特殊工况下公路桥梁结构安全性分析研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 22 日 作者简介：姬海军（1980），男，汉族，本科，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程。-193-特殊工况下公路桥梁结构安全性分析研究 姬海军 焦作市公路事业发展中心，河南 焦作 454000 摘要：摘要：本研究通过对特殊工况下公路桥梁结构安全的分析和研究，得出特殊工况对公路桥梁结构安全有重要影响，需要进行详细评价并制定预防措施。基于结构力学理论的分析模型可以有效评估公路桥梁的结构性能和安全性。特殊工况下常见失效类型及实例分析为公路桥梁结构优化提供重要建议。此外，维护和防护措施以及结构安全防护措施也需要不断研究和改进。未来应进一步研究特殊工况下公路桥梁技术的创新方法和策略，以提高结构安全性。关键词：关键词：特殊工况；公路桥梁；结构安全性；故障模式；结构优化 中图分类号：中图分类号：TH21 1 公路桥梁技术与特殊工况的基础理论分析 1.1 公路桥梁技术的基本概述 公路桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，在现代社会中发挥着重要作用。公路桥梁技术作为专门研究桥梁建设和运营的研究和应用领域，在桥梁的设计、施工、养护和管理中发挥着至关重要的作用。公路桥梁技术主要包括桥梁结构设计、材料选择、施工技术和桥梁监测与评价。在设计阶段，必须考虑桥梁的荷载特性、地质条件和交通流量等因素，确定合适的桥梁类型和结构形式。施工过程中必须采用科学的施工技术，确保桥梁的质量和安全。在桥梁的使用阶段，需要定期对桥梁进行监测和评估，以便及时发现和纠正可能出现的问题。1.2 特殊工况的定义 特殊工况是指公路桥梁在正常使用情况下，面临的具有特殊性质、较大挑战的工况。这些特殊工况包括自然灾害（如地震、风灾、洪水等）、交通事故、施工活动、材料老化等。特殊工况的出现会对公路桥梁的结构安全性产生重要影响，可能导致安全事故。1.3 特殊工况下的公路桥梁结构安全性影响因素 特殊工况对公路桥梁的结构安全性有着显著的影响，主要是由以下因素决定：（1）荷载特性：特殊工况下，公路桥梁所受到的荷载可能远远超出了正常工况下的荷载水平，包括静载荷、动载荷、临时荷载等。（2）结构特点：不同类型的公路桥梁在结构形式、材料选用、设计参数等方面存在差异，这些特点将直接影响桥梁在特殊工况下的承载能力和稳定性。（3）地质条件：特殊工况下，桥梁所处的地质条件可能存在不稳定性，如地层沉降、地裂缝、滑坡等，这些地质因素将对桥梁的安全性产生重要影响。（4）材料性能：特殊工况下，公路桥梁结构所采用的材料可能会受到不同的因素影响，如温度、湿度、腐蚀等，这些因素会造成材料性能的变化，从而影响桥梁的安全性。2 特殊工况下的公路桥梁结构安全性评估方法 2.1 基于结构力学理论的公路桥梁结构性能分析 在特殊工况下，公路桥梁结构面临的荷载环境会发生变化，可能受到地震、洪水、风载等特殊工况的影响。为了评估公路桥梁在特殊工况下的结构性能，需要对其受力、变形、破坏等情况进行分析。基于结构力学理论的公路桥梁结构性能分析需要建立合理的数学模型。通过对公路桥梁结构进行离散化处理，将其划分为多个有限元单元，并建立受力计算的数学方程。结构性能分析的关键是求解这些方程，得到公路桥梁在特殊工况下的受力状态。基于结构力学理论的公路桥梁结构性能分析需要考虑各种荷载条件的作用。特殊工况下的荷载可能包括静力荷载、动力荷载等。静力荷载包括自重、载重、温度变化等，需要通过梁、板、柱等单元进行计算。动力荷载包括地震、风载等，需要考虑结构的振动特中国科技期刊数据库 工业 A-194-性和外部荷载的作用。2.2 特殊工况下的公路桥梁结构安全性分析模型 为了能够评估特殊工况下公路桥梁的结构安全性，必须创建合适的结构安全分析模型。必须考虑公路桥梁特殊工况下的荷载情况。根据特殊工况，荷载可为地震荷载、洪水荷载、风荷载等。针对这些应力条件可以采用不同的计算方法和模型进行分析。必须考虑公路桥梁的结构形式和材料特性。不同类型的公路桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥等）在特殊工况下具有不同的结构受力特征，需要根据具体情况选择相应的结构分析方法。2.3 公路桥梁结构安全性指标及其评价方法 安全指标可以是结构的承载能力、稳定性、位移极限等。对于特殊工况的公路桥梁，可根据设计要求和使用规范确定相应的安全指标。评价方法可采用定量分析和定性分析相结合的方法。通过计算公路桥梁的承载力、受力状态、变形等指标，并与设计要求进行比较，可以进行定量分析。定性分析可以综合评估公路桥梁结构的安全性，同时考虑结构的整体性能和可靠性。3 特殊工况下的公路桥梁结构安全性分析 3.1 特殊工况下公路桥梁的常见故障模式 特殊工况下公路桥梁的常见故障模式之一是超载。公路桥梁常常需要承载大型车辆和货物的重量，当超过了桥梁的设计荷载范围时，就容易导致桥梁的结构破坏。超载可能会引起桥梁梁体的变形、裂缝以及钢筋的断裂，严重时甚至可能导致桥梁坍塌。图 1 杭州一超载黄沙车压塌运河桥 2004 年 8 月 14 日凌晨 1 时许，杭州余杭区伍杭镇运河上的一座桥，被一辆满载石块的黄沙车压塌，造成水路、公路全部瘫痪，大卡车也坠入三米深的运河里。特殊工况下的温度变化也给公路桥梁结构带来一定的安全风险。当温度急剧变化时，桥梁的伸缩缝和支架受到挤压或拉伸，造成结构受力不均匀，产生裂缝和变形。此外，温度变化还会引起钢筋的热胀冷缩，影响桥梁的结构稳定性。特殊工况下的自然灾害也是公路桥梁常见的破坏模式。风暴、洪水和地震等自然灾害会对桥梁造成严重损坏。风暴和洪水会导致桥面结构被冲走或倒塌，而地震会导致桥梁损坏或倒塌。此外，在特殊工况下，桥梁结构缺陷是最常见的失效类型之一。由于设计、施工或材料问题，桥梁的结构存在裂缝、缺陷、腐蚀等隐患，这些结构缺陷会降低桥梁的承载能力，导致桥梁在工作过程中出现问题。3.2 特定工况下公路桥梁结构安全性分析 在地震工况下，公路桥梁的结构安全性是一个极其重要的问题。2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分，四川汶川县发生 7.8 级地震，离都江堰市区 5 公里处的水井湾大桥发生大面积垮塌,造成去汶川的公路交通阻断瘫痪。通过对该案例的分析发现，公路桥梁的抗震能力不足是导致其损坏的主要原因之一。同时，桥梁梁体的设计和施工质量也对其结构安全性产生了影响。因此，在特定地震工况下，需要加强公路桥梁的抗震设计和施工质量控制，以确保其在地震中的结构安全性。在洪水工况下，公路桥梁的结构安全性也面临着巨大挑战。2010 年 8 月 19 日，四川崇州市怀远镇场镇老定江桥因山洪冲刷发生局部垮塌，桥面坍塌三孔，60 余米桥身陷入河中。通过对该案例的分析发现，公路桥梁的水文条件与设计不相适应，导致其在洪水工况下的结构安全性出现问题。因此，在特定洪水工况下，应当加强桥梁的水文分析与设计，确保其在洪水中具有良好的结构安全性。中国科技期刊数据库 工业 A-195-在强风工况下，公路桥梁的结构安全性同样需要重视。美国在上世纪修建的塔科马大桥建成 4 个月之后就发生了坍塌，令塔科马大桥坍塌的罪魁祸首是一阵风。当初在建桥的时，没有充分考虑到空气动力学的原理，风在吹大桥的时候产生的共振使大桥坍塌，据分析虎门大桥事件就是共振引起的，只不过是比较轻微的涡激共振。通过对这些案例的分析发现，公路桥梁的抗风设计不足以应对极端风力工况，导致其结构安全性受到威胁。因此，在特定强风工况下，需要加强公路桥梁的抗风设计，确保其在极端风力条件下的结构安全性。4 特殊工况下的公路桥梁结构安全性防护措施 4.1 公路桥梁在特殊工况下的维修与保护 在特殊工况条件下，公路桥梁的维护工作应以修复受损部位为主，以恢复桥梁原有的结构和功能。在进行修复之前，需要进行详细的现场检查和评估，以确定损坏程度和修复方法。维修工作应充分考虑特殊工况对结构可能产生的影响，遵循标准化施工规范和程序，确保施工质量和安全。为了尽量减少特殊工况对公路桥梁结构造成的损害，采取多项防护措施非常重要。其中包括加固和加固结构构件、提高桥梁抗震能力、安装防护装置和设备以及修复和维护桥梁防水系统等措施。通过实施这些措施，可以有效提高公路桥梁在特殊工况下的抗灾能力和安全性。此外，定期维护和检查是保证特殊工况下公路桥梁结构安全的重要手段。通过定期检查和检查，可以及时发现桥梁结构的隐患和损坏情况，并采取适当的修复和加固措施。同时，应建立健全的归档和维护管理制度，确保桥梁结构的长期可持续运行。4.2 公路桥梁结构安全性防护措施的研究进展 根据已有的研究成果，特殊工况下公路桥梁的结构防护措施可以从多个方面来看待。其中，维护和保护是最基本的保护措施。定期检查和维护可以及时发现和纠正公路桥梁施工中潜在的问题，确保桥梁保持良好的结构状态。此外，有效的防护措施还包括提高负载能力、采用更好的材料和结构设计来应对特殊工况的挑战。公路桥梁结构安全防护措施的研究进展涵盖多个方面。一方面，对特殊工况下高速公路桥梁结构的防护措施进行了详细调查。例如，大风、地震等自然灾害时的倒塌减震措施可以显着提高公路桥梁的结构安全性。另一方面，对各种特殊工况下公路桥梁结构的防护措施进行了系统的总结和总结。例如，高寒地区的公路桥梁需要采取保温、防冰措施，防止结构受到低温、冰雪等恶劣环境的影响。此外，基于新材料、新技术的研究进展也为完善公路桥梁结构的安全防护措施提供了新的机遇。例如，采用高强耐用材料可以提高公路桥梁结构的抗风、抗震能力，降低结构的维护成本。同时，结合智能监测系统和大数据分析技术，可以实现公路桥梁结构运行状态的实时监测和预警，为安全防护提供更可靠的信息支撑。4.3 面临特殊工况时的公路桥梁结构安全性提升策略 可以考虑优化设计。在公路桥梁的设计阶段，可以通过合理选择材料、改变结构形式和提高结构强度等方法，增加其抗特殊工况荷载的能力。例如，在海洋环境中，可以选择防腐材料，以提高公路桥梁的耐腐蚀性能。同时，在地震区域设计桥梁时，应根据地震荷载特点合理选取结构形式和增加抗震设防等级。可以采取定期检测与监测措施。通过定期对公路桥梁的结构进行检测和监测，可以及时发现结构的异常变形、损伤和裂缝等问题，并进行相应的修复和加固工作。此外，可以利用传感器和监测系统实时监测桥梁的荷载、变形和振动等信息，以便及时调整和采取应急措施。此外，还可以采取先进的监测与预警技术。随着科技的发展，各种新型监测技术不断涌现。例如，无损检测技术可以在不破坏结构的情况下，准确地检测出结构的隐患和缺陷。而预警系统可以通过实时监测和分析数据，提前预警各种可能导致公路桥梁结构不安全的因素。5 公路桥梁技术在特殊工况下的未来展望及研究方向 5.1 对特殊工况下公路桥梁结构安全性现状的反思 特殊工况下公路桥梁结构的安全评价方法还不够中国科技期刊数据库 工业 A-196-成熟，具有一定的局限性。特殊工况引起的应力和环境变化对公路桥梁结构的影响尚未完全认识和控制。此外，特殊工况下公路桥梁的破坏模式和损伤机制也需要进一步研究和识别。因此，详细考虑特殊工况下公路桥梁结构安全的现状对于未来的研究和发展具有重要意义。5.2 公路桥梁技术在特殊工况下的研究发展方向 基于大数据和人工智能的分析方法可用于评估和预测特殊工况下公路桥梁结构的安全性。通过采集和分析大量实时结构监测数据，结合智能算法和模型，可以更准确地评估特殊工况下公路桥梁的结构安全性。应加强特殊工况下公路桥梁结构的风险管理和整体优化。通过荷载和环境变化的风险评估和管理，可以有效降低公路桥梁结构的安全风险。同时，结构的整体优化设计还可以提高公路桥梁在特殊工况下的承载能力和抗灾能力。加强公路桥梁结构修复保护技术研究。公路桥梁结构在特殊工况下容易受到各种破坏。因此，需要开发更有效的维护和保护技术，以延长公路桥梁的使用寿命。6 结束语 公路桥梁特殊工况下的结构安全分析是一个重要的研究领域。通过定义特殊工况并分析影响因素，可以确定特殊工况下公路桥梁承载安全评估方法。结构性能分析和安全指标评估是公路桥梁结构安全评价的两种常用方法。通过分析特殊工况下常见的误差类型，可以提出结构优化建议。维护和保护措施的研究进展可以为提高公路桥梁结构安全性提供策略。未来的研究应继续关注特殊工况下公路桥梁的结构安全，探索更可靠、经济的结构优化方法。本文的总结可为公路桥梁施工实践提供参考，提高特殊工况下公路桥梁的结构安全性。参考文献 1芮振华.公路桥梁构造的施工技术应用研究J.城市建设理论研究:电子版,2016(16):3.2陈小乐.高强抗裂性弹性混凝土复合材料在公路桥梁桥面连续结构中的应用技术研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2023.3陈佩胜.道路桥梁的常见结构病害及加固技术J.现代物业:中旬刊,2020(12):2.4李晓茜.公路桥梁结构检测技术J.全文版:工程技术,2016(006):306-306.5李伟.探析结构加固技术在公路桥梁上部的应用J.建筑遗产,2013(024):309-309.