聶老師長(zhǎng)期致力于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究與工程應(yīng)用,對(duì)組合結(jié)構(gòu)開展了深入的科學(xué)研究,研發(fā)了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)新體系和新技術(shù),完成了一系列組合結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究并發(fā)展了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁方面,發(fā)展了鋼-混凝土疊合板組合梁橋、波形鋼腹板組合梁橋、鋼-混凝土組合錨固技術(shù)、鋼-混凝土組合加固和加寬既有混凝土橋梁技術(shù)、以及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算方法等,部分成果已經(jīng)成功應(yīng)用于重慶觀音巖長(zhǎng)江大橋、深圳北站大橋、山東濰坊濟(jì)青高速立交橋、南寧竹溪大道-民族大道立交橋、北京大屯路隧道、北京紫竹院橋加固改造等工作中。歡迎聶老師,請(qǐng)聶老師與我們的廣大網(wǎng)友打個(gè)招呼。
聶建國(guó):好,謝謝主持人。
主持人:鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)具有良好的理性性能和施工性能,采用結(jié)合技術(shù)建造橋梁能夠產(chǎn)生很高的綜合經(jīng)濟(jì)效益,近年來國(guó)內(nèi)外的有關(guān)研究和工程應(yīng)用越來越多,今天,聶老師將要就“鋼-混凝土組合橋梁”與大家進(jìn)行交流。
聶老師,我們知道您在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)這一領(lǐng)域是專家,很有發(fā)言權(quán),那么首先請(qǐng)您跟我們的廣大網(wǎng)友分享一下您近期所做的研究工作。
聶建國(guó):謝謝主持人。我目前的研究方向包括超高層、今天主要是橋梁建筑,在橋梁方面我們最近幾年主要研究的一些方向,或者是課題包括大跨度組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的研究,這是一個(gè)方向,另外一個(gè)方向是改進(jìn)型波形鋼腹板組合橋梁研究;第三個(gè)方向是鋼-混凝土組合技術(shù)在績(jī)優(yōu)橋梁加固改造過程中的意義。另外我們還對(duì)鋼-混凝土組合錨固、組合橋面系包括實(shí)踐效應(yīng)等等,另外在最近給天津市承建的工程中研究設(shè)計(jì)了比較好的鋼-混凝土組合。謝謝
主持人:聶老師是非常細(xì)心的專家,接受我們的邀請(qǐng)之后做了精心的準(zhǔn)備,關(guān)于鋼-混凝土這一塊有些網(wǎng)友跟我們的工作人員反映還不是很了解,先請(qǐng)聶老師簡(jiǎn)單的整體介紹一下“鋼-混凝土組合橋梁”這一塊的整體情況。在國(guó)內(nèi)是個(gè)什么現(xiàn)狀,應(yīng)用如何?
聶建國(guó):首先各位網(wǎng)友下午好,今天很榮幸能夠來到這里有機(jī)會(huì)和大家學(xué)習(xí)和交流。首先要感謝中國(guó)橋梁網(wǎng)和廣大網(wǎng)友對(duì)我的支持,感謝大家對(duì)我們團(tuán)隊(duì)在鋼-組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域所做的工作的關(guān)注和興趣,你們的問題也是我需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)的或進(jìn)一步研究的,如果我們?cè)趯?shí)踐中已經(jīng)取得一些體會(huì)就供你們分享。其實(shí)我們?cè)诮M合結(jié)構(gòu)橋梁方面也是邊學(xué)習(xí),邊研究,邊實(shí)踐,要說做了一點(diǎn)工作也只能算是在老一輩工作的基礎(chǔ)上做了一些發(fā)展。另外,我幸運(yùn)地趕上了我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展而帶動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的大好機(jī)遇,作為橋梁結(jié)構(gòu)科技工作者之一,我有幸?guī)ьI(lǐng)我們團(tuán)隊(duì)開展組合結(jié)構(gòu)橋梁的研究和工程應(yīng)用工作并堅(jiān)持了近20年。近年來組合結(jié)構(gòu)橋梁在我國(guó)得到了迅速發(fā)展,應(yīng)該歸功于國(guó)內(nèi)組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域同行的共同努力,包括科研、設(shè)計(jì)、施工等方面的工作。
主持人:感謝聶老師的精采演講,這樣一梳理,我們對(duì)鋼-混凝土組合橋梁有了一個(gè)整體的了解,現(xiàn)在我們的網(wǎng)友已經(jīng)按捺不住開始向聶老師提問了,接下來我們就把時(shí)間交給聶老師和在線網(wǎng)友進(jìn)行交流。 首先看這位網(wǎng)友的問題,他說請(qǐng)問聶老師,剪力鍵承受力比較實(shí)用的計(jì)算公式是什么看來這是一位橋梁設(shè)計(jì)師的問題,問的也比較實(shí)在。
聶建國(guó):交通運(yùn)輸部正在組織專家修訂的《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路鋼混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)與施工細(xì)則》,目前兩本規(guī)范基本定稿,很快就要面世。我也有幸被邀請(qǐng)參加這兩本規(guī)范的修訂工作,在上述兩本規(guī)范中對(duì)栓釘(又稱焊釘或剪力釘)和PBL剪力連接件有具體的承載力計(jì)算方法。目前我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013中已經(jīng)給出栓釘連接件的承載力計(jì)算公式。
網(wǎng)友關(guān)于這個(gè)怎么計(jì)算,馬上就有章可循了。
主持人:組合結(jié)構(gòu)計(jì)算是否考慮鋼-混凝土結(jié)合面的粘接力有利作用?
聶建國(guó):在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)中,鋼與混凝土之間存在自然粘結(jié),這種粘結(jié)作用于界面壓力有很大關(guān)系,是否考慮結(jié)合面的粘結(jié)力,應(yīng)按具體情況而定。在很低荷載的情況下,變形是可以的,但是在工程設(shè)計(jì)中,偏于安全,我們通常不考慮粘結(jié)力的結(jié)構(gòu)作用,鋼與混凝土結(jié)合面的剪力應(yīng)由剪力連接件完成承擔(dān)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候不應(yīng)該考慮自然黏結(jié)的作用,在荷載比較小的情況下可以考慮,但是設(shè)計(jì)的時(shí)候不能應(yīng)用。
主持人:請(qǐng)問鋼-混凝土疊合梁受彎時(shí),截面應(yīng)力分布能否采用平截面假定?計(jì)算與普通鋼筋混凝土梁有何區(qū)別?
聶建國(guó):鋼-混凝土組合梁在結(jié)合面配置連接件充分的情況下,受彎作用下,截面分析是可以采用平截面假定的。自然黏結(jié)破壞以后,一定要考慮鋼和混凝土相對(duì)華移的效應(yīng),如果大家有興趣可以看一些已經(jīng)發(fā)表的論文和一些專著,一兩個(gè)平截面可以適用,在連接開始破壞以后,但是要考慮滑移效應(yīng),這個(gè)可以看一些專著。
主持人:聶教授,您好!最近開始接觸鋼-混組合結(jié)構(gòu)的收縮徐變分析,現(xiàn)在收縮徐變分析都采用的梁?jiǎn)卧?,但?duì)于寬橋,存在一定的誤差。請(qǐng)問是否可以采用板單元分析,如何采用,謝謝!
聶建國(guó):如你所述,目前應(yīng)用比較廣泛的橋梁設(shè)計(jì)軟件如midas等,一般都只有梁?jiǎn)卧哂惺湛s徐變的計(jì)算功能,若采用板單元分析時(shí),考慮收縮徐變還是比較困難的,這樣在做空間效應(yīng)明顯的寬橋面系受力性能分析時(shí),誤差較大。我們研究團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)針對(duì)這個(gè)問題自行開發(fā)了具有三維收縮徐變分析功能的程序,并經(jīng)過大量試驗(yàn)的驗(yàn)證具有較高的精度。目前該程序已經(jīng)應(yīng)用到多個(gè)大跨度斜拉橋、懸索橋組合橋面系的分析中,取得了良好的效果,能較為精細(xì)地考慮寬橋面系的空間效應(yīng)和時(shí)變行為。
這個(gè)問題傳統(tǒng)的梁?jiǎn)卧紤]得比較困難,我一個(gè)博士生馬上要畢業(yè)了,這也是我多年前一直想考慮和探索的問題,對(duì)于大跨度斜拉橋橋面系依據(jù)傳統(tǒng)的單元是不能比較精確地考慮徐變,如果這位網(wǎng)友有興趣將來可以繼續(xù)交流,我學(xué)生的論文已經(jīng)完成了,你們可以給我寫郵件,我們可以繼續(xù)溝通。
主持人:請(qǐng)問用有限元建模分析時(shí),鋼-混組合結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系和鋼筋或混凝土區(qū)別大嗎?如何處理混凝土底面與型鋼的接觸關(guān)系,以及結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形后的接觸關(guān)系,我還是個(gè)大學(xué)生可能提出的問題有點(diǎn)簡(jiǎn)單,但希望您能幫我簡(jiǎn)單解答一下,不勝感謝!
聶建國(guó):大學(xué)生能夠考慮這么好的問題也很了不起的,由于本構(gòu)關(guān)系是材料層面的問題,因此無論用在具體哪種結(jié)構(gòu),材料本身的行為應(yīng)該不會(huì)有太大的區(qū)別,但在某些情況,譬如鋼管混凝土中的混凝土,應(yīng)采用考慮約束效應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系,這會(huì)和傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土材料本構(gòu)有所區(qū)別。在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)中,鋼與混凝土的連接通常采用栓釘連接件,這種連接件具有良好的抗掀起作用,沿橋縱向具有變形能力,抵抗鋼與混凝土界面的滑移,因此在有限元分析時(shí),只需將混凝土底面和鋼梁對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置縱向滑移彈簧,節(jié)點(diǎn)的其余自由度耦合,這樣就能較合理地模擬鋼與混凝土的共同工作,若采用非線性彈簧本構(gòu)和非線性材料本構(gòu),則可模擬組合結(jié)構(gòu)的大變形行為。
我們?nèi)绻胀ǖ慕M合梁混凝土還是可以普通混凝土的結(jié)構(gòu),鋼梁是普通鋼梁的鋼構(gòu),我們要考慮約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)。不知道他對(duì)回答滿意不滿意。
主持人:鋼混結(jié)合處在用有限元軟件進(jìn)行力學(xué)行為分析時(shí),怎樣能保證它的仿真程度?謝謝聶老師!
聶建國(guó):對(duì)于鋼混結(jié)合處進(jìn)行有限元分析,關(guān)鍵是要準(zhǔn)確模擬結(jié)合部連接件的受力行為,連接件的受力性能一直是組合結(jié)構(gòu)研究的一大熱點(diǎn),目前已經(jīng)有比較成熟的連接件數(shù)值模型,只要選擇合理的連接件模型,就能取得較好的模擬精度。
關(guān)鍵是連接件的情況。謝謝!
主持人:非常感謝聶教授,下面一位網(wǎng)友提問了,鋼和混凝土連接應(yīng)如何考慮,謝謝! 您好,rpc抗剪如何模擬,謝謝 !
聶建國(guó):鋼和混凝土之間的連接主要采用剪力連接件,目前栓釘連接件由于施工簡(jiǎn)單,且有良好的變形能力和受力性能,應(yīng)用最為廣泛。也是比較先進(jìn)的,施工比較方便,連接件的抗剪模擬可采用彈簧單元,并賦予彈簧單元合理的本構(gòu)關(guān)系。目前應(yīng)該來說拴釘連接件還是應(yīng)用最廣泛的。
主持人:謝謝聶老師,提醒一下廣大網(wǎng)友,可能您很早以前準(zhǔn)備好了問題,但是目前沒有發(fā)現(xiàn)您的問題,因?yàn)榫W(wǎng)友提問非常踴躍,聶老師對(duì)這些問題進(jìn)行了歸類,我們覺得更有系統(tǒng)性。接下來將是組合橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法這類的問題。
一位網(wǎng)友的問題是這樣的:請(qǐng)問聶教授。對(duì)于斜拉橋的鋼混結(jié)合段,有什么要注意的地方?有無設(shè)計(jì)理論和系統(tǒng)研究?
聶建國(guó):斜拉橋中的鋼-混結(jié)合段是一種比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式,根據(jù)結(jié)合段所處位置和受力情況,有如下幾種構(gòu)造形式:完全承壓式、承壓傳剪式、部分截面承壓式、部分截面承壓傳剪式等。不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式對(duì)應(yīng)不同的受力模式。鋼-混結(jié)合段的設(shè)計(jì)與施工有很許多值得注意的地方,例如在設(shè)計(jì)中,鋼-混結(jié)合段設(shè)置位置的選取,結(jié)合段的長(zhǎng)度、結(jié)合段的構(gòu)造形式、結(jié)合段的施工工藝等等,限于時(shí)間,詳細(xì)問題不展開。網(wǎng)友如果有興趣具體可參考即將出版的交通運(yùn)輸部主持修訂的《公路鋼混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)與施工細(xì)則》,相應(yīng)的我們也有一本正在組版中的書相應(yīng)的我們也有一本正在出版中的書《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁》,這個(gè)問題比較復(fù)雜,需要具體情況具體分析,不同的情況要根據(jù)最佳結(jié)構(gòu)段,從構(gòu)造、施工等等方面來進(jìn)行考慮。這本書主要面對(duì)廣大工程設(shè)計(jì)和施工人員,是我們近20多年來對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁學(xué)習(xí)、研究和實(shí)踐的一個(gè)總結(jié)。屆時(shí)歡迎網(wǎng)友們多多批評(píng)指正。
主持人:對(duì)于諾曼底大橋,我想請(qǐng)聶建國(guó)老師分析下它采用塔梁固結(jié)體系的原因,以及這種布置的優(yōu)缺點(diǎn),能和別的體系做下對(duì)比更好。另外,越詳細(xì)越好。
聶建國(guó):諾曼底大橋當(dāng)時(shí)建成時(shí)是世界第一跨徑斜拉橋,且橋位位于在勒阿佛爾和洪夫勒爾間塞納河靠上游側(cè)河灣口,抗風(fēng)穩(wěn)定性問題首當(dāng)其沖。諾曼底大橋采用塔梁固結(jié)體系,在施工期間塔梁固結(jié)形成很好的穩(wěn)定體系,對(duì)施工期間結(jié)構(gòu)體系抗風(fēng)穩(wěn)定性有著很大的幫助。其次,諾曼底大橋邊跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁形式,塔梁連接相對(duì)容易,且省去了大噸位支座。當(dāng)然,解決斜拉橋抗風(fēng)問題不一定要靠這種方式,隨著日本多多羅橋和我國(guó)蘇通大橋的建成,都沒有采用墩梁固結(jié)的形式。根據(jù)我國(guó)橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn),在大跨橋梁結(jié)構(gòu)中一般不采用塔梁固結(jié)形式,因?yàn)橐坏┕探Y(jié)之后,主梁的溫度變形將導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生較大的側(cè)向變形,對(duì)主橋受力不是很有利。
主持人:下面一位網(wǎng)友問無支架施工的鋼混組合梁,增強(qiáng)剛度有哪些好辦法?
聶建國(guó):對(duì)梁式組合橋來說,如果在有條件的時(shí)候可以設(shè)計(jì)成臨時(shí)橋,節(jié)省用鋼量。如果沒有的時(shí)候可以采用體外預(yù)應(yīng)力等方法增加組合梁無支架施工期間鋼梁的剛度。比如我們?cè)谥貞c,那個(gè)地方?jīng)]有條件打支架,我們采取了直接一跨跨過去,如果鋼強(qiáng)度不夠的話可以加一些體外預(yù)應(yīng)力。
主持人:我想問一下,鋼管混凝土構(gòu)件中,混凝土澆筑后因收縮徐變等因素導(dǎo)致無法和鋼管緊密連結(jié),影響協(xié)同受力的問題有什么好的解決辦法?
聶建國(guó):這個(gè)問題已經(jīng)有過研究,研究表明,鋼管混凝土中混凝土的收縮很小,徐變系數(shù)僅為普通鋼筋混凝土柱的1/3~1/2,收縮徐變對(duì)鋼管混凝土承載力影響很小,幾乎不會(huì)影響鋼管和混凝土之間的協(xié)同受力。
為什么呢?因?yàn)槿绻腔炷潦湛s徐變?cè)黾右稽c(diǎn),它們又會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡,曾經(jīng)有一個(gè)新的實(shí)驗(yàn),三種實(shí)驗(yàn),一種是混凝土和鋼平衡的,一種是混凝土高出鋼管一點(diǎn)、一種是鋼管高于混凝土一點(diǎn),最后承載力是一樣的,鋼管混凝土由于在使用當(dāng)中,徐變引起的變形差不會(huì)影響鋼管的承載力,會(huì)達(dá)到一種新的平衡。當(dāng)然這個(gè)也代表個(gè)人的觀點(diǎn)。
主持人:聶老師的解答非常精彩。下面一位網(wǎng)友說請(qǐng)問聶教授鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是不是對(duì)材料有特殊要求,例如鋼材和混凝土的結(jié)合問題有哪些設(shè)計(jì)和施工要求。
聶建國(guó):我的觀點(diǎn)是如何來應(yīng)用鋼-混凝土結(jié)構(gòu),如何應(yīng)用傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè),如何應(yīng)用我們國(guó)家目前施工隊(duì)伍的水平做出高性能的結(jié)構(gòu),組合結(jié)構(gòu)是一個(gè)比較好的選擇,鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)對(duì)材料沒有特殊的要求,鋼材和混凝土的結(jié)合主要通過剪力連接件,目前已經(jīng)有非常成熟的設(shè)計(jì)方法和施工工藝,應(yīng)用也十分廣泛,鋼材按照鋼結(jié)構(gòu)工藝要求進(jìn)行防腐處理,混凝土按照混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì),就能滿足長(zhǎng)期使用的要求。應(yīng)該來說可以滿足長(zhǎng)期使用的要求,我們也有特殊要求,如果我們需要截面更小一點(diǎn)鋼材強(qiáng)度可以小一些,Q390都沒有問題,混凝土也可以用C80,也沒有問題。
主持人:在鋼混結(jié)合部位,剪力鍵一般都常用哪幾種形式?哪一種相對(duì)來講,為最常用的?
聶建國(guó):常用的剪力連接件有栓釘、槽鋼、彎筋、PBL等,栓釘連接件由于施工簡(jiǎn)單,且有良好的變形能力和受力性能,目前在結(jié)合部位應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)該來說每一種連接件都有其適用范圍,比如在結(jié)合段,包括斜拉橋、包括其他的這些地方可以采用其他類別的連接件,但是最常用的是拴釘連接件,國(guó)際上也是這樣的。
主持人:聶教授你好,鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接目前最流行的是什么方法?
聶建國(guó):鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接主要采用剪力連接件,目前栓釘連接件由于施工簡(jiǎn)單,且有良好的變形能力和受力性能,應(yīng)用最為廣泛。拴釘連接件最大的好處是簡(jiǎn)易,我們沒有必要按照橋梁的圖紙去設(shè)計(jì)連接件,如果這樣設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)師來說是很大的工作量,即使簡(jiǎn)化了,這樣充分應(yīng)用拴釘?shù)淖冃文芰紤],這樣可以分段,這樣對(duì)橋梁設(shè)計(jì)和施工帶來了很大的方便。
主持人:謝謝聶教授!鋼混結(jié)構(gòu)中兩種不同材料之間的收縮徐變不一致,如何處理連接問題?同時(shí)如何解決溫度應(yīng)力?
聶建國(guó):收縮徐變和溫度效應(yīng)會(huì)給組合結(jié)構(gòu)帶來不利效應(yīng),主要會(huì)引起混凝土的開裂,除了在計(jì)算上做精細(xì)的分析外,可以采取以下措施減小收縮徐變和溫度應(yīng)力的不利影響:比如說采用合理的施工工序減小混凝土板的拉應(yīng)力、比如說連續(xù)組合橋梁,可以先做跨中的混凝土,然后再澆之后的混凝土,這樣橋梁在使用之前不受拉,有免費(fèi)的拉力。外采用預(yù)制板或疊合板減小收縮徐變效應(yīng)、在局部拉應(yīng)力較大的部位,如連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū),可以采用縱向可自由變形的連接件來釋放混凝土板中的拉應(yīng)力。最近我?guī)ьI(lǐng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)我們想出一個(gè)連接件,可以抗滑,但是不抗剪,不承受拉應(yīng),最近我們的成果在天津的項(xiàng)目上應(yīng)用,到時(shí)候會(huì)在一些會(huì)議和文章上做一些介紹。謝謝!
主持人:提醒各位網(wǎng)友,請(qǐng)您及時(shí)刷新頁面,以便看到更多的解答。接下來想請(qǐng)聶教授回答一些組合橋梁耐久性方面的問題。鋼-砼組合梁橋鋼砼梁橋作為公路、鐵路的重要組成部分,其結(jié)構(gòu)構(gòu)造完整性和耐久性是關(guān)鍵,采取什么處治和預(yù)防措施如何來提高和保證?
聶建國(guó):目前,在工程界一直有個(gè)擔(dān)心,認(rèn)為鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的耐久性不好,是基于如下兩個(gè)方面:一是混凝土開裂;二是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。其實(shí)每一種結(jié)構(gòu)都有耐久性問題包括混凝土結(jié)構(gòu),但從工程實(shí)踐來看,組合結(jié)構(gòu)耐久性問題沒有想象的那么嚴(yán)重,我們只要通過合理的設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施、確保施工質(zhì)量和科學(xué)的維護(hù)確保施工質(zhì)量和科學(xué)管理,整體性和耐久性是有保證的,比如剛剛說負(fù)彎曲如何減少拉應(yīng)力控制裂縫?,F(xiàn)在已有很多學(xué)者在致力于組合結(jié)構(gòu)耐久性問題的研究,這個(gè)非常好,研究成果會(huì)陸續(xù)與大家見面。我倒說一個(gè)有趣的現(xiàn)象,現(xiàn)在很多組合結(jié)構(gòu)橋梁服役了幾十年之后,都沒有出現(xiàn)明顯的耐久性不足問題,相反,比較多的混凝土結(jié)構(gòu)橋梁反倒出現(xiàn)了暴露出了耐久性問題比較多的,需要進(jìn)行修復(fù)和加固?,F(xiàn)在防腐的技術(shù)也提高了,北京的一個(gè)橋是1993年建的,現(xiàn)在已經(jīng)18年了,沒有任何問題,我們定期維護(hù),這樣耐久性應(yīng)該是有保證的,我們?nèi)绾巫龊脴蛎娣浪鹊?,混凝土結(jié)構(gòu)橋梁也有這樣的問題,開裂以后腐蝕鋼筋也比較麻煩。當(dāng)然這也是一種社會(huì)責(zé)任感,我們強(qiáng)調(diào)橋梁的動(dòng)力全過程。
主持人:謝謝老師,鋼-砼組合梁橋鋼砼梁橋的病害有哪些,如何降低病害?在設(shè)計(jì)過程中和施工過程中怎樣提前預(yù)防,避免以后出現(xiàn)病害?
聶建國(guó):這個(gè)問題和前面的問題有連續(xù)性的主要病害:一是混凝土開裂;二是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。但組合結(jié)構(gòu)耐久性問題沒有想象的那么嚴(yán)重,我個(gè)人覺得,組合結(jié)構(gòu)橋梁中應(yīng)盡量避免混凝土直接受拉,如果受拉不可避免就應(yīng)該合理控制裂縫寬度,讓混凝土盡量處于受壓狀態(tài),剛剛我說的一些施工措施,包括負(fù)彎曲、負(fù)組合,加應(yīng)力,這樣就可以。只要對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、施工,維護(hù),組合結(jié)構(gòu)的耐久性就能得到保證。
主持人:鋼筋砼梁式橋包括簡(jiǎn)支梁、懸臂梁及連續(xù)梁橋。這些橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中由于各種原因出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)致承載能力下降,不滿足運(yùn)營(yíng)要求,采取什么有效的措施對(duì)這些橋梁進(jìn)行處治、加固?
聶建國(guó):這個(gè)問題好像不是針對(duì)組合結(jié)構(gòu),但是我也想對(duì)此回答一二。目前我國(guó)還處在大規(guī)模建設(shè)時(shí)期,舊橋改造加固問題還不是非常明顯,但是已經(jīng)刻不容緩,等再過一二十年,舊橋改造工作必然是橋梁工程界的一件大事,就和現(xiàn)在歐美一些國(guó)家相似。舊橋改造加固工作是一個(gè)非常復(fù)雜的工作,我們認(rèn)為舊橋改造方法不能一成不變,應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的改造加固技術(shù)。因?yàn)槊恳粋€(gè)橋都有不同的特點(diǎn),不同的舊橋應(yīng)該選擇不同的加固方法,目前加固方法很多,粘根加固、體外應(yīng)力加固等等,包括近年來我們發(fā)展的組合加固每一種加固技術(shù)都有其自身特點(diǎn)和適用范圍,我們?cè)谶@方面要好好研究,現(xiàn)在一些加固方法用得不太適合的地方,當(dāng)然這方面隨著經(jīng)驗(yàn)的積累,在舊橋改造加固方面仍然會(huì)有好的成果、也會(huì)有好的效果,另外我的觀點(diǎn)是對(duì)于舊橋,我一直說采取救死扶傷的方式,盡可能不去拆除,能加固改造的盡可能加固,因?yàn)椴鸪龢蛄簩?duì)環(huán)境的影響非常不利,前些年一些業(yè)主包括管理部門找我們?nèi)タ戳艘恍┡f橋,有一座橋是建議拆除,其余都是通過比較好的方法加固改造,最后達(dá)到了使用滿足現(xiàn)行交通通行的要求。
主持人:救死扶傷這四個(gè)字真好,體現(xiàn)了聶教授非常強(qiáng)的責(zé)任心。下面的問題集中在組合結(jié)構(gòu)橋梁工程應(yīng)用前景上,請(qǐng)問鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在橋梁中的應(yīng)用有哪些典型工程?鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在橋梁工程中應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)有哪些?
聶建國(guó):近年來,隨著工程師,科研人員對(duì)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)逐漸深入,組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)也在工程應(yīng)用當(dāng)中逐漸顯露出來。組合結(jié)構(gòu)橋梁比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)橋梁自重輕得多、施工速度快得多,不影響交通、對(duì)抗震也是有利的,用鋼量大大減少,剛度提高、行駛速度提高,取得比較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于它的經(jīng)濟(jì)效益好,鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛,有一般梁式橋,特別是在城市立交、匝道、跨高速公路、跨鐵路橋梁,這個(gè)據(jù)統(tǒng)計(jì)北京市目前有大概三百座以上的鋼-混凝土梁式橋。
另外還有鋼管混凝土拱橋包括拱肋和組合橋面系、組合梁斜拉橋又稱疊合梁斜拉橋和結(jié)合梁斜拉橋,包括重慶的觀音巖大橋,現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)也是越來越多。
還有混合梁斜拉橋、現(xiàn)在大跨懸索橋也正在醞釀采用鋼混組合橋面系。幾年前建的懸索橋用組合橋梁還是有一些擔(dān)心,因?yàn)槎啻螐澢?,現(xiàn)在正在準(zhǔn)備開始建的武漢的長(zhǎng)江大橋完全采取混合梁斜拉橋。對(duì)提高行駛速度、保證橋面的鋪裝非常好。相當(dāng)于城市立交橋、梁式橋,現(xiàn)在正在發(fā)展單獨(dú)組合橋,包括一些新的橋等等。
應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)有如下幾個(gè)方面:1)針對(duì)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)方法相對(duì)滯后,設(shè)計(jì)規(guī)范不夠完善,我們的設(shè)計(jì)單位也有一定的困難,因?yàn)橐?guī)范不夠;2)計(jì)算軟件對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁目前還處于無所適從階段,現(xiàn)在我們一些計(jì)算軟件,剛才我前面提到,考慮徐變收縮效應(yīng),也是我強(qiáng)調(diào)的,它的實(shí)際數(shù)據(jù)狀態(tài),我們假設(shè)的計(jì)算模型是有差異,這樣導(dǎo)致我們不能準(zhǔn)確掌握橋梁結(jié)構(gòu)的某一點(diǎn)真正的受力,我們盡可能精確;3)工程技術(shù)人員對(duì)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁或多或少存在一些歷史遺留問題,因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不太多,所以困惑相對(duì)多一些,如混凝土板開裂,界面腐蝕性問題等等。鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種全新的。如果大家做得多了以后,它是非常靈活的結(jié)構(gòu)形式。我前面也提到一些例子,我相信在我們共同努力下,很多問題會(huì)逐漸被解答。因?yàn)殡S著我們工程實(shí)踐的積累和科研工作的不斷深入,我們現(xiàn)在困惑的這些問題,我們現(xiàn)在還在沒有把握比較足的一些問題會(huì)越來越清楚。我們的團(tuán)隊(duì)包括國(guó)內(nèi)的同行,在后面的研究中會(huì)慢慢盡可能逐漸滿足工程界對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的要求。謝謝
主持人:謝謝聶老師。下面一位網(wǎng)友問能問問浙江立交橋坍塌事故的原因分析么?
聶建國(guó):謝謝這位網(wǎng)友,看來很有社會(huì)責(zé)任感,我沒有參加相關(guān)的橋梁事故鑒定會(huì),具體情況不是非常清楚,我也是通過網(wǎng)絡(luò)了解了這件事,我把那幾張照片都下載下來了,所以你知道的會(huì)比我多。不過我想說一點(diǎn),對(duì)于結(jié)構(gòu)工程,包括橋梁工程,全過程控制包括設(shè)計(jì)、構(gòu)造、施工和管理等環(huán)節(jié)對(duì)結(jié)構(gòu)安全都是至關(guān)重要的,我想強(qiáng)調(diào)一下全過程控制,只要各個(gè)環(huán)節(jié)做好了,只要每個(gè)參與人員盡心盡責(zé),任何橋梁事故應(yīng)該都是可以避免或大幅減少的。
主持人:謝謝聶老師。我們也希望這種事故越來越少。
主持人:鋼混組合橋梁能不能適用于小型橋梁當(dāng)中?當(dāng)今大型橋梁中的鋼混組合橋梁技術(shù)發(fā)展到什么階段?
聶建國(guó):組合結(jié)構(gòu)橋梁自20世紀(jì)50年代之后就得到了迅速的發(fā)展,真正發(fā)展比較快是上世紀(jì)五十年代之后,從20~25m跨徑的中小跨徑梁橋到跨徑近千米的斜拉橋,目前都有組合結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用。組合結(jié)構(gòu)技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用于大跨度斜拉橋和懸索橋,我們國(guó)家已建成的最大跨徑組合梁斜拉橋主跨為605m,正在修建的最大跨徑組合梁斜拉橋主跨已達(dá)616m,目前我國(guó)正在修建中的最大跨徑的組合梁懸索橋主跨達(dá)850m,是在武漢。組合橋梁從中小跨境橋梁到大跨度懸索橋,說明組合橋梁還是有其優(yōu)點(diǎn),正是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)提出了需求,有了需求促進(jìn)我們進(jìn)一步研究。包括網(wǎng)友問的小跨境,是在特殊的情況下,不需要現(xiàn)場(chǎng)吊裝。比如我們?cè)谛陆龅模驗(yàn)楫?dāng)?shù)貨]有條件,小跨境從經(jīng)濟(jì)性來講,在有條件的時(shí)候不一定用組合橋梁,不是因?yàn)槲腋憬M合結(jié)構(gòu)就什么時(shí)候都用,組合結(jié)構(gòu)一定要用在非常適合的地方,在30米跨度以上可以顯示出它的優(yōu)點(diǎn),它的特點(diǎn)是跨度越大越能顯示出優(yōu)點(diǎn)。在建筑領(lǐng)域里這樣,跨度超過10米到12米可以考慮,跨度再小的時(shí)候還是用混凝土的。
主持人:謝謝聶老師。下面一個(gè)網(wǎng)友的問題是請(qǐng)問聶教授,矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)多數(shù)都是用于建筑結(jié)構(gòu)上,不知道在橋梁工程方面的發(fā)展前景如何?目前,對(duì)矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究還是參照國(guó)外的研究方法,規(guī)范也是同樣,在橋梁上的應(yīng)用更是少之又少,是不是發(fā)展空間很小了?
聶建國(guó):矩形鋼管混凝土由于施工方便,抗壓承載力高,抗震性能好,同時(shí)相比圓形鋼管混凝土,和其他構(gòu)件的連接構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單,相比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu),可避免裂縫外露,相比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu),可顯著改善其受壓穩(wěn)定性能,因此,如果能用在合適的部位以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),在橋梁結(jié)構(gòu)中仍然有廣闊的應(yīng)用前景。譬如大跨斜拉橋和懸索橋中的橋塔,尤其對(duì)于那些形狀復(fù)雜的橋塔,采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制往往比較困難,施工也很復(fù)雜,這時(shí)采用鋼管混凝土組合橋塔就能很好解決這一問題。此外,城市橋梁的橋墩也可采用矩形鋼管混凝土,現(xiàn)在我們正在發(fā)展一種改進(jìn)的連續(xù)組合桁梁橋,為了提高負(fù)彎矩區(qū)的剛度和承載力,我們?cè)谪?fù)彎矩區(qū)下弦桿采用矩形鋼管混凝土形式,取得了良好的效果。我們還發(fā)展了一種桁式的波形鋼腹板橋,下弦受壓桿我們也采用了矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式。
我們發(fā)展連續(xù)組合橋的時(shí)候,在正彎曲的上懸鋼管里,在負(fù)彎曲的下懸鋼管,這樣可以提高抗壓承重力。謝謝
主持人:謝謝您!跟廣大網(wǎng)友說一下,因?yàn)榫W(wǎng)友提問非常踴躍,所以可能一些網(wǎng)友的提問不能及時(shí)解答,沒有回答的問題會(huì)在以后的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)請(qǐng)聶教授解答。鋼混組合結(jié)構(gòu)和鋼混混合梁結(jié)構(gòu)相比在設(shè)計(jì)上和施工上有什么優(yōu)點(diǎn),這兩種結(jié)構(gòu)各適用于什么情況?
聶建國(guó):鋼-混組合結(jié)構(gòu)是一個(gè)大概念,鋼混混合梁結(jié)構(gòu)是其中一種結(jié)構(gòu)形式,采用鋼混混合梁結(jié)構(gòu)的目的是為了充分發(fā)揮鋼與混凝土材料各自的優(yōu)點(diǎn),這也是組合結(jié)構(gòu)的基本思想。鋼混混合梁結(jié)構(gòu)主要適用于大跨徑斜拉橋和連續(xù)梁橋,在這種橋梁結(jié)構(gòu)形式中,邊跨主要起到平衡主跨重量的作用,隨著橋梁跨度的不斷增加,采用單一材料時(shí)往往很難在結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與經(jīng)濟(jì)性之間尋求一個(gè)更好的平衡點(diǎn)。采用預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的斜拉橋,當(dāng)跨徑超過500m后主梁重量將很大,其跨越能力將受到限制,而采用鋼箱梁斜拉橋則造價(jià)又偏高。為解決這一問題,并充分發(fā)揮混凝土梁的壓重作用和鋼梁跨越能力大的特點(diǎn),采用主跨為鋼梁、邊跨為混凝土梁的鋼混混合梁結(jié)構(gòu)是一種不錯(cuò)的選擇。比如我們?cè)谌缣崂瓨?,主跨很大的時(shí)候采用鋼箱梁,組合橋梁可以提高自負(fù),為了解決施工快的目的。這是混凝土。
另外,組合結(jié)構(gòu)橋梁的優(yōu)點(diǎn)是受力性能好,抗震性能優(yōu)良,自重輕、施工快速方便,如可以省腳手架和模板,保護(hù)環(huán)境、不影響下部交通等,綜合效益顯著,因此組合結(jié)構(gòu)橋梁具有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)然任何一種結(jié)構(gòu)形式都有它的適用范圍,組合結(jié)構(gòu)橋梁也是如此。我們一定要強(qiáng)調(diào)不是什么時(shí)候都要采取組合橋梁。
主持人:下面網(wǎng)友想請(qǐng)問聶教授鋼-混凝土橋梁在市政上用得多不多,在減輕自重上有多大優(yōu)勢(shì)?
聶建國(guó):目前鋼-混凝土組合橋梁由于自重輕、施工方便、不影響交通在市政施工上有非常明顯的優(yōu)勢(shì),目前在北京已經(jīng)有300多,包括深圳、廣州等等應(yīng)用非常多。自重可以相對(duì)減輕40%,我們?cè)?jīng)有一個(gè)組合橋梁自重減輕70%,所以在市政施工當(dāng)中非常明顯,因?yàn)楣て诙?,又不影響交通?nbsp;
主持人:請(qǐng)聶教授就波形鋼腹板的情況簡(jiǎn)單介紹一下。
聶建國(guó):到我們國(guó)家也就是十年左右的歷史,但是目前國(guó)內(nèi)建成的比較少,是一種新型的組合橋梁體系,由于縱向剛度很小及所以可以不承擔(dān)應(yīng)力,另外腹板抗減非常有利。另外這種波形鋼腹板可以有效降低結(jié)構(gòu)自重,但是傳統(tǒng)的還是比較復(fù)雜的,尤其是下面有混凝土要澆,我們有兩個(gè)發(fā)明專利,對(duì)傳統(tǒng)的波形鋼腹板做了改進(jìn)。
主持人:謝謝聶教授和大家進(jìn)行交流,最后請(qǐng)聶教授再和大家強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)。
聶建國(guó):謝謝主持人,在結(jié)束交流和匯報(bào)之前想和各位強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):(1) 任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都要做到結(jié)構(gòu)體系合理先進(jìn),傳力直接,符合基本的抗震設(shè)計(jì)原則,構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便。要通過合理先進(jìn)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)橋梁美,而不是為了追求美而產(chǎn)生不合理的結(jié)構(gòu)和過多地增加投資。其實(shí)結(jié)構(gòu)本身是很美的。結(jié)構(gòu)方案是否合理在很大程度上決定了結(jié)構(gòu)的安全。
(2) 結(jié)構(gòu)的整體牢固性非常重要,一些結(jié)構(gòu)的破壞并不是因?yàn)閺?qiáng)度、剛度不足,而是因?yàn)槔喂绦圆粔颍瑯?gòu)造措施不到位,包括施工階段和使用階段,從汶川地震結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌包括一些工程事故可以清楚地看出這一點(diǎn)。
(3) 結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)與假設(shè)的模型存在差異,導(dǎo)致我們不能準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)的真實(shí)性能,比如房屋結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)柱弱梁雖然驗(yàn)算滿足了,但是梁的實(shí)際承載力和剛度比計(jì)算的要高。所以為什么我們看到很多震害盡管在驗(yàn)收的時(shí)候差不多,但是最后破壞性還是很大。因?yàn)閷?shí)際上梁的極限承載力和剛度要高于我們估算的。
(4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的結(jié)合以及與使用階段的管理都是密不可分的,不同階段要緊密地結(jié)合,如設(shè)計(jì)一定要考慮施工的可行性和可操作性,投入使用以后還要好好地管理起來,包括精心養(yǎng)護(hù)等,橋梁工程是一個(gè)系統(tǒng)工程。所以希望年輕的學(xué)子在今后走向工作崗位之后一定要注意這個(gè)問題,從設(shè)計(jì)到施工、包括從材料開始。這是我在這里的一些個(gè)人觀點(diǎn),供大家參考、批評(píng)指正。因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系要結(jié)束在這里和大家學(xué)習(xí)和交流。
所以各位網(wǎng)友,再次感謝你們對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁的興趣和關(guān)注。組合結(jié)構(gòu)橋梁以其顯著的特點(diǎn)和優(yōu)越性,已成為橋梁結(jié)構(gòu)體系的重要發(fā)展方向之一,并且組合結(jié)構(gòu)橋梁還會(huì)向更廣義的方向發(fā)展,包括與其它新材料如FRP等的組合。組合結(jié)構(gòu)橋梁將在實(shí)現(xiàn)我國(guó)橋梁強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中發(fā)揮越來越重要的作用,現(xiàn)在我們是橋梁大國(guó),老一輩一直在向橋梁強(qiáng)國(guó)邁進(jìn),我將帶領(lǐng)我們團(tuán)隊(duì)繼續(xù)努力工作,與國(guó)內(nèi)同仁們一起共同促進(jìn)組合結(jié)構(gòu)橋梁的進(jìn)一步發(fā)展。
本人帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)能夠在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域開展一些工作應(yīng)該感謝前輩的引領(lǐng),我的碩士研究生導(dǎo)師孫國(guó)良先生在1982年初把我引進(jìn)了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,為我日后開展組合結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。1992年我的博士后合作導(dǎo)師沈聚敏先生把我引到了一個(gè)新的科研平臺(tái)-清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所,為我進(jìn)一步開展組合結(jié)構(gòu)的科研工作創(chuàng)造了良好的環(huán)境和條件。還要感謝前輩們長(zhǎng)期以來的指導(dǎo)、關(guān)懷和鼓勵(lì),感謝國(guó)內(nèi)同仁的支持和幫助。
為什么一定要強(qiáng)調(diào),包括我的一些專著,很多實(shí)例都是靠國(guó)內(nèi)的同行,我們緊密合作,他們給我提供一個(gè)很好的學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。感謝本團(tuán)隊(duì)全體成員的辛勤工作,今天帶了我的兩個(gè)博士生來到現(xiàn)場(chǎng),包括以他們?yōu)榇淼奈覀兊膱F(tuán)隊(duì),我們的工作是團(tuán)隊(duì)共同完成的。感謝清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室全體工作人員的支持和幫助。我之所以能夠在組合結(jié)構(gòu)工程里做這么多工作,沒有他們的支持是做不到的。同時(shí)感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部、北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、相關(guān)企業(yè)的資助。因?yàn)闆]有經(jīng)費(fèi)我們做不了研究,有些可能就沒有實(shí)踐的機(jī)會(huì),所以同時(shí)向廣大網(wǎng)友表示感謝,今天下午有這么寶貴的時(shí)間和我們一起進(jìn)行交流,對(duì)我來說也是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程,再次感謝中國(guó)橋梁網(wǎng)提供這樣一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。
謝謝大家!
主持人:因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系,我們這一期的在線交流就進(jìn)行到這里,非常感謝聶老師做客行業(yè)交流,謝謝聶老師的精采解答,也非常感謝廣大網(wǎng)友的熱情參與。 很多網(wǎng)友問我們的工作人員,為什么自己的問題沒有被選中,在這里我要給廣大網(wǎng)友一個(gè)友情提示,實(shí)際情況是這樣的,并不是主持人故意要忽略大家的問題,而是行業(yè)交流直播現(xiàn)場(chǎng),同時(shí)提問的網(wǎng)友很多問題很容易一閃而過。但是還有個(gè)小竅門,可以幫助大家提高問題被選中的命中率。我們?cè)诿科谛袠I(yè)交流之前都會(huì)向廣大網(wǎng)友征集問題,做些前期準(zhǔn)備工作,這個(gè)時(shí)候提出的問題會(huì)更容易被選中。 下一期作客中國(guó)橋梁網(wǎng)的嘉賓也是中國(guó)設(shè)計(jì)大師、港珠澳大橋主體工程主要設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人之一、中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司副總經(jīng)理孟凡超先生,還請(qǐng)廣大網(wǎng)友及時(shí)關(guān)注我們的網(wǎng)站,具體時(shí)間請(qǐng)大家隨時(shí)關(guān)注我們網(wǎng)站,謝謝大家!
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