上缘厚1.6cm，下缘厚1.2cm，翼缘板宽度为3.2cm。其截面特性计算如下：

双索面 荷载 跨中 L/4跨

弯距（t.m） 应力（t/m2） 弯距（t.m） 应力（t/m2）

恒载 352 1791/2206 296 1506/1855

活载 1374 6992/8609 1237 6295/7751

合计 1726 8783/10815 1533 7801/9606

三索面 荷载 弯距（t.m） 应力（t/m2） 弯距（t.m） 应力（t/m2）

恒载 128 368/452 55.5 280/345

活载 609 1651/2030 273.4 1349/1660

合计 737 2019/2482 328.9 1629/2005

表1 内力计算表

弯矩比较：

双索面与三索面横梁跨中的应力比较：

压应力拉应力

双索面与三索面横梁L/4处的应力比较：

压应力拉应力

由上可见，三索面的横梁弯矩减小了2.6倍，横梁跨中压应力减小了3.5倍，拉应力减小了5.4倍。L/4处拉压应力减小了近5倍。

2.2.2 活载挠度对比分析

计算活载挠度可以用MIDAS/CIVIL分别建立两个模型。

图3 双索面方案全桥模型

图4 三索面方案全桥模型

两种模型的区别只是图4中多了一道索面，相应的增加了一个塔柱。索力是将原双索面的索力平均分配到三个索面上。在两个模型中分别加上八车道的活载，则经过计算后，双索面方案中，在八车道活载下，最大活载位移发生在16#索（主跨侧共22对索，全桥44对索）位置，位移值为向下43.5cm，在此位置最小活载位移为向上0.1cm，其主梁的相对挠度为1/879；三索面方案中，在八车道活载作用下，最大活载位移亦发生在16#索位置处，位移值为向下33.3cm，在此位置最小活载位移为向上0.1cm，其主梁相对挠度为1/1147。可见，改为三索面的活载挠度减小了24%。

3结论

本文以某实际工程为背景，分析了不同索面的设置形式的结果分析，得出以下结论：

双索面宽斜拉桥在横向上受力不合理，必须要通过设置强大的横隔梁来抵抗横向受弯，如果充分利用中央分隔带的空间多设置一道（三道）索面，则能很好的改善宽桥重载斜拉桥的横向受力问题，因此三（多）索面斜拉桥应该是今后大跨径宽桥的发展趋势之一。

参考文献：

[1]. JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]. JTG D60—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]. JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[4] 胡永，丁靖，闫子才.超宽桥面部分斜拉桥施工控制.道路·桥梁施工技术.2007，No.1

[5] 程进，肖汝城，江见鲸.斜拉桥成桥初始恒载索力概率确定.土木工程学报.2003.12

道桥工程概论篇6

关键词：土木工程概论；工程实例教学；课程教学

作者简介：卓德兵（1985-），男，湖南张家界人，吉首大学城乡资源与规划学院，助教。（湖南 张家界 427000）

基金项目：本文系2011年吉首大学教学改革基金项目（项目编号：2011JSUJGB06）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0117-02

土木工程是建筑、岩土、地下建筑、桥梁、隧道、道路、铁路、矿山建筑、港口等工程的统称，其内涵为用各种建筑材料修建上述工程时的生产活动和相关工程技术，包括勘测、设计、施工、维修、管理等。[1]

对于刚刚经历高考，跨入大学校门的大多数土木工程专业新生来说，“土木工程”是一个比较陌生的概念。对于土木工程究竟是什么，土木工程专业大学四年到底学什么，学生毕业以后能够干什么似乎知之甚少。而作为土木工程专业重要的专业入门基础课程——“土木工程概论”的开设，旨在以较少的课时和通俗易懂的方式将土木工程丰富的内容展示给刚入校的土木工程专业新生，让学生能够在较短的时间内熟悉土木工程专业的历史进程、土木工程的基本属性、主要内容、大学本科的课程设置、就业前景以及职业规划等内容，以便学生尽快了解并热爱这个行业，培养专业学习的兴趣，树立学习的目标，为后续课程的学习奠定良好的基础。

由于“土木工程概论”是一门相对较新且内容十分宽泛的课程，各高校在开设这门课程的时候，由于各自的办学历史、专业设置和发展定位不一样，在教学内容取舍、学期安排、课时设置、教学方法与教学手段的选择等方面都会不尽相同，目前也无成熟的参照模式，虽然有关学者已对此做了大量改革探索，但目前仍然不算成熟。[2]吉首大学根据自身特色结合新颁布的《高等学校土木工程本科指导性专业规范》，将课时设置为16，具体是安排到大一第一学期进行授课。本文结合笔者在吉首大学土木工程系多年的教学实践经验，对如何在“土木工程概论”课堂教学中运用工程实例教学法辅助教学进行了有益的探索。

一、传统教学中存在的问题

相对于土木工程专业其他已经讲授多年的课程而言，“土木工程概论”是一门较新的课程，在拓宽专业范围的特定背景下，这门课程教学存在的主要问题有：课程内容特别多，而学时安排相对比较少，教师在较少的课时里将丰富的专业知识传授给大一新生存在一定的难度；传统的教学方法与手段比较单一，通常是以教师课堂全讲授为主，学生往往处于被动接受状态，上课积极性不高；教学过程中无实践教学环节，纯理论的授课方式难以提起学生的兴趣，教学效果难以保证；教材更新速度不能适应教学实际。土木工程行业发展非常迅速，但是学生所使用教材因为各种原因无法跟上行业的发展，课程的教材建设存在滞后问题。[3]

二、工程实例教学法

1.工程实例教学的思路

工程实例教学是指根据教学需要，通过教学设计，挖掘教材内涵，将新闻中和身边的有关土木工程的新鲜事物、前沿知识、工程案例（成功的、失败的、令人鼓舞的、令人震撼的）补充到课程教学中去，充分发挥任课老师的主观能动性，将工程实例所涉及的课本相关章节的专业知识点进行有针对性的分析讲解，使学生在听工程实例讲解的同时，深刻理解该案例所涉及的专业知识点。

2.工程实例教学的优点

工程实例教学法打破了传统的课堂教学模式，能很好地做到理论联系实际，密切结合当前典型的工程案例、媒体热点和身边的工程项目，做到课堂教学和课外实践有机结合，有效提高课堂教学效率，发挥学生的主观能动性，提高学生的学习兴趣，同时还能克服课堂内容多而学时少、教学方法和教学手段单一、教材建设滞后、更新速度慢、信息量不足等缺点。生动形象地对学生进行系统的工程实例教育，使学生从心灵深处接受现代工程的熏陶，开拓学习视野，活跃工程思维，激活学习动力，确定人生奋斗方向。[4]

三、工程实例教学的具体应用

1.列举典型工程案例

（1）超高层建筑。在讲解超高层建筑的时候，可列举2010年建成的当前世界第一高楼——迪拜哈利法塔，说明高层建筑在设计和施工过程中需要注意的事项。比如设计上着重解决侧向受力和竖向受力问题，侧向重点在于抗侧力体系的选择，抗风设计和抗震设计，而竖向重点解决竖向压缩、徐变收缩等竖向变形问题。另外在施工中要考虑将高强混凝土一次泵送到600多米高的问题等等。

（2）钢结构。在讲解钢结构的优缺点时，可结合美国的世界贸易大厦案例来进行说明，先重点介绍其所采用的材料和结构形式，说明钢结构适用于建造高层建筑结构，然后播放一段世贸大厦在911恐怖袭击中轰然倒塌的视频，并分析其倒塌的原因来说明钢结构的致命缺点是其抗火性能差。

（3）桥梁。在讲解桥梁抗风设计的时，可给学生介绍桥梁典型的风载破坏案例，例如最具代表性是位于美国华盛顿州塔科马海峡大桥，该桥于1940年7月1日通车，而就在四个月后戏剧性地被微风摧毁。通过给学生播放该桥被微风摧毁的视频，复原当时的场景，让学生深刻体会到桥梁抗风设计的重要性。

2.结合身边工程项目

在进行“土木工程概论”授课的时候，可充分利用身边的教学资源及工程项目对学生进行现场教学，利用课余时间组织学生参观校内和当地比较具有代表性的项目，来加深学生对书本知识的理解和掌握。例如，在讲解混凝土结构建筑时，笔者引导学生到学校主教学楼、图书馆、食堂以及附近的高层住宅等参观，让学生加深对框架、框架剪力墙和剪力墙等建筑结构形式的认识，并现场观察梁、柱、板、墙等重要受力构件，熟悉每一类构件的作用、形状、尺寸、布置以及受力变形特点，并理解力在构件中的传递过程。而在讲解不同结构形式的桥梁的时候，笔者组织学生到附近的矮寨特大悬索桥、鸬鹚湾刚架桥、大庸桥、观音桥等典型的悬索、斜拉、拱桥、刚架桥等进行现场参观教学，让学生理解不同结构形式桥梁的组成、受力特点以及相互间的区别。通过现场教学拉近了土木工程与学生之间的距离，使学生认识到每天的生活都与土木工程息息相关，也会让学生在以后的生活和学习当中更加留意身边的工程案例。

3.联系当前媒体热点

（1）上海楼脆脆。在介绍基础工程这一章节桩基特点时，笔者给学生重点介绍了当前媒体特别关注的“上海楼脆脆”。2009年6月27日，上海一栋刚竣工还未交付使用的高楼，由于不正确的两次堆土施工导致房屋桩基础在侧向挤压力作用下断裂，从而导致楼房整体倒覆。通过此案例说明桩基主要用来承受轴向压力作用，而在侧向力作用下，桩基极容易破坏。

（2）芦山楼坚强。在讲到防灾减灾这一章节内容时，笔者给学生介绍了被媒体誉为“楼坚强”的芦山县人民医院。2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生7.0级地震。距离震中10余公里的芦山县城，当时地震烈度等级介于八九度之间，设计烈度为七度的芦山县人民医院新门诊综合楼却几乎毫发未伤。究其原因，是大楼地基与地面建筑之间采用了83根橡胶支座，形成良好的隔震，从而阻止地震作用向上传递。此案例说明了隔震能有效减弱结构在地震作用下的反应，从而达到减小地震对房屋结构破坏作用的目的。

（3）三亚楼歪歪。在讲解地基不均匀沉降的时候，则可以以三亚市中级人民法院为例。该法院办公楼建于1996年，主楼共12层，在投入使用13年后，三亚中院启动了装修、改造计划。而在办公楼改造、装饰过程中，由于加装了过重的钢结构和使用了过多的大理石等装饰材料，大楼楼体严重超负荷，使得大楼原有的地基无法承受新增的压力，导致大楼主体出现倾斜，成为危房。

（4）武汉桥坚强。在介绍桥梁施工时，笔者列举了武汉长江大桥，该桥竣工于1957年10月，大桥修起后经历了70多次撞击仍无恙，最大一次撞击发生在2011年6月6日，一艘万吨级油轮撞上7号桥墩，撞击后，大桥桥墩除有擦痕外，没有其他问题。该桥之所以如此坚固，是因为在修建过程中采用了当时世界领先的“栽牙齿”工艺。通过这个案例，有效地说明了施工工艺对桥梁的安全和可靠是否能达到设计要求起到至关重要的作用。

四、结论

“土木工程概论”是土木工程专业一门重要的专业入门课程，通过这门课程的学习，使学生在较短时间内熟悉土木工程所涉及领域的内容和发展情况，以便学生尽快了解并热爱这个专业，培养学生学习的兴趣，树立学习的目标，为后续课程的学习奠定良好的基础。工程实例教学是指根据教学需要，通过教学设计将典型的工程案例、媒体热点和身边的工程项目补充到课程教学中去，充分发挥任课老师的主观能动性，将工程实例所涉及的课本相关知识点进行有针对性的分析讲解，使学生在听工程实例讲解的同时深刻理解该案例所涉及的专业知识点。它打破了传统的课堂教学模式，有效克服传统教学的不足，做到课堂教学和工程实践教学有机结合。实践表明，在课堂教学中进行工程实例教学可有效调动学生学习的主观能动性，激发学生的学习兴趣，有效提高课堂教学效果。

参考文献：

[1]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高校学校土木工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]郑元勋，蔡迎春.土木工程概论教学改革探索[J].高等建筑教育，2012，21（1）：62-65.

道桥工程概论篇7

关键词： ASSHTO修正模型 长江干线 船舶碰撞桥梁概率

近年来国内发生了较多的船舶碰撞桥梁事故造成了巨大的人命财产损失，2006年杭州湾大桥被一走锚失控船舶撞击，大桥多处局部破损，造成经济损失1000余万元；2007年广东九江大桥被砂石船舶碰撞致倒塌造成8人死亡，损失约1.4亿元人民币；2008年浙江宁波金塘大桥被一艘货轮撞击，桥面箱梁塌落，4人死亡；而在长江干线上，从1957年首个有记载的桥梁被船碰撞的事故以来，已发生的船舶撞桥事故超过300起，其中武汉长江大桥被撞次数最多，已被撞击100余次，虽未造成桥梁倒塌事故，但每一次撞击都会牵动亿万人民的心。因此，开展船舶碰撞桥梁概率研究，为船舶通航安全、桥梁设计、建设与管理提供技术支撑依据非常有必要。

目前，在桥梁防撞设计中，应用较多的船桥碰撞概率计算模型有AASHTO规范模型、拉森（IABSE）模型、欧洲规范模型、昆兹（Kunz）模型和黄平明直航路模型等，不同的模型各有不同侧重和特点。相比较而言，AASHTO模型虽然是依照美国和欧洲的船舶碰撞资料统计而设计出来的，但因其思路清晰、方法完善、实用性强，是目前应用最为广泛的船桥碰撞概率模型，该规范将船撞桥事件视为风险事件，根据可接受风险的水平指导桥梁的防撞设计，已经形成了系统的思想。

AASHTO模型在长江上应用存在的问题

在该模型中船舶碰撞几何概率以航道中心线为对称轴，船舶的横向分布用正态分布描述，期望为0，即船舶出现的峰值在桥墩之间航道的中间位置。该模型适用于长江上单孔单向通航的桥梁，但长江干线上90%以上的桥梁实行的是单孔双向通航，且长江干线界石盘以下河段均实行了船舶定线制或船舶分道航行规则，船舶在通过单孔双向通航的桥孔时各自靠一边行驶，其中定线制水域还设有分隔带，因此从理论上分析船舶在航道上的几何分布应成“双峰”或“多峰”分布，而非正太分布。为了验证这个想法和进一步研究长江上船舶碰撞桥梁的几何概率，本文对长江上两座典型桥梁下航道内船舶航行轨迹进行了分析。

长江干线上船舶过桥轨迹分布情况统计

目前长江干线上游（李渡至界石盘）、中游（宜昌至武汉）和下游（武汉到安庆）实行分道航行规则，航路设置的原则基本一致，上行走缓流或航道一侧，下行走主流或航道中间。长江三峡库区和安徽段、江苏段水域实行船舶定线制，航路设置原则为各自靠右航行，航道中心线为上、下行船舶通航分道的分隔线，其中，江苏段上下行通航分道及分隔带的宽度分别为航标标示航道宽度的五分之二、五分之二、五分之一。

本文分别选取实行下游分道航行规则的武汉天兴洲长江大桥和实行江苏段船舶定线制规定的苏通长江大桥为代表桥型，统计桥区航道内船舶的轨迹分布情况。

长江下游苏通长江大桥主跨1088m，长江下游武汉天兴洲长江大桥主跨504m，两座桥梁主跨内均是双向通航，两座桥梁的航路布置图见图2和图3。

利用江苏海事局和长江海事局AIS船舶监控系统，通过轨迹回放统计了2015年3月30日00时至31日00时船舶通过两座大桥时的航道内船位分布情况，见图4和图5。

经统计，轨迹回放时间内通过苏通桥船舶数量为724艘次，其中上行船舶共408艘次，下行船舶共计316艘次。该桥桥墩之间航道宽度约1000m，为了便于分析，以航道中点为原点，50m距离为间隔，统计船舶轨迹出现在每个区段的次数（见表1）。

轨迹回放时间内过天兴洲桥船舶数量为299艘次，其中上行船舶共144艘次，下行船舶共计155艘次。该桥桥墩之间航道宽度约480m，为了便于分析，以航道中点为原点，20m距离为间隔，统计船舶轨迹出现在每个区段的次数（见表2）。

利用excel软件进行数据分析画出直方图见图6和图7。

长江干线船舶碰撞桥梁的几何概率修正

从图6和图7中可以看出，长江干线上船舶受定线制、分道航行规则等的影响，船舶在通过桥梁时在航道上呈“双峰”分布，从统计数据分析和直方图形状来看，该双峰分布可近似的看成由两个正太分布混合而成的分布。由于长江干线上多数情况下，桥区航道走向与桥梁轴线法线方向并不重合而是呈一定的交角，因此船舶碰撞桥墩的几何概率如下图所示。

问题与展望

AASHTO概率计算模型是由美国国家公路和运输协会根据美国水道上船舶偏航情况统计研究确定，用正太分布模拟航道上船舶位置分布，假定期望为船长，方差为0。在我国长江上船舶通过桥梁时的船位分布受通航道内航行规则以及桥区水域风、流等自然条件影响较大，根据不同的航路布置情况船舶分布和相关参数将随之发生变化。

本文仅讨论了长江干线上最普遍的单孔双向通航情况，根据统计分析船舶通过单孔双向通航的桥梁时船位沿桥轴线方向成“双峰”分布，该双峰分布可近似的看成由两个正太分布混合而成，本文据此对AASHTO模型中碰撞几何概率参数进行了修正，该修正模型适用的前提条件是桥墩附近的水深大于船舶吃水，即船舶能够到达桥墩位置。

目前，长江干线上桥梁通航孔内航路的设置除了常见的单孔单向和本文讨论的单孔双向通航情况以外，还有部分桥梁水域船舶是三线或四线通航，通过该类桥梁的船舶沿桥轴线方向将呈“多峰”分布，对于这类桥梁船舶碰撞几何概率需要进一步研究分析。

参考文献：

【1】姜 华，王君杰.美国公路桥梁风险法确定设防船撞力评述[ J]. 世界桥梁， 2008， （ 4） ： 64- 67.

【2】李 冰. 内河水域船舶失控撞桥概率研究：[硕士论文].武汉理工大学，2010年

【3】徐鑫 郭民之 石峰利，双峰数据分布的模拟[J]. 云南师范大学学报（自然科学版）， 2013年3月

【4】AASHTO. LRFD Bridge Design Specification and Commentary[S].

道桥工程概论篇8

关键词： 概念设计 ； 抗震 ；桥梁 ；匝道；延性

中图分类号：U448文献标识码： A

引言

郑州市花园路与连霍高速公路互通立交，是郑州市城市路网中的一个重要节点，其中花园路是郑州市区南北方向的主要交通通道，是郑州市唯一的一条绿色通道，也是郑州市主要交通北出口之一。连霍高速公路郑州段是交通部规划的连云港至霍尔果斯国家主干道的组成部分，也是河南省交通最繁忙的路网中的一段，它横穿郑州市北部地区，是郑州市快速路网中的重要骨架道路。花园路立交桥梁工程：包括C匝道（跨连霍高速）桥、C匝道（跨花园路）桥、J匝道桥、K匝道桥、L匝道桥、M匝道桥、N匝道桥。本文只对C匝道（跨连霍高速）桥梁的抗震概念进行探讨。

C匝道（跨连霍高速）桥：跨径布置为（4x20m+4x20m）钢筋混凝土连续梁+（40.5m+39.5m）钢结构连续梁+（4x20m,4x20m）钢筋混凝土连续梁，部分桥段位于R＝67.75m曲线上。上部结构采用单箱多室斜腹板带圆弧断面，下部结构采用双柱式桥墩，采用矩形带弧形形式，墩顶设置横系梁，基础采用4根φ1.2m钻孔灌注桩。

图1C匝道(跨连霍高速)桥型布置图（单位: cm）

图2C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横断面图（单位: cm）

基于抗震设计在城市桥梁设计工作中的重要作用和意义，在花园路立交设计工作中， 抗震设计作为一条红线贯穿于设计工作的全过程。桥梁结构的抗震设计，包括两个范畴：概念设计和参数设计，这两者是相辅相成的。概念设计是桥梁结构设计的一个重要环节，在欧美规范中，在抗震的概念设计非常重视。经验表明：对结构抗震设计来说，概念设计比结构计算设计更为重要，结构抗震性能的决定因素是良好的“概念设计”。由于地震动的不确定性和复杂性，以及结构计算模型与实际情况的的差异，难以保证理论计算分析与实际情况完全吻合。作为正确的抗震设计，必须重视抗震概念设计，灵活而又合理地运用抗震设计思想，使计算工作不至于盲目而且更有针对性；同时，通过计算，可以对桥梁的抗震概念设计进行验证，或者对概念设计中考虑不周到的地方进行修正。

1桥梁抗震设计基本原则

结构抗震设计采用的是“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三级设防思想。《公路桥梁抗震设计细则》采用的是两水平设防，两阶段设计。第一阶段的抗震设计，采用弹性抗震设计，第二阶段采的抗震设计，采用延性抗震设计方法，并引入能力保护设计原则。通过第一阶段的抗震设计，即对应E1地震作用的抗震设计，可达到和原规范基本相当的抗震设防水平。通过第二阶段的抗震设计，即对应E2地震作用的抗震设计，来保证结构具有足够的延性能力，通过验算，确保结构的延性能力大于延性需求。

2桥位选择

选择桥梁建设场址时，应根据桥梁工程的需要，全面掌握场址处的地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料做出综合分析。应避免将桥址选择在地质情况不良的地方：断层、易产生滑坡的陡峭的山区、存在容易液化砂土或软弱夹层的坡地、大面积采空区等；而开阔、平坦地带的基岩、坚实的碎石地基、坚硬场地土或密实均匀的中硬场地是桥梁选址的有利地区。如必须设置在可液化或松软土层的河岸地段时，桥长应适当增长，将桥台置于稳定的河岸上，而桥墩基础要加强。

3结构方案的选择

3.1 立交匝道桥特点

互通立交的匝道桥，受地形、地物和占地面积等影响，其总体布局跟其他桥梁相比，有以下特点：

a)由于互动立交区匝道的最小平曲线半径可达到30m，如果桥梁刚好位于小半径曲线上，则该桥就可能做成曲线桥梁，且往往超高值较大，故桥梁的横坡较大；

b)由于要在短距离内实现高差，匝道桥往往纵坡较大；

c)桥面较窄；

d)匝道桥有时候要跨越主线或其他匝道，以及非机动车道，因此匝道桥的单跨跨径受到限制，不能减小。

综上所述，不难得出，匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点，属于不规则桥梁，在地震作用下的响应比较特殊，其抗震设计将更复杂，不仅要满足常规桥梁所规定的构造，而且在某些方面需要提出更高的要求。震害表明，曲线梁桥具有较高的地震易损性，薄弱环节较多，因此其抗震概念设计就显得尤为重要。

3.2 上部结构

由于匝道桥自身的特殊性，受力复杂，需要采用抗扭刚度较大的截面，且桥梁上部结构的整体性要好。因此，尽量选取具有连续的上部结构形式，避免采用松散的简支梁形式，减少伸缩缝，以防止落梁。抗弯、抗扭性能强，整体性强的现浇箱型的截面形式，是较为理想的城市桥梁抗震设计的备选结构截面形式。

3.3 下部结构

3.3.1 桥墩的形式

匝道桥一般相对较窄，桥墩一般采用双柱墩或者独柱墩，桥墩的刚度相对较小。在地震作用下墩身的弯矩和剪力一般不大，但是位移相对较大，如有较好的限位措施，对于抗震来说，未必是不利的。而对于小半径匝道桥来说，地震作用下，可能会导致桥墩会产生较大的扭矩，所以桥墩墩身宜采用抗扭刚度相对较大且整体性较好的结构，如独柱实心墩或者空心墩，如采用双柱式墩，应对其进行全桥空间地震响应分析，对关键部位进行加强。

3.3.2 桥墩的刚度

对于连续梁桥，同一联内各桥墩的高度不同而导致其抗推刚度相差较大，则水平地震力在各墩间的分配不均衡，刚度大的墩将承受较大的水平地震力，严重时可能导致刚度较大的桥墩发生破坏，从而导致全桥损毁。如果刚度中心和质量中心偏离，上部结构还将伴随产生水平转动，又可能导致落梁或者上部结构的碰撞，而匝道桥恰好容易符合这两个条件：纵坡较大，桥墩高差将会比较大；在小半径曲线上，地震作用下可能会出现上部结构的水平转动。

虽然匝道桥的桥墩高度相差较大，可以通过改变桥墩截面的形式或大小来对其抗推刚度进行调节。对于相对较高的桥墩，可以采用刚度较大的截面形式，或者增加其截面尺寸。如此一来，可以使得地震作用下各桥墩的水平地震相应达到均衡。

如果桥梁位于小半径曲线上，地震来临时，桥墩承受的水平力方向是不确定的，且有扭矩的存在。因此，桥墩截面的刚度在各个方向大致相同将会是比较好的处理方法。

3.3.3 桥墩的配筋方式

提高桥墩的延性对其抗震性能作用巨大，配置数量足够的，锚固合理的横向钢筋，对于墩柱来说，可以起到三个方面的作用：约束塑性铰区域内的混凝土，提高混凝土的抗压强度和延性；提高抗剪能力；防止纵向钢筋压曲。因此，箍筋或螺旋筋的间距应小一些。各国抗震设计规范对塑性铰区横向钢筋的最小配筋率都作了具体的规定。

图3C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横断面配筋图（单位: cm）

4桥梁细节构造

4.1 支座

为保证桥梁刚度和质量的平衡，设计时应优先考虑采用等跨径、等墩高、等桥面宽度的结构形式。如不能满足也可通过调整墩柱的截面尺寸和支座等方法来改善桥的平衡情况。其中，调整支座可能是最简单易行的办法了，效果也显著。当采用橡胶支座后，由墩和支座构成的串联体系的水平刚度为:

Kt=KzKp/(Kz+Kp)

其中：Kt是由墩和支座构成的串联体系的水平刚度，Kz和Kp分别为橡胶支座的剪切刚度和桥墩的水平刚度。

水平地震力就是根据各墩串联体系的水平刚度按比例进行分配的。从上式可以看出，调整支座的刚度可以有效的调整各墩位处的刚度平衡。另外，如果地震设防烈度较高，须考虑将支座设计成抗震支座，以达到减、隔震的目的。

4.2 梁连接方式

匝道桥，尤其处于小半径曲线上的桥梁，桥梁应采用挡块、螺栓连接和钢夹板连接等防止纵横向落梁的措施。

图4C匝道(跨连霍高速)桥梁纵向抗震连接构造立面图（单位: cm）

图5C匝道(跨连霍高速)桥桥墩横向抗震挡块构造立面图（单位: cm）

5桥梁延性设计

我国在2008年颁布实施的《公路桥梁抗震设计细则》中增加了桥梁延性抗震设计和能力保护原则有关规定，增加了延性构造细节设计的有关规定，以期增加初始强度没有明显变化的情况下的非弹性变形能力，避免结构在大震中倒塌。

新西兰学者鲍雷等提出了能力设计原理。在新西兰最先广泛应用能力设计方法，其他国家也先后在各自的结构抗震设计规范中采纳应用了能力设计原理的一些基本概念。能力设计强调构件之间的安全度差异，通过这种差异，保证结构在强震中延性形式的出现，避免发生脆性破坏。同时为了保证结构在强震中延性形式的出现，在高烈度震区桥梁设计中应该重视延性构建的细部设计。

6结语

匝道桥由于其特殊性，在抗震设计中应予以特别关注。概念设计可以总体上把握桥梁的抗震性能，在桥梁抗震设计中起到指导性的重要作用。只有根据具体工程，始终坚持将桥梁的抗震思想贯彻于桥梁设计的全过程，按照桥梁抗震原则，具体实施设计工作，采取一系列有效的抗震措施。才能达到结构的良好的抗震效果。

参考文献

[1] JTG/T B02-2008，公路桥梁抗震设计细则[S].北京：人民交通出版社，2008.

[2] CJJ 166-2011，城市桥梁抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

道桥工程概论篇9

关键词：连续长大坡道；铺架工程；费用；影响

一、工程概况

新建宜昌至万州铁路是我国铁路路网“八纵八横”主骨架之一——沪汉蓉快速通道的重要组成部分，是进出渝川地区的东通道之一。宜万铁路东起宜昌花艳车站，西至达万铁路万州站，设计开通速度为160km/h，全长376.993km。

宜万铁路位于云贵喀斯特高原之东北缘的鄂西山地，沿线地势陡峻、山高涧深、桥隧密集、线路纵坡大。其中宜昌至白果段线路正线长度492.13km，最大坡度为18‰，而位于12‰以上的连续长大坡道上的线路共255.91km，架梁1300孔，是目前国内新建铁路中连续长大坡道长度最长的山区铁路。

二、国内铺架及运输设备现状分析

一直以来，国内山区铁路最大限制坡度一般按10‰左右控制，故国内铺架设备的自行爬坡能力在设计制造时仅按12‰考虑，而宜万铁路设计最大限制坡度为18‰。国内已设计生产的铁路架桥机、铺轨机等铺架设备在爬坡能力上难以满足宜万铁路铺架施工需要。

宜万铁路的大部分线路、桥梁处于12‰以上的连续长大坡道上，桥梁架设、轨道铺设以及工程列车运输桥梁轨排等工程物资过程中，受长大坡道影响，机车设备的制动距离过大以及动力、牵引爬坡能力不足，桥梁及轨排对位吊装难以正常完成。需通过增加运输机车设备投入、加强运输管理等多种措施，采取减少运输吨位、少拉多趟或双机牵引等方式，提高工程线运输通过能力。

三、运输和铺架施工组织

目前，一般铺架工程运输作业中，工程列车均采用单机牵引作业方式，机车推送桥梁轨排至铺架现场时，每列工程列车单机牵引运输能力为桥梁5孔/列，或25m轨排2km/列、500m长钢轨6km/列。

宜万铁路铺架施工过程中，因受长大坡道影响，难以按正常施工运输方法和机械配置完成。为解决大坡道地段铺架施工设备动力不足问题，需采取减少运输吨位、少推多趟等多种措施。通过近2年的实践表明：12‰以上的长大坡道上铺架施工时，单列内燃机车作为动力设备配合铺架作业，每次运输和推送桥梁2～3孔，或25m轨排0.9km、500m长钢轨3km/列，能够提供足够的动力配合和制动力控制，能够满足铺架施工进度和施工安全的需要。如按桥梁5孔/列，或25m轨排2km/列、500m长钢轨6km/列标准装车，则需双机牵引。

四、运输和铺架方案比选

1.长大坡道运输方案比选

由于工程线运输受外部环境、运输组织、运输安全、施工进度、运输成本等因素的影响，具体采用单机牵引还是双机牵引方式更加安全、经济、高效，需要进行比较分析。

通过以上对比分析，可以得出结论：在长大连续坡道上运输桥梁和轨料，无论采取单机牵引还是双机牵引，运输成本都将加大，但双机牵引较单机牵引有较大的优势。

2.长大坡道铺架方案比选

在连续长大坡道上铺轨和架梁作业，在保证施工安全的情况下加快施工进度、降低施工成本是一项重要的工作，需要进行方案的比选分析。

通过以上对比分析，可以得出结论：在长大连续坡道上架设桥梁和轨料，无论采取单机推送还是双机推送，运输成本都将加大，但双机推送较单机推送有较大的优势。

5.双机牵引增加费用分析

5.1双机牵引运输增加机车费用分析

按照以上对每列工程列车运输能力的对比，宜万铁路铺架工程运输比一般铁路铺架工程运输需多增加一辆机车，机车台班数量增加了100%，该段铺架工程需通过12‰以上坡道上运输数量：桥梁2228孔，轨道448.3km。双机牵引运输增加机车共1120台班，机车台班单价按相应定额计算4921.98元/台班，相应增加工程线运输费用551万元，运输费用每正线公里增加11196元，其中每孔梁运输增加1478元，每公里轨道运输增加4952元。

5.2长大坡道地段铺架施工增加费用分析

宜万铁路铺架工程施工中，受连续长大坡道运输限制，除机车推送能力降低，其他机械工作效率也明显降低。经现场实测，铺架施工较一般铁路多增加一辆机车，机车台班数量增加了100%，人工及其他机械较一般铁路消耗量增加约30%。

该段长大坡道地段配合铺架施工机械台班消耗增加人工、机械台班数量及费用详见表2，相应增加人工费、机械费用1075万元。铺架费用每正线公里增加21843元，其中每孔梁架设增加5220元，每公里轨道铺设增加15500元。

6.结束语

通过以上比选分析，宜万线铺架工程受连续长大坡道影响，运输和铺架费用较一般铁路每铺轨公里增加3.63万元，增加幅度约占概算费用的5%。因此，编制大于12‰坡度的铁路铺架工程概（预）算，应充分考虑运输和铺架增加的费用。

参考文献：

[1]宜万线W1标段铺架工程实施性施工组织设计；

[2]关于《铁路桥涵工程预算定额》的通知（铁建设[2005]15号）；

道桥工程概论篇10

关键词：悬索桥；隧道锚；平衡分析；稳定性

中图分类号：U448.25 文献标志码：B

Stability Analysis Based on Multiblock Limit Equilibrium Algorithm for Tunnel Anchor

LIU Jinqiu

（Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning， Design & Research， Hangzhou 310006， Zhejiang， China）

Abstract： In order to study the stability of tunneltyped anchorage for suspension bridge， the Guanshan Bridge in Zhejiang Province was taken as the project background for calculation and analysis. When calculating the overall stability coefficient of the anchorage， the geological probability model for surrounding rocks was established based on geological research， and multiblock limit equilibrium algorithm was adopted for quantitative calculation. Combined with the conclusion of 3D numerical analysis of the surrounding rocks， the reasonabilityof tunneltyped anchorages structural parameters and the applicability of construction were proven. The research and its results provide similar projects with reference.

Key words： suspension bridge； tunnel anchor； equilibrium analysis； stability

0 引 言

悬索桥是目前为止跨越能力最大的桥型，锚碇是其主要的承载结构。锚碇主要分重力式锚碇和隧道式锚碇2种类型。尽管重力式锚碇结构受力体系明确，应用较多，但利用隧道式锚碇能与周边岩体的共同作用，具有工程量小、工程造价低、环境破坏少的特点，因此在一定的地形、地质条件下有较大的优势。如沪瑞国道主干线贵州省镇宁至胜境关公路上跨度达1 088 m的坝陵河大桥西岸锚碇[1]；湖南省吉首―茶洞高速公路上跨度达1 176 m的矮寨特大悬索桥茶洞岸锚碇；湖北省沪蓉高速公路榔坪―高坪段上跨度达900 m的四渡河特大桥宜昌岸锚碇[2]。

由于隧道锚的工作原理及岩土工程参数具有不确定性，因此对其稳定性进行研究显得尤为重要。张奇华等对锚洞岩体采用多方法协同勘察，进行锚碇系统及基岩稳定性分析的技术研究；尹红星等对锚碇基底基岩与混凝土胶结面的抗剪强度及整个锚碇范围内基底摩阻力开展试验研究；张永涛等对中夹岩随时间的变形规律及敏感性进行研究[35]。国内建造大跨度悬索桥起步较晚，隧道式锚碇采用比例较低，对其力学机理及稳定性评价的方法、手段等有待进一步研究与提高。本文以浙江省岱山县官山大桥隧道锚为例，介绍基于地质概化模型的稳定性分析方法及结论，以供类似工程参考。

1 工程概况及锚碇结构尺寸拟定

官山大桥位于浙江省舟山市岱山县，为210 m+580 m+180 m双塔单跨悬索桥，系省内第二座大跨度悬索桥，并第一次采用隧道式锚碇。

官山侧锚碇采用隧道锚形式，初步拟定锚体的几何参数及特点如下。

（1）主缆中心线水平夹角为40°。

（2）前锚室长为164 m，洞室尺寸（含初期支护喷混凝土厚度）为9.86 m×10 m（宽×高）。

（3）锚塞体长为27 m，前锚面单洞断面尺寸为986 m×10 m，顶拱半径为5 m，断面面积约为88 m2；后锚面尺寸为163 m×16.4 m，顶部圆弧半径为8.2 m，断面面积达到239 m2。

（4）后锚室长为165 m，底标高为-8.2 m，位于海平面以下，存在海水通过基岩裂隙侵蚀锚体的可能性。

（5）左右锚体洞室的净距较小，最小只有9.5 m，最大为160 m。

2 工程地质及概化模型

2.1 地层岩性及地质构造

官山大桥隧道锚所在部位地表出露岩层主要为九里坪组，岩性为酸性熔岩-流纹斑岩，与下伏地层呈火山喷发不整合接触，超覆于茶湾组之上。隧道锚周边共有4条断层，其中F29断层分布于官山岛东岸近海域部位，长度近1 km，走向为NW330°，倾向为NE，倾角陡，为正断层，两侧基岩高差4～8 m。推断断裂活动时代在第四纪之前，为老断裂。

隧道锚区节理主要为构造成因次生节理，成组密集出现，共轭分布。在现场采用测线、测窗法及试验平硐，对锚区结构面进行了精细量测，主要考虑以下4组结构面。

（1）近SN走向为主，产状84°～86°∠77°～79°，面密度约为0.18 条・m-2。

（2）近EW走向为主，产状8°～13°∠72°～73°，面密度为0.10 条・m-2。

（3）缓倾角结构面，产状55°～64°∠20°～27°，面密度为0.15 条・m-2。

（4）倾向西北，倾角40°左右，平均产状279°∠36°，面密度为0.01 条・m-2，该组节理可能组成隧道锚的底滑面。

2.2 地质概化模型的建立

根据以上结构面的产状及初步拟定的隧道锚尺寸，建立地质概化模型，如图1所示。其中近SN走向的岩体结构面组成隧道锚的后缘面，近EW走向的岩体结构面组成隧道锚的侧滑面，倾向西北的中倾角岩体结构面组成隧道锚的底滑面。隧道锚位于这3组岩体结构面组成的块体中时将处于最不利的状态。

2.3 岩体物理力学参数

根据锚碇部位ZK4相关资料，隧道锚主要位于微风化流纹斑岩中。流纹斑岩呈紫灰色、灰色，其中中风化层局部发育，一般节理较发育，层底标高为1842～5742 m，层厚为26.1～38.7 m，岩块天然状态抗压强度平均值为144.3 MPa，弹性模量平均值为128.0 GPa，波速为2 902～3 897 m・s-1，平均值为3 457.9 m・s-1；微风化层节理较发育，部分不甚发育，岩块天然状态抗压强度平均值为1780 MPa，波速为3 372～4 184 m・s-1，平均值为3 657 m・s-1。

通过现场岩体力学试验，结合工程岩体分类和质量评价，综合确定岩体基本物理力学参数和混凝土/岩胶结面、岩体结构面基本力学参数（表1、2），为官山岛侧隧道锚的稳定性分析论证提供基础资料。

3 多块体极限平衡分析

3.1 分析原理

隧道锚围岩失稳破坏模式虽然具有三维特征，但主要是沿缆索拉力铅直平面失稳破坏，即隧道锚围岩失稳破坏模式可以概化成平面失稳模式，如图2所示。多边形ABFG为锚塞体，AD和GH分别是上、下破裂面或滑面，α为锚碇夹持角，α1为锚碇底板与下滑面AD的夹角，α2为锚碇顶面与上滑面GH的夹角，γ为锚碇倾角，β为边坡坡角。由于隧道锚的破坏主要是沿主缆拉力方向的滑移破坏，因此，隧道锚围岩稳定问题也就转变为锚碇围岩的抗滑稳定问题。

沿可能滑动面将围岩破坏区域分成3块，即锚塞体滑块ABFG、上滑块GFEH和下滑块ADCB。由于锚室横向未完全贯通，即上下块体通过锚碇中隔墙和锚碇外侧岩体相连，因此，在滑块受力分析时，为了真实反映滑块实际受力，在上下滑块之间增加一个铅直方向的相互作用力，在隧道锚滑块受力分析（图3）中用N5表示。单个锚碇的主缆拉力为83 000 kN，锚塞体滑块沿锚碇与混凝土胶结面失稳或滑动，即沿AB和GF滑动，上滑块沿滑面GH破坏或滑动，下滑块沿滑面AD破坏或滑动。假设在极限状态下，所有块体滑裂面同时达到极限状态，根据摩尔库仑定律，建立单个块体的静力平衡方程，再联立多块体平衡方程求解锚碇围岩抗滑稳定安全系数。

3.2 分析结果

按照初步拟定的锚碇几何参数（主要包括锚碇几何尺寸、锚室深度）、主缆荷载（83 000 kN）与锚碇倾角（40°）、地形条件、路堑边坡坡角等设计参数，计算不同超载情况下的稳定性系数，结果如图4所示。可见，超载小于18P时，稳定性系数均大于1.0。并结合三维数值模拟（安全系数大于9），以及参考其他类似工程的安全系数取值范围，可以确定初拟的隧道锚尺寸安全、隧道锚的建设条件符合要求。

4 结 语

针对官山大桥官山侧隧道锚，基于地质概化模型和参数研究基础，采用多块体极限平衡分析方法并结合数值分析，对隧道锚及围岩稳定性进行了分析，取得以下认识。

（1）根据地质概化模型，锚碇及围岩最可能出现的变形破坏模式为锚碇及上部岩体发生沿岩/混凝土胶结面或松弛岩体的滑动。

（2）多块体极限平衡分析结果表明，超载小于18P时，隧道锚稳定性系数均大于1.0，并结合三维数值模拟（安全系数大于9），参考其他类似工程的安全系数取值范围，确定初拟的隧道锚尺寸安全、隧道锚的建设条件符合要求。

官山大桥于2011年底开始建造，2015年9月竣工通车，隧道锚结构的各项变形指标均在合理范围内。官山大桥隧道锚的工程实践为类似工程积累了宝贵经验。

参考文献：

[1] 赵海斌，于新华，彭运动，等.坝陵河大桥隧道锚围岩力学特性原位试验研究[J].河海大学学报：自然科学版，2009，37（6）：680684.

[2] 张奇华，胡建华，陈国平，等.矮寨大桥基础岩体稳定问题研究[J].岩石力学与工程学，2012，31（12）：24202430.

[3] 汪海滨，高 波，朱栓来，等.四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟[J]. 中国公路学报，2006，19（6）：7378.