結(jié)構(gòu)力學在公路設(shè)計中的應(yīng)用

崔耀臻

摘 要：公路是交通運輸方式之一，我國公路按照交通量大小可分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路，高速公路和一級公路稱為高等級公路。近年來高速公路迅猛發(fā)展，形成了四通八達，縱橫交錯，連接城市景區(qū)的密集網(wǎng)絡(luò)，縣與縣之間基本都通高速公路。公路由路基、隧道、橋梁、涵洞等組成，受地理、地質(zhì)、地形、地貌自然環(huán)境影響，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在設(shè)計階段要對各個部位進行受力分析，穩(wěn)定性驗算，確保車輛在行駛過程中安全、舒適、快捷。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)力學;公路設(shè)計;交通運輸

1 公路組成構(gòu)件常用的形式

公路組成構(gòu)件中常用的有板、柱、梁、拱、行架、繩索、墩、墻等，它們形狀各異，車輛等荷載是通過路面直接或間接傳遞到構(gòu)件上。處在公路組成的各個構(gòu)件中，因高度、跨度和作用的不同，形成平面立體的空間布局，發(fā)揮著各自的作用，包含同一構(gòu)件中各個部位受力也不盡相同，有些部位受拉力，有些部位受壓力，有些部位受剪力，有些部位受彎矩，有些部位受扭矩影響，受力的作用后就會產(chǎn)生變形，在設(shè)計時要對結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件、重要節(jié)點和特殊截面進行受力分析，對構(gòu)件的變形和穩(wěn)定性進行驗算，使它的變形在規(guī)定允許范圍之內(nèi)，穩(wěn)定性安全可靠，這就要用到結(jié)構(gòu)力學。

2 構(gòu)件的支撐狀況分析

首先，確定具有代表性的重要構(gòu)件，對構(gòu)件的支撐進行分析。要看某一構(gòu)件是單點支撐還是兩點支撐，或者是多點支撐，分析它的支撐點在哪里，是剛性支撐還是柔性支撐，支撐點的確定對受力計算的準確性起著非常重要的作用，支撐點的形式不同，力的計算方法和構(gòu)件的變形狀況也就不同，所以要認真確定支撐點是柔性支撐還是剛性支撐。支撐點確定后就把構(gòu)件理想化，進行受力計算和變形計算。既要考慮局部構(gòu)件的支撐，也要考慮整體結(jié)構(gòu)的支撐，按照支撐的不同，構(gòu)件可分為懸臂構(gòu)件，簡支構(gòu)件，連續(xù)簡支構(gòu)件，剛性構(gòu)件，連續(xù)剛性構(gòu)件，它們的受力和變形的計算方法是各不相同的。

3 構(gòu)件的受力情況分析

接下來就要對構(gòu)件的受力情況進行分析。組成公路的構(gòu)件，一般體積都比較大，重量也很大，如混凝土構(gòu)件、鋼筋混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、土體結(jié)構(gòu)、漿砌塊石結(jié)構(gòu)和其它污工構(gòu)件，這些構(gòu)件本身就是公路受力的組成部分，這個力也就是構(gòu)件的自重，它是基本不變的，是靜止不動的，長期固定存在的，稱為靜荷載。靜荷載大小可以通過構(gòu)件的體積和密度計算出來。同時，公路上行駛著大大小小不同的車輛，這些車輛除了載重量不同外，每個車輛的輪胎數(shù)量也不完全相同，而且是行駛著的，一會在這里，一會在那里，是動態(tài)的，這種荷載叫動荷載。動荷載比較復雜，根據(jù)公路的特點和車輛的分布不同，公路部門制定出車輛多種標準荷載，在計算動荷載時，按照公路等級和預(yù)測交通量大小套用相應(yīng)的車輛標準荷載就可以確定下來。除自重荷載和車輛荷載，還要考慮其它荷載的影響，如人畜、風力、共振、雨雪和水壓及其沖擊力等對公路組成構(gòu)件的作用。

4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

確定了構(gòu)件支撐和所受荷載，就可以進行整體結(jié)構(gòu)、重要構(gòu)件、重要節(jié)點和特截面的受力計算，一般計算力的最大值，或者說是構(gòu)件所能承受的極限值，如最大拉力、最大壓力、最大剪力、最大彎矩、最大扭矩等，這些計算量是非常大的，計算時要不怕麻煩，認真仔細，不能出差錯，一般要計算兩次進行核對，確保計算出來的力的大小數(shù)據(jù)準確無誤。根據(jù)這些力的大小，進行配置鋼筋，然后進行變形和穩(wěn)定性驗算，檢驗構(gòu)件是否滿足有關(guān)規(guī)范和標準要求，變形是否超標，穩(wěn)定性是否可靠，如果不滿足，就需要適當調(diào)整截面尺寸和配筋，再進行驗算，反復調(diào)整截面尺寸和配筋，直到滿足規(guī)范和標準要求為止。變形和穩(wěn)定性驗算，既要驗算局部構(gòu)件，也要對整體結(jié)構(gòu)進行驗算，保證整體結(jié)構(gòu)安全可靠。

5 設(shè)計成果采用

經(jīng)過計算驗證結(jié)構(gòu)整體和各個部位是穩(wěn)定的，就可以說明整個結(jié)構(gòu)是安全的，在設(shè)計中就可以采用，也可以作為圖集，在同等級公路的設(shè)計中直接使用，只需對基礎(chǔ)和地基作不同的處理。

公路設(shè)計必須安全，施工質(zhì)量是保證設(shè)計成果的重要環(huán)節(jié)，只有嚴格按照設(shè)計要求和施工規(guī)范進行施工，使施工質(zhì)量完全達到設(shè)計要求，才能真正體現(xiàn)出設(shè)計的安全性和可靠性。

6 設(shè)計成果的監(jiān)測

在公路建成投入營運之后，對重要結(jié)構(gòu)和重要構(gòu)件進行監(jiān)控，是檢驗設(shè)計成果的重要手段，如對橋梁墩臺的沉降觀測，對橋梁、懸臂梁和板變形數(shù)據(jù)的測量，對擋土墻位移數(shù)值的監(jiān)控等。對等級較高跨度較大造型特殊的橋梁，要進行承載實驗，在橋面上布置車型不同、載重量不同、位置不同的車輛，進行靜態(tài)和動態(tài)觀測，檢測一些構(gòu)件的位移和變形是否滿足設(shè)計要求。在公路使用初期，對公路各個部位跟蹤監(jiān)測一段時間，用測量出的數(shù)據(jù)，與設(shè)計值分析對比，看是否在設(shè)計和規(guī)范允許范圍之內(nèi)，及時發(fā)現(xiàn)問題采取應(yīng)對措施，確保公路的使用安全。

7 結(jié)束語

現(xiàn)實中，公路在使用過程中出問題的時有發(fā)生，如橋梁的側(cè)梁在車輛行駛中側(cè)翻，橋梁在洪水沖擊下垮塌等，這些都是設(shè)計過程中考慮因素不足，對變形和穩(wěn)定性驗算不周造成的結(jié)果，應(yīng)當引起高度重視。

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