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设计技巧论文样例十一篇

时间:2023-03-21 17:12:56

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设计技巧论文

篇1

在我国塑料工业发展中,计算机的应用起到了重要作用。计算机技术在模具设计领域的应用,大大缩短了模具设计时间,尤其计算机辅助工程(CAE)技术的大规模推广,解决了塑料产品开发、模具设计及产品加工中的薄弱环节。更在提高生产率、保证产品质量、降低成本等方面体现出现代科技的优越性。但是现代技术并不能替代专业设计人员的经验,在塑料模具设计时制品材料的选择是决定模具设计时模具材料选用的重要因素。怎样选用合适的材料,是模具设计中一个重要的问题。

一、塑料制品材料的选用对模具设计的影响

一般来说,并没有不好的材料,只有在特定的领域使用了错误的材料。因此,设计者必须要彻底了解各种可供选择的材料的性能,并仔细测试这些材料,研究其与各种因素对成型加工制品性能的影响。本文只就传统的热塑性材料进行分析以说明问题。在注射成型中最常用的是热塑性塑料。它又可分为无定型塑料和半结晶性塑料。这两类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上有明显不同。一般来说,半结晶性热塑性塑料主要用于机械强度高的部件,而无定型热塑性塑料由于不易弯曲,则常被应用于外壳。这是材料选用的大框,其次,还要根据填料和增强材料继续选择。

(一)根据填料和增强材料进行选择的分析

热塑性塑料可分为未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等种类产品。玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度;矿物和玻纤则具较低的增强效果,主要用于减少翘曲。玻璃纤维会影响到成型加工,尤其会对部件产生收缩和翘曲性。所以,玻璃纤维增强材料不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代,而不会有尺寸改变。玻璃纤维的取向由流动方向决定,这将引起部件机械强度的变化。试验(从注射成型片的横向和纵向截取了10个测试条,并在同一个拉力测试仪上对它们的机械性能进行了比较)表明,对添加了30%玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂,其横向的拉伸强度比纵向(流动方向)低了32%,挠曲模量和冲击强度分别减少了43%和53%。

在综合考虑安全因素的强度计算中,应注意到这些损失。

在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、填料和改性剂来改变它们的性质。由这些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库中查阅,更好的是听取原材料制造厂家的专家的技术建议。以选用最为合适的材料。

(二)考虑湿度对材料性能影响

一些热塑性材料,特别是PA6和PA66,吸湿性很强。这可能会对它们的机械性能和尺寸稳定性产生较大的影响。在进行设计时,应特别注意这种性能,考虑其对产品性能的影响。模具材料的选用取决于制品材料,细致分析制品材料后,才能在模具设计时选用最为合适的模具材料。

(三)塑料制品模具材料选用

细致分析塑料制品使用的材料后,选取最为合适的模具材料。目前我国市场常见的、适合热缩性材料的模具材料有:非合金型塑料模具钢(即碳素钢)、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢几种。在模具材料选取时,根据制品材料是否改性和增加填充剂,添加何种添加剂来选取适合的模具材料。例如:制作形状复杂的大、中型精密塑料制品时,其模具材料可选用预硬型塑料模具钢;制造复杂、精密且生产时间较长,需要高寿命模具时刻采用时效硬化型塑料模具钢。具体选用时主要还是要针对塑料制品的材料和模具预计使用情况选取。适宜的材料加上合理的设计将极大的提高模具使用周期,同时也可以提高产品质量。

二、壁厚及相关注意事项对产品性能的影响

在工程塑料零件的设计中,还有一些设计要点要经常考虑,其中对于壁厚的设计尤为重要,壁厚设计的合理与否对产品影响极大,改变一个零件的壁厚,对以下主要性能将有显着影响:零件重量、在模塑中可得到的流动长度、零件的生产周期、模塑零件的刚性、公差、零件质量,如表面光洁度、翘曲和空隙等。

(一)塑料模具设计工艺中的基础要求

在设计的最初阶段,有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要求。流程与壁厚比率对注塑工艺中模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中,要得到流程长、而薄,则聚合物应具有相当的低熔融粘度(易于流动熔解)是非常必要的。为了深入了解聚合物熔化时的流动性能,可以使用一种特殊的模具来测定流程。

增加壁厚不仅决定了机械性能,还将决定成品的质量。在塑料零件的设计中,很重要的一点是尽量使均匀。同一种零件壁厚不同可引起零件的不同收缩性,根据零件刚性不同,这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题。为取得均匀的,模制品的厚壁部分应设置模心。此举可防止形成空隙,并减少内部压力,从而使扭曲变形减至最小。零件中形成的空隙和微孔,将使横截面变窄,内应力升高,有时还存在切口效应,从而大大降低其机械性能。不同壁厚塑料制品的模具设计时,模腔的要求也不同,根据制品的要求,设计模具的模腔及脱模斜度,斜度要与塑胶制品在成型的分模或分模面相适应;是否会影响外观和壁厚尺寸的精度。

(二)热塑性塑料设计中的指标分析

热塑性塑料一般具有高的延展性和弹性,不需要像具有高刚性、低延展性和低弹性的金属一样指定严格的范围。设计者在决定热塑性塑料模具制品的成本方面起了关键作用,合理且不影响产品性能的、缩小公差,较少成本是可以实现的。一般商业上可接受的产品与标准尺寸的偏差不高于0.25-0.3%,但这还需要与应用时的具体要求相结合来判断。精确的模具可以有效的缩小制品公差,从而降低制品成本。因此,模具精密度对制品生产厂家具有重要意义。

三、塑料模具设计时对收缩值的考虑

为了不对塑料部件制定过分严格的范围,必须要注意一些影响塑料制品尺寸准确性的因素。模具制造的标准必须严格遵守,同时要特别注意脱模斜度的重要性,因为它决定了脱模容易与否及防翘曲性能。

还有一个与产品设计相关的重要问题是,当成型品是由不同材料或不同壁厚制成时,其模后收缩值与方向和厚度相关如果复杂的成型对加工的要求非常严格,必须要获得模具原型有关收缩值和翘曲行为的准确数据玻璃增强材料的这一性质最为明显。玻璃纤维的取向性可在水平方向和垂直方向产生具有显着性差异的收缩,从而导致尺寸不准确。塑料制品的几何形状对收缩也有影响,进而影响到产品的性能,这也是设计者值得关注的一点。因此在此类制品模具设计时要注意制品脱模收缩后的尺寸是否为产品要求尺寸,否则因制品模后收缩值的影响,极有可能导致产品尺寸不符合标准。

结论:

与产品模后性能相关问题还有许多,设计人员可以参考手册进行设计。总之,在塑料制品模具设计时要充分考虑可能影响制品尺寸、性能、外观等多方面因素,综合利弊,选用适合的材料,合理的设计,才能保证产品的性能。

参考文献

张国栋.模具设计概述[J].中国模具设计,2003,6.

李海龙.注塑模具设计[J].模具前沿,2005,12.

肖海燕.模具设计之材料选用[J].西安机械设计,2006,1.

篇2

一、紧贴学生实际,布置养成性作业

设计作业的目的是让学生通过努力能够求得合理的答案。所以,作业设计必须贴近学生的实际应用能力。“贴近”既包含设计的作业在难度、广度和形式上要符合学生对语文素养发展的实际需求,也包含设计的作业要体现学生主体个性发展的实际需求。这样,作业设计才能有利于促进学生语文素质的健康发展。由于学生语文基础差,底子薄,学习习惯有待完善,因此生字、词和抄写,释义不仅是必不可少的作业形式,更有助于培养他们良好的作业习惯。经过多年的观察,这种简单的作业形式适用于我校的绝大部分学生,有利于他们基础知识、基本技能的培养。他们从小没有培养起注意力集中的学习习惯,能够准确无误地抄写对于他们都是一项难度不小的问题,这也许被好学校的初中语文教学早以弃之不用的作业形式,却非常适合我们学校,教育要为学生服务,只要是切合学生实际的就应该坚定不移地拿来为我所用。我们的学生家中有电脑的屈指可数,没有一个能上网,因此就不能布置需要上网查资料的作业。

二、紧贴学科特点,布置有语文味的作业

语文作业的科学设计,应该体现出语文学科的教学特点,符合语文学科教学的运行规律;否则,就会失去作业的促进功能,降低作业训练的效益。语文教学与数学、物理、化学等学科的教学具有本质区别,它的特质主要体现在:(1)语文教学内容是工具性、思想性、人文性与艺术性的自然复合。(2)学习主体对语文信息的内化过程,是按照陶冶性转化与感悟性养成的方式运作的。(3)语文信息的教学传导要达成的理想状态是目标预设和思想生成的对立统一,有预设才有吸收,有生成才有提高。所以,语文作业的科学设计应当与以上这些学科教学特点相适应,也就是说,要让学生做作业与学语文对口衔接。现在的语文教学提倡在生活中学习语文,这也提示我们在进行作业设计时,也要将触角伸向社会生活的广阔领域。这样,作业就不至于成为学生学习的负担,相反,能成为学生放飞思维平台,让他们什么时候都有话可说,也学着有话会说。可以临帖,培养他的良好的书写习惯;可以听新闻,锻炼他的听力;可以自己录音,提高他的朗读水平;可以阅读美文名篇,扩大他的阅读面;可以走进社会,挑出街头错别字;可以办手抄报,全面发展自己。

三、紧贴学生年龄特点,布置有兴趣的作业

叶圣陶先生曾说:“学习是学生自己的事,不能调动学生的积极性,不让他们自己学习,是无论如何学不好的。”不论什么时候兴趣都是最好的老师。学生对事物怀有强烈的新奇感,那些新颖、生动、灵活多变的事物往往容易引起学生的兴趣,促使他们的思维始终处于积极状态,产生强烈的求知欲,促使其进人最佳学习状态,我们的教育目标也就更容易达成。七年级上册《皇帝的新装》教学中我摒弃了传统的教学程序,干脆让他们自己回去看,上课时让他们自由组合表演课本剧。同学们一下来了兴趣,从表演课本剧的情况看,回去不但读了情节,还分析了动作、个性。互相配合研究情节,设计对话。这不仅使学生更好地掌握课文中人物的性格和文章主旨,更培养了孩子们的动手、动脑、互相协作的能力。

四、紧贴学生差异性特点,布置有层次的作业

从教育心理学角度看,学生的身心发展由于票赋及后天诸多的因素影响,存在差异,要想让不同层次的学生都能在完成作业的过程中获得的体验,教师必须采取分层作业的策略,让不同层次的学生都有自由选择的作业,自主完成习题的机会,让他们都能品尝到成功的喜悦。教师要根据不同层次能力的学生提供不同层次的作业资源,增加作业的多样性,从而保护学生的学习积极性。

比如把作业分为基础A、阅读B、写作C三种类型。A类作业主要是基础知识的积累,如抄抄词语、练练字,加上此类学生大多不够自觉,预习作业等强制性地要求他们做在本子上交老师批阅,促使学生养成良好的学习习惯。B类作业主要完成课外阅读及摘抄任务,一周须阅读并摘抄3次以上,同时写下简单的评析文字,掌握阅读规律,以读促写。C类作业则以写促读,规定每周至少练笔3次以上,长短不限,养成细心观察,善于思考,随时记录的习惯。在学生自主选择的基础上,再根据他们测试时的基本情况及平时表现进行二次分类,试行一段较长的时间后进行相应的调整。对于这样的语文作业,学生感觉受到了尊重,增强了自,因此能自觉完成作业。

五、紧贴生活实际,布置生活性的作业

从近年来中考、高考的作文实践中发现,很多孩子不善于观察生活,不会从平凡的生活中找寻闪光点,为了应付考场作文,编造出很多悲惨故事,什么爸爸有病,妈妈出车祸,好像不出点事,就发现不了生活的美。在作业设计中就有意强化这一点,切合他们的家庭环境,干脆就让他们利用周六、周日和父母一起工作一天。学生们的父母大多从事体力劳动,很多在工作中还要承受白眼儿,当周的周记及后来的作文中都表现出来,看到了子女对父母的心疼,更多的则是对父母的理解。这样的作业设计已超出了语文学习的范畴了,这种贴近生活的作业更多则是一种道德、情感、价值观的培养,是功在语文,利在一生的。

篇3

对我国高层建筑设计的若干探讨:由于受人口压力的不断增大,以及城市土地资源紧张的双重影响,促使现代建筑形式转。向高层空间发展,随之高层建筑工程便成为了现阶段我国建筑风格形式的一个主要潮流趋势。随着高层建筑工程施工建设数量与规模的不断加大,高层建筑技术与工艺也逐步向复杂性方向发展,在这一过程中高层建筑设计上面的一些不足之处就逐步的暴露出来。如何更好的提升高层建筑的设计便成为当今建筑行业发展所需要考虑的一个重点问题。

深度解读殡葬建筑设计中的生态自然元素:本文围绕殡葬建筑与生态自然元素的契合展开,试解读当下殡葬建筑设计中自然元素在城市生态化发展中发挥出的重要作用,让自然元素在殡葬建筑空间上的痕迹通过一系列的手法得以体现,也使人在其中体会到当融入了各种自然介质时,殡葬建筑作为一个主体变化的独立性,及这种变化给人以丰富的感受,契合了主题。同时去深层次的挖掘变化的内涵,展示动态的过程,使建筑作品与自然融为一体,具有特色。

建筑设计中数字化技术的应用分析探讨:近年来,随着社会经济和建筑业的蓬勃发展,建筑设计技术也在不断的提高,尤其是数字化技术的运用,逐渐成为现代建筑设计中不可或缺的一项技术。随着全球化经济的发展和数字化时代的到来,以计算机技术与信息网络化为主要特征的数字化技术对人们的生产生活产生着较大的影响,建筑设计也不例外。本文将对数字化技术及其对建筑设计的影响进行分析,并在此基础上深入研究数字化技术如何在建筑设计中得以广泛应用。     建筑设计中的生态性问题分析     1)可持续发展意识有待加强。我国可持续发展的社会主义建设目标已经宣传了很多年,然而,在实际行动中,很多情况下可持续发展只是一声响亮的口号。目前我国大多数地区仍然走“先污染、后治理”的路线,造成华而不实的建筑工程数不胜数,导致建筑物的毒性逐步吞噬了居住者的健康,也加重了自然环境的压力。我国建筑缺乏生态因素的重要原因就是可持续发展的口号响亮,光说不练,因此,通过建筑设计将可持续发展的思想落实是目前我国建筑行业的重要课题。     2)建筑物的整体性意识有待加强。建筑物既是单独个体,也与其他建筑物之间存在整体性联系,建筑物的整体性意识能够全方位评价建筑物的周围环境和能源。目前,我国的建筑设计对建筑之间的整体性关联缺乏重视。建筑物的整体性意识薄弱是目前我国建筑设计中的一个重大问题。建筑物孤立,评价单一,导致人与自然很难连接,建立综合的生态观念也存在很大的困难,由此可见,将生态策略是计划的重要方法就是建筑物的整体意识。     3)建筑物的实际功能意识有待加强。我国建筑设计存在一个通病,那就是建筑设计过于形式化,建筑物华而不实。目前国际上的建筑风格都趋向于简约风格,而中国建筑背道而驰。生态策略对环境保护有一定的要求,因此,在实际的建筑设计中,重视建筑的实际功能是尤为重要的,我国对建筑物的实际功能意识还有待加强。对建筑各个方面的实质性功能考察我国实现生态建筑的重要因素,需要得到高度重视。

篇4

一、项目概况

灵山高架桥是龙(游)-丽(水)高速公路龙游改建段上的一座高架桥,位于龙游县灵山乡。龙丽高速公路是在龙丽一级公路的基础上改建。由于一级公路改高速后,对一级公路实施时占用的50省道灵山段必须恢复。通过多种方案论证比较后决定采用全线高架桥跨越50省道,桥下的50省道按二级公路标准修建。高架桥上部构造为(45×25)m部分预应力砼组合小箱梁,先简支后连续,全桥分8联。该桥左右幅分离,单幅桥梁宽度为11.75m,全桥长1130m。桥址处地质岩层较浅,岩性单一,属片麻岩。桥位处属亚热带季风气候,极端最高气温41.8℃,极端最低气温-11.4℃,年平均气温在16.3~17.3℃。

二、设计标准

1.公路等级:高速公路;

2.设计荷载:公路-I级;

3.计算行车速度:80km/h;

4.桥梁横断面:整体式路基宽24.5m,桥梁比路基两边窄0.25m,桥梁左右幅分离,单幅桥梁宽度为11.75m,横断面布置为0.5m(钢筋砼防撞护栏)+10.5m(行车道)+0.75m(波形钢护栏);

5.地震动峰值加速度系数:0.05g,重要性修正系数1.3,抗震构造措施按七度设防。

三、总体设计

桥址处地形平坦,两边为灵山乡村民居住区,人员比较密集。已建成的龙丽一级公路为双向四车道,交通量较大。要求施工过程中不能中断龙丽一级公路、50省道的通行,因而桥梁规模、施工难度都比较大。桥型方案设计,力求做到技术可靠、经济合理、施工方便、施工周期短、维护费用低,并且尽量减少对相关工程正常运营的影响。结合初步设计专家评审意见,上部构造选择预制的预应力砼组合小箱梁,先简支后连续。

桥跨布置为:(6×25+5×25+3×(6×25)+2×(5×25)+6×25)m,墩台均按法向布置。全桥分为8联,左右幅布跨相同。下部构造为:矩形墩、肋式台,矩形挖孔灌注桩基础。

四、上、下部结构设计

1.上部结构

本桥上部结构采用25m部分预应力(A类)混凝土组合小箱梁,5~6孔为一联,采用多箱单独预制,简支安装,现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。梁高140cm,顶板厚18cm,底板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm,腹板厚从跨中至根部由18cm变化为25cm。半幅桥每孔布置4片箱梁,箱梁梁间距为285cm,悬臂长160cm,箱梁之间设18cm厚横向湿接缝。箱梁连续处设1道厚35cm的中横梁,边跨梁端设1道厚25cm的端横梁。小箱梁采用C50混凝土预制。

2.下部结构

下部结构的特点是桥墩类型多,是本桥设计的难点,也是本文要重点介绍的内容。为了保证桥下50省道的通行净空要求,本桥采用二柱或者三柱式桥墩。二柱式墩有37个,其中柱间距为14m的有35个,柱间距为12.4m的有1个,柱间距为15.2m的有1个;三柱式墩有7个。全桥合计有10种不同类型的桥墩。

桥墩盖梁统一采用矩形截面,高为200cm,宽为180cm。其中预应力盖梁设计又是本桥最复杂的部分。盖梁采用C50混凝土,按全预应力砼构件设计。采用ASTMA416/A416M-98标准的低松驰钢铰线,其标准强度1860MPa,直径15.24mm,公称面积140mm2,弹性模量Ey=1.95×105MPa,所使用的预应力锚具应符合国家标准GB/T14370—2000中规定的I类锚具要求。管道采用预埋金属波纹管成型。

桥墩墩身采用等截面矩形实心墩,墩高为600~700cm。两柱式和三柱式中墩的墩身截面尺寸为:180cm(横)×150cm(纵);三柱式边墩为:150cm(横)×150cm(纵)。墩柱按普通钢筋砼构件设计,采用C30混凝土。

为了加快施工进度和减少施工过程中对龙丽一级公路、50省道正常运营的影响,建设单位要求设计单位对桥墩下部桩基进行优化设计。桥址处弱风化岩层比较浅,如果按嵌岩桩设计,桩长只有15~25米,完全可以采用人工开挖。采用这种施工方法每个桥墩之间互相独立不受影响,作业面广,可以同时大面积施工。经过综合分析比较,桥墩下部桩基并没有采用以往通常的做法:群桩加承台;而是采用等截面大尺寸矩形挖孔灌注桩。两柱式和三柱式中墩的桩基截面尺寸为:240cm(横)×180cm(纵),三柱式边墩为:180cm(横)×180cm(纵);采用C25混凝土。桥墩构造见图1和图2。

图1二柱式桥墩一般构造

图2三柱式桥墩一般构造

五、结构计算

1.组合小箱梁

小箱梁内力计算采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0进行计算,荷载横向分配系数采用刚接板(梁)法计算,并用梁格法进行检算,桥面板计算按单向板和悬臂板计算。本设计为部分预应力(A类)混凝土结构,故跨中底板和支点处顶板根据承载能力极限状态设置受力钢筋。此种结构在高速公路上比较常用,有较成熟的设计、施工方法,本文不再赘述。

2.盖梁桥墩盖梁施工及运营阶段的内力计算采用桥梁博士3.0进行计算。预应力混凝土现浇盖梁施工工艺流程为:下部桩基、立柱施工完成后,搭设支架浇筑盖梁砼;盖梁砼达到设计强度后张拉第一批钢束;然后进行上部小箱梁的架设,再张拉第二批钢束;最后进行桥面系施工。按此流程分4个主要工况计算结构各截面内力、应力和位移。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降和温度等工况,按规范进行最不利荷载组合。温度荷载按体系升温5°C及降温5°C计算;不均匀沉降按10mm计算。

计算结果:在最不利荷载组合下,盖梁上缘最小应力为压应力1.2MPa,盖梁上缘最大应力为压应力5.5MPa,盖梁下缘最小应力为压应力0.5MPa,盖梁下缘最大应力为压应力6.6MPa,均满足规范要求。

3.盖梁与墩柱连接方式对比计算

一般桥墩盖梁与墩柱都是采取直接固结的连接方式,本桥设计中两柱式桥墩也是采用这种方式,见图1。但是在三柱式桥墩盖梁计算中,发现离中柱距离比较大的边柱如果采用梁柱固结,计算很难满足规范要求,因此采取盖梁与墩柱之间设置单向活动盆式支座,见图2。

为弄清2种连接方式对盖梁的影响,在设计中,针对梁柱设置支座和固结2种情况进行对比计算。取5号墩盖梁靠边墩的部分单元在运营阶段的截面应力进行比较,其结果见表1。

单元号

截面号

下缘应力(MPa)

表1说明梁柱之间设置支座可有效增加截面下缘的压应力,对预防盖梁下缘开裂有明显的作用。因此,在该桥设计中,对三柱式桥墩盖梁均设置有盆式支座。其中3、4、39和40号墩两侧边柱设盆式支座,5、6和38号墩单侧边柱设盆式支座。

六、结语

灵山高架是龙丽高速公路上的控制性工程之一,施工工期短、施工场地受限制、下部桥墩构造复杂是该桥的特点也是设计和施工的难点。通过精心设计,努力创新,大胆采用新技术、新工艺,使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调,全桥气势宏大,庄重沉稳又不失轻盈美观,符合安全、经济、适用、美观的原则。本工程对类似高架桥工程日后的设计和施工具有一定的参考价值。

参考文献

篇5

混凝土桥面薄层铺装力学分析

篇6

一、引言

近十年来,世界相继发生了多次重大地震,1989年美国LomaPrieta地震(M7.0)、1994年美国Northridge地震(M6.7)、1995年日本阪神地震(M7.2)、1999年土耳其伊比米特地震(M7.4)、1999年台湾集集地震(M7.6)等等。因此,专家们预测全球已进入一个新的地震活跃期。随着现代化城市人口的大量聚集和经济的高速发展,地震造成的损失越来越大。地震灾害不仅是大量地面构筑物和各种设施的破坏和倒塌,而且次生灾害中因交通及其他设施的毁坏造成的间接经济损失也十分巨大。以1995年日本版神地震为例,地震造成大量高速公路及高速铁路桥隧的毁坏,经济总损失高达1000亿美元。

近几次大地震造成的大量桥梁的破坏给了全世界桥梁抗震工作者惨痛的经验教训。各国研究机构纷纷重新对本国桥梁抗震规范进行反思,并进行了一系列的修订工作。日本1995年阪神地震后,对结构抗震的基本问题重新进行了大量的研究,并十分重视减振、耗能技术在结构抗震设计中的应用。桥梁、道路方面的抗震设计规范已经重新编写,并于1996年颁布实施。美国也相继在联邦公路局(FHWA)和加州交通部(CALTRANS)等的资助下开展了一系列的与桥梁抗震设计规范修订有关的研究工作,已经完成了ATC-18,ATC-32T和ATC-40等研究报告和技术指南。与旧规范相比,新规范或指南无论在设计思想,设计手法、设计程序和构造细节上都有很大的变化和深入。

中国现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)在80年代中期开始修订,于1989年正式发行。随着中国如年代经济起飞,交通事业迅猛发展,特别是高速公路兴建、跨越大江,大河的大跨桥梁、大型立交工程以及城市中大量高架桥的兴建,规范已大大不能适应。但是目前所有国内的桥梁设计,对抗震设计均在设计书上标明的参照规范即是《公路工程抗震设计规范》和《铁道工程抗震设计规范》。与国外如日本、美国的同类规范相比,中国现行《公路工程抗震设计规范》水准远落后于国外同类规范。若不进行改进,则必将给中国不少桥梁工程留下地震隐患。

本文主要介绍了各国桥梁抗震设计规范中基础部分的抗震设计。基础部分对全桥的地震响应以及墩柱力的分布均有非常重要的影响。基础设计不当会导致桥梁墩柱在地震中发生剪断、变形过大不能使用等等,有时甚至是桩在根部直接剪断破坏。基础设计需要考虑的方面除了基础形式的选择以外还包括抗弯强度、抗剪强度桩基础连接部分的细部构造、锚固构造等方面。本文首先对中、美、日、欧洲、新西兰五国或地区抗震设计规范中有关基础的部分进行了一般性的比较。笔者认为,相对而言中国的规范在基础抗震设计方面较为粗糙、可操作性不强。而日本规范在这方面作的最为细致,技术也较为先进。因此,在随后的部分中详细介绍了日本抗震规范的基础设计方法。

二、主要国家桥梁抗震规范基础抗震设计的概况

本文将中国桥梁抗震规范与世界上的几种主要抗震规范(美国的AASHTO规范、Cal-tans规范、ATC32美国应用技术协会建议规范,新西兰规范NZ,欧洲规范EC8,日本规范JAPAN)进行基础抗震设计方面的比较。

中国桥梁抗震设计规范有关基础设计的部分十分笼统,只以若干定性的条款,从工程选址方面加以考虑,而对基础本身的抗震设计,特别是对于桩基础等轻型基础抗震设计重视不够。这方面,日本的桥梁抗震设计规范和准则规定得比较详细,是我们应当学乱之处。基于阪神地震的经验,地震后桥梁上部结构的修复和重建都比下部基础经济和省时、省力,因此桥梁基础的抗震能力的要求应比桥墩高。

三、日本桥粱基础抗震设计方法细节

1.按流程,先用震度法设计。震度法基本概念是把设计水平震度

Kh乘以结构Kh的计算方法如下:

其中Cz--地区调节系数;

Kh0--设计水平震度的标准值。

其中,δ是把抗震设计所确定的地基面以上的下部结构质量的80%或100%和该下部结构所支承的上部结构质量的100%之和作为外力施加到结构上在上部结构惯性力作用点位置发生的位移。

2.用震度法设计以后,如果基础结构是桥台基础或者桥墩的扩大基础,不需要用地震时保有水平耐力法设计。这是因为设计桥台基础时,地震时动力压力的影响非常大,此外结构背面存在的主体也使结构不容易发生振劾。而对于扩大基础来说一般地基条件非常好,因此,地震时基础某些部位转动而产生非线变形可以消耗许多地震能量。

3.用地震时保有水平耐力法设计时,首先要判断基础水平耐力有没有超过桥墩的极限水平耐力。这是因为地震时保有水平耐力法的基本概念是尽量使地震时在桥墩而不是在基础出现的塑性铰。如果在基础出现塑性铰,发生损伤后,修复很困难。所以,我们要把基础的行为控制在屈服范围内。

如果基础水平耐力小于桥墩的极限水平耐力,则要判断桥墩在垂直于桥轴方向的抗震能力是不是足够大(按式(3))。因为如果桥墩在垂直于桥轴方向具有足够大的抗震能力(例如壁式桥墩),而且基础的塑性反应在容许范围以内,则基础的非线能吸收大量的振动能量并且基础仍然是安全的。

桥墩的极限水平耐力Pu≥1.5KheW(3)

Khco--设计水平震度的标准值;

Cz--地区调节系数;

μa--容许塑性率;

W-一等价质量(W=Wu十CpWp);

Wu--振动单位的上部结构质量;

Wp--振动单位的桥墩质量;

Cp--等价质量系数(剪断破坏时1.0,剪断破坏以外是0.5)。

4.桥墩的极限水平耐力满足Pu≥1.5KheW时,对基础塑性率进行对照检查。虽然基础的非线行为能吸收大量振动能量,但是对于有的基础部件来说,可能会遭受过大的损伤。所以要控制基础的反应塑性率,按如下要求:

μFR≤μFL(4)

式中μFR--基础反应塑性率;

μFL--基础反应塑性率的限度。

5.发生液化时,要降低土质系数。随后的计算(对照和检查)同上述方法基本一致。

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2桥梁的加固设计

本文针对其出现的桥台整体沉降的病害提出了两个具体加固方案。

2.1方案一

a)在原两侧桥台前1.35m加设双柱式桥墩,形成(1.7+12.6+1.7)m跨径的双悬臂板结构,桥台的支撑作用慢慢消失,新的柱式墩主要起支撑主梁作用,b)铲除后期养护逐年增加的沥青混凝土,以减轻上部恒载,利用液压顶升设备将空心板抬升,恢复原桥面的设计标高。c)在墩顶原铺装层增设一层直径25mm的钢筋网用以承担墩顶负弯矩。d)墩盖梁达到设计强度后,顶升主梁,落梁于墩顶支座上,形成双悬臂结构,完成体系转换。e)将原桥的背墙和侧墙均相应进行加高,原桥台基础周围需做防水封闭处理,以防止其继续渗水下沉。

2.2方案二

a)先采用直径为127mm的钻头钻孔,钻孔按梅花型布置,孔间距为1m,钻孔深度为7m,要求钻孔必须穿透原桥的扩基底部,用直径为127mm的PVC管做护壁。b)通过PVC管将直径为110mm,长度为8m钢管桩垂直击打到原桥扩大基础底以下8m处,利用钢管桩加固原有桥位处的地基,通过桩土复合作用共同承担桥梁的上部荷载。c)为了减轻上部的自重,铲除原桥面沥青混凝土铺装25cm,利用液压顶升设备将主梁进行顶升,梁下垫增高度为25cm焊接好的槽钢,同时更换原桥支座。d)待主梁放下与支座紧密结合好后,需对桥台处进行桥面连续的施工,浇筑钢筋混凝土和沥青混凝土,重新摊铺沥青混凝土铺装层。e)原桥台基础周围需做防水封闭处理,以防止其继续渗水下沉。

3设计方案比对

针对前述桥梁病害以及现行桥梁规范,为彻底消除隐患,保证现有桥梁的正常使用,本文拟定了两个加固设计方案。

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2扩建方案

根据老桥现状调查、桥梁检测报告及静、动力荷载试验结果,经过综合分析,认为老桥经加固后可以继续正常运营。桥梁扩建方案为:保留老桥并采取一定的加固措施,新建结构类型相同或相近的新桥,通过翼缘板湿接缝连接新老桥梁,最后形成双向8车道的桥梁结构。

2.1结构体系分析

鉴于老桥采用墩梁固结矮墩连续刚构体系,在同跨径桥梁中比较少见,为考察箱梁病害是否结构体系的问题,是否需要利用体系转换来改善当前结构受力状态,拼宽新桥采用何种结构形式比较有利,对如下2种不同结构体系进行分析比较:体系1:维持原有结构体系不变,进行加固、拼宽;体系2:解除2个边墩的墩梁固结,维持中墩固结,进行加固、拼宽。采用midasCivil程序,以老桥为例,建立结构体系对比计算模型,主要考察箱梁边跨跨中截面、中跨跨中截面、边墩墩顶截面、中墩墩顶截面的面内弯矩以及边墩墩底推力的差异。体系1与体系2计算结果的比值为1.012~1.112,结构体系的影响对桥梁上部箱梁结构受力影响并不显著。因此,老桥加固以及新桥设计仍然采用原有的矮墩连续刚构体系,以避免老桥因体系变化导致次生病害产生,并保证活载作用下新老桥横向变形比较一致。

2.2新桥结构

新桥采用与老桥相同的跨径及上下部结构,以保证外观一致且变形协调。桥跨组合为20.5m+2×21.5m+20.5m,全长88.30m。上部结构采用单箱双室混凝土箱梁,梁高1m,顶宽8.0m,底宽5.5m,腹板厚0.40m,顶底板厚0.25m。薄壁墙式墩,墩身宽度3.0m,厚度0.6m,单排2根Φ1.2m钻孔灌注桩基础,墩梁固结;肋式台、双排4根Φ1.2m钻孔灌注桩基础。

2.3老桥加固

为确保桥梁能够安全、正常的运营,在拼宽之前,必须对老桥进行加固,以提高既有结构的承载能力、耐久性。按照“老桥老规范、新桥新规范”的原则进行维修加固,即对原桥的结构验算仍然采用85年颁布的相关规范(简称旧规范),但加固工程中涉及的材料、工艺等部分,执行最新颁布的规范(简称新规范)。除一般病害(如非结构性裂缝,混凝土表层破损、脱落,支座老化、破坏等)采用常规处治措施外,对主要病害箱梁腹板、底板裂缝,需进一步研究合理的维修加固措施。

2.3.1老桥主要病害

主要病害为箱梁腹板、底板裂缝、玻纤布老化,第4跨梁底玻纤布局部脱落,梁体出现超限宽的横向受力裂缝,梁底共13条横向裂缝,缝宽0.18~0.28mm,共计缝长22.1m。核查以往养护、桥检资料,该桥在粘贴玻纤布加固之前的主要病害为:梁侧腹板存在较多裂缝,均为竖向裂缝,右幅第1~3跨梁侧腹板裂缝部分延伸至梁底,左幅第1跨梁侧裂缝部分延伸至梁底,最大缝宽0.20mm;左幅第2跨1/4L~3/4L、第3跨1/4L~3/4L存在梁底横向裂缝,最大缝宽0.10mm。

2.3.2病害成因分析

经过综合分析,产生上述病害的主要原因如下:(1)施工措施不当,施工中混凝土震捣不密实、钢筋位置偏差、保护层过薄、养护欠妥当等,造成混凝土质量不均匀,在受到较大荷载时,沿腹板产生的表面裂缝易与受拉区裂缝相连接[。(2)腹板侧面裂缝部分从梁底向上开裂,梁底面出现横向裂缝,均与主筋垂直,属于梁受拉区出现的弯曲裂缝,说明结构抗力不足。(3)刚构桥属于超静定结构,混凝土收缩、徐变、温度变化等都会对结构产生附加应力,导致混凝土开裂。

2.3.3加固方案

综合考虑加固效果、施工便利性及加固施工过程中的通车要求等因素,在清理混凝土表面,对裂缝灌浆、封闭后,采用高强不锈钢铰线网-渗透性聚合物砂浆技术进行加固,施加预应力高强钢铰线网提高结构的承载能力,抗剪与抗弯加固的不锈钢铰线分别采用Φ3.2mm和Φ4.8mm规格,种类均为6×7+IWS,同时通过在外表面涂刷3cm厚度的配套高强渗透性砂浆增加结构的耐久性。加固前须拆除梁体表面粘贴的所有玻纤布。箱梁外侧面沿腹板全高加固,主要受力钢铰线须垂直于桥梁轴线方向,并兜向底板45cm。箱梁底板上的钢铰线网需须顺桥向布置,每跨内的钢铰线网在纵向不宜拼接,必须搭接时,在钢铰线受力方向的搭接长度应不小于80cm。施工工艺流程为:定位放线混凝土基层处理裁切钢铰线网片钢铰线网片的固定与张紧钢铰线网片节点的固定涂刷界面剂聚合物砂浆压抹湿润养护。其中钢铰线网的固定和张紧是其能够立即和原结构共同受力的关键。根据设计确定的锚具位置,通过植入螺栓和粘贴钢板在构件端部固定锚具。钢铰线下料后,用专门的挤压锚具挤压套筒使其与钢丝绳成为一体,在一侧钢丝绳的一端直接穿入锚具,另一端由专门的张拉器预张紧后进行锚固,参考以往工程经验,预张拉应力取0.25~0.3倍的抗拉强度设计值。用配套专用固定销钉对钢铰线网片的各节点进行逐段钻孔锚固,使其固定在箱梁上。该项加固技术在国内许多建筑工程、桥梁工程上得到应用,实践表明加固效果良好,其主要特点如下:(1)由于高强渗透性砂浆基本为无机材料、不锈钢绞线网耐腐蚀性能好,较好地解决了混凝土结构加固后的耐久性、抗火、耐高温性能等问题,加固性能可靠;(2)钢铰线网为高强不锈钢铰线编织成网,运输及施工方便;(3)高强钢铰线强度高,其标准强度约为普通钢材的5倍,加固后结构自重增加很小,对原结构的自重影响也很小;(4)对混凝土结构进行抗弯及抗剪加固均可取得良好的加固效果,并且可以显著地提高构件刚度;(5)混凝土构件加固后的疲劳性能以及钢网、砂浆的锚固、粘结性能良好;(6)易于大面积施工,在结构加固的过程中不影响建筑物的使用,对被加固的母体表面没有平整要求,节点处理方便,更适合桥梁和楼板等混凝土结构的加固。

2.4新老桥拼接

经过多阶段比选确定箱梁拼宽设计的基本原则为“上连下不连”,其要点如下:(1)新老桥上部结构通过拼接形成整体共同受力,下部结构分离独立受力。(2)老桥箱梁翼缘板下缘钢筋无法承受翼缘板刚接后产生的正弯矩,设计采用现浇铰缝进行拼接。老桥翼缘板切除0.5m,新老箱梁之间预留0.5m的UEA钢纤维混凝土翼缘板后浇段,新老桥之间通过植筋和锯缝形成铰缝,拼接铰缝构造见图5,顶板锯缝填沥青玛蹄脂,底板填塞木条。(3)为减小拼宽部分收缩、徐变对老桥的影响,拼宽部分建成后3~6个月,再实施拼接。(4)为减小拼接后新桥基础沉降对老桥的影响,应严格控制该基础沉降,对新桥进行桩底压浆。同时,为了降低新桥的后期沉降量,尽量使沉降量发生在拼接前,新桥上部结构施工完毕后,对梁体进行加载预压,加载量不小于桥面2期恒载的重量,预压时间控制在2~3个月。

3结构受力分析

3.1分析模型及计算荷载

采用MIDASCivil对老桥加固前后、老桥和拼宽新桥在拼宽前后、拼宽纵桥向相互影响及结构抗震性能进行分析计算,有限元模型见图6。采用ANSYS进行新老桥翼缘板拼宽前后局部分析。考虑的荷载有施工临时荷载、恒载、汽车荷载、整体温差、梯度温度、基础变位、收缩、徐变、地震动等。老桥计算考虑了一定的定量退化处理。

3.2主要分析结果

(1)桥梁拼宽前,老桥在承载能力极限状态下满足规范要求,正常使用极限状态下裂缝超限,需要进行加固。现行公路桥梁加固设计规范未对上述加固方法进行规定,考虑到该方法与粘贴钢板加固法同属于复合截面加固法,钢铰线网与钢板的受力方式均设计成仅承受轴向应力作用[4-5],其加固原理、材料性能、计算假定等均类似。参照文献中2种加固方法的3种计算规定,对老桥加固进行验算,裂缝通过应变值推算,不考虑主梁侧面围套内钢铰线网片对承载力的提高作用,计算结果满足规范要求。此外,还可采用组合有限元法建立精细模型进行分析计算。(2)桥梁拼宽后,新老桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的结构承载力、裂缝宽度、跨中挠度满足规范要求。拼宽后老桥的弯矩、剪力值有所增大,新桥的弯矩、剪力峰值下降。(3)新老桥翼缘板拼宽前后局部分析结果表明:拼宽后,新桥的基础变位导致新、老桥翼缘板出现横向附加弯矩,弯矩峰值在墩顶处,向跨中及桥台处逐渐减小。老桥翼缘板(每延米长度)的墩顶横向弯矩在翼缘根部大于新桥翼缘板根部的横向弯矩。基础沉降工况对拼接的影响最大,老桥抗剪略有不足,考虑到老桥翼缘板加固困难,设计除适当增加新桥桩基长度外还对桩基底部进行压浆处理,以减少基础沉降的影响。同时,为了降低新桥的后期沉降量,尽量使沉降量发生在拼接前,新桥上部结构施工完毕后,对梁体进行加载预压。(4)采用反应谱法进行抗震性能分析,桥梁采用连续刚构体系,桥墩为薄壁墩、单排桩基础,刚度适中,各墩台刚度协调,结构体系抗震性能较好,地震工况不控制设计。

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1.1协调与统一

所谓的“协调统一”,是指桥梁与周围环境的协调统一、桥梁本体构件之间的多样统一。具体的要做到两个方面:

(1)从多样中寻求统一。其为差异的统一和对立的统一两个方面。前者是不同量的因素之间存在统一,比如在桥梁结构中,支承传力结构、承载跨越的主体结构以及附属结构三者功能不同,但是将它们组合到桥梁建筑中就要达到协调统一,才能保证桥梁建筑的实用;而后者则是指不同因素之间存在的统一,比如悬索桥的塔和索,一刚一柔,形成对比,在形态上形成强烈的感官效果,相互对立却又能达到统一。所以在桥梁造型设计中要擅于以规律的变化组合寻求整体效果的和谐统一。桥梁建筑的统一有着其基本的原则,即“结构统一,桥墩简单”,具体地说就是体现在两个方面:第一,引桥和主桥的结构体系要统一或相近;第二,桥墩造型要简单,结构形式要单一,这一点在立交桥的设计中尤为重要。对于拱式体系桥梁来说,要关注主孔和两端桥的协调;对于梁式桥来说,要关注墩台造型与上部结构的协调;对于悬索体系桥梁来说,其引桥就应用轻型结构。

(2)从统一中寻求多样。其是一种较为简单的统一形式,但是在实际桥梁设计中,过多的雷同会时的桥梁变得单调,没有特色。因此,要在统一中求多样,寻求更多富有创意的设计,以此为桥梁造型增添新颖。

1.2对称与非对称

不管是大自然,还是人类生活中,到处充满了对称的美,当然桥梁也不例外。桥梁的对称既能够表现出力学上的平衡,又能够融入艺术的原理。从古代开始,我国的桥梁就具有极好的对称均衡性,特别是多孔桥,桥孔的设计不仅可以省略桥墩的设计,还可以主从关系上也展现的很明确。桥梁造型不能一味地运用对称,也要考虑设计的环境和其他因素,不然的话会使桥梁显得呆板平庸。由于水文和地质等原因,桥梁一般会采用非对称形式,以不等距离来平衡桥梁的体重,使其在空间效果上达到均衡,桥梁也会显得生动活泼。对称的美在于稳重庄严,非对称的美在于自由灵活,只有结合地理环境、技术材料等相关因素,灵活运用这两种结构,才能设计出具有魅力的桥梁建筑。

1.3比例与尺度

桥梁建筑的结构突出,比例的协调尤为重要。一般来说,桥梁建筑的比例包括三个方面:第一,桥梁整体结构与局部本身的三维尺寸的关系;第二,桥梁整体结构与局部,亦或是局部与局部之间的三维尺寸的关系;第三,通常意义上的比例。桥梁的比例关系与地形、建筑材料以及施工技术息息相关,当这些因素按照自然规律被确定下来时,其中的尺寸比例就会成为典范。确定桥梁的比例的常用方法有几何分析法和数学分析法。

(1)几何分析法。几何分析法就是以简单的几何图形作为基准,利用几何图形相互之间的制约关系,来控制建筑整体,尤其是建筑外形和局部控制点,以获得协调统一。

(2)数学分析法。在数学分析法中最有名的是黄金分割比例和动态匀称比例。在我国古代,三孔桥和五孔桥的跨径布置的比例关系符合黄金分割比例。虽然在进行桥梁整体或是局部规模尺寸时可以用以上比例关系,但是还是要注意以下两个问题:①桥梁的比例要同时符合结构和力学的前提下进行艺术构思;②比例不是一成不变的,可以根据技术条件、功能要求以及思想主题等进行调整。而尺度,是建筑的整体或局部在视觉上的感受与真实大小之间的关系,主要有三种,分别是与真实尺寸一致的自然尺度、建筑空间看起来比实际尺寸小的亲切尺度和建筑的视觉尺寸大于实际尺寸的雄伟尺度。

1.4稳定与动势

稳定是桥梁建筑安全的基本要求,其中包括结构稳定和视觉稳定两个方面。而动势是传统上的稳定随着技术和结构不断发展之后衍生出来的一种视觉稳定,不仅可以给人视觉上的稳定,还可以让人们感觉桥体的力量感。

2对桥梁造型景观设计的分析

桥梁景观设计是为了使桥梁的建筑造型和结构形式更加美观。

2.1与区域环境相互协调

首先要收集基础资料,比如桥位平面图、城市规划等,其次是了解城市内涵,其中包含城市文化、居民的生活习性等,桥梁设计要与城市定位相符合,以确定设计主题和桥梁景观。比如:

(1)回应当地的社会条件和自然条件;

(2)充分利用当地特色的材料和能源;

(3)借鉴当地其他优秀建筑文化理念;

(4)突出地域经济性。

2.2细部构件与结构的相互协调

细节部分包括路灯、标志标线、夜景灯饰等,细节部分可以表现出设计师的意图,并且还可以使桥梁更具细节艺术美感。

(1)栏杆。对于栏杆的要求不仅是富有细节美感,还要与桥梁整体协调统一,所以其造型要与桥形相配,这样才能发挥栏杆的帮衬和加强作用,不会喧宾夺主。比如斜拉桥,斜向拉索为伞状,栏杆就可以用相同斜度和方向的造型。

(2)照明设计。夜景照明设备只需满足人们步行和行车的灯光需求,如果过亮,会使桥梁的光环境变得平淡,所以照明要素要能够展现出主要对象。悬索桥的照明要素有主缆、钢箱梁等,斜拉桥的照明要素有索塔、斜拉索等,照明要素之间要主次分明。

(3)铺装景观。铺装景观要符合环境艺术,满足城市建设需要和人们休闲生活需要。既要满足通车和行人的要求,又要具有色彩、图案和质感,另外还要考虑到后期维修工作的难易程度。

(4)桥头建筑。桥头建筑一般是具有艺术性或是纪念性的雕塑小品,形景点,还用于衬托桥梁主体。这些雕塑小品要能够体现当地的风土人情、历史文化,给人启迪。

(5)视觉效果。要重视桥侧的视觉效果和桥梁的附属结构设计,同时也要对过桥管线进行美化等。美化这些细节部分可提高桥梁景观的整体艺术价值。

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1.组织者因各种原因没有投入充足的时间。由于学生多,指导老师较少,师生比例较小,一般情况下一个指导老师要同时指导10多个学生,加之很多老师同时面临着上课、科研、兼职辅导员或班主任以及评定职称等压力,所以就不可避免地会出现指导时间不足的缺陷。

2.考核评定方法不够科学严谨。毕业设计考核评定方法过于程式化,一般来说都会分为开题、中期和答辩三个阶段,这看起来还算比较合理,但实际运用中,往往存在三期脱节的现象,即开题后,学生思想很容易放松、拖沓,转眼中期即至,许多人还没有像样的成果可以报告,而中期后,又有很多学生面临找工作和考研复试等事情,所以到了答辩往往是应付了事。看似有用的三期汇报,其实并没有起到真正的监督作用。而在给予考核成绩时,都是以优、良、中等、及格和不及格来断定,其中老师的主观判断和个人感情有时会影响打分,学生则大多并不清楚成绩划分优良的判别标准。

3.软件等客观因素。对道桥方向的学生来说,设计时经常会用到一些专业设计软件,比如纬地、桥梁博士等。从头开始学习新软件需要一段时间,另外因这些软件版本大都是学生在网上自行下载的破解版,因与系统存在不兼容问题只有少部分学生才能安装上,且输出的设计图表显示不规范,需要大量的修改和后期处理工作。更严重的是,使用盗版软件将会面临被追究侵权的法律责任。

(二)执行者方面存在的问题

1.对指导老师的依赖性太强。这可能也是我国学生从小面临的问题,学习与否,怎样学习,都是老师教出来的,缺乏主观能动性,很少有学生主动提出选题方案或想法,都是在等老师的组织和安排,汇报则像考试一样突击和应付的情况严重。一旦老师不给出图纸或者下一步的思路,则停滞不前或消极对待。

2.资料准备不足,专业课程实践的综合应用能力差。有些学生平时成绩还可以,到毕业设计综合运用的时候却往往缺少思路,无从下手。这说明学生的知识面不够,创新思维受到限制,而对学过的各门专业课程又不能灵活地综合运用,所以造成实际分析和解决问题的能力薄弱,又因为没有施工经验而对计算模型和实际模型之间的转化的施工方法、结构要求及规范等不够熟悉和了解。很多学生查阅资料的能力不足,往往找不到适合自己的文献材料,不能很好地利用学校数字图书馆及文本文献,这些都一定程度地影响了设计图表完成和说明书编制等环节的进度。

3.设计内容多而不精,工作量偏大。本校道桥方向毕业设计时间一般安排为13周,虽然看似设计时间充足,但道桥方向毕业设计任务书要求内容较多,主要包括:确定选题方向、方案选择、方案设计及软件出图、计算书编制、专题设计、专业文献翻译、汇集材料答辩等,应该说,整个过程的工作量较大,不少学生因此感到时间仓促,以至部分学生的毕业设计质量不理想。

4.执行者的个人因素。毕业设计的持续时间段一般为3月份到6月份,而这段时间往往也是未落实就业单位的应届毕业生找工作的繁忙阶段,要参加大小招聘会、面试等,考上研的学生也在该期间准备及参加研究生复试,实际真正用来做毕业设计的时间又被压缩掉几周。再者,因为一学期的设计时间基本全由学生自由支配,学生不能够很好地把握设计进度并按照开题时拟定的进度按时完成,往往前松后紧,指导教师进行阶段性检查前再临时突击进度。

二、解决措施

(一)组织管理方面的措施

1.与施工单位结合,努力克服选题不当或单一。选题对毕业设计来说无疑代表着一个好的开始,选题一定不能仓促,对于组织者来说,应该鼓励学生加强与企业、施工单位的联系,多与工程实践相结合,题目不用太大,可以仅完成工程项目的分支,这样,真题真做,再由施工方管理人员给予实际施工指导。这对于即将毕业的道桥方向学生来说具有很重要的意义,这无疑是书本知识和实际施工的有利结合,为他们走向工作岗位打下了基础。

2.组织者时间上的保证。毕业设计期间,组织者应以指导学生毕业设计为主要任务,一定要统筹安排好自己的时间,不要让过多的其他任务影响了自己在时间上对学生及时辅导的保障。其他任务可提前在毕业设计之前或者之后来集中完成,必要时应增加指导教师的人数。

3.量化考核成绩,减少主观因素的影响。考核成绩应针对设计题目的难易有区别地对待,比如对不同难度的题目分别给出最高分数的限制,或者首先针对不同难度的题目给出一个权衡指数,最后的成绩与权衡指数相乘来确定最终分数。这一点非常重要,既可以提高自主选题的主动性,也使学生对自己的成绩由来有一个清楚的认识,并且还对“都能及格”这一大众化消极观点给予了强有力的回击,真正做到客观、公正。

4.做好软件准备等后勤保障工作。组织者应加强与学院或学校方面的联系,由学院或学校牵头,对经常用到的毕业设计软件应尽量提供正版,或者期限较长的试用版,再由专业人员进行安装指导,对于无法满足提供正版或长期试用版的软件,要由组织者经试用后把最优版本提供给学生使用,必要时应提供安装等方面的指导。

(二)执行者方面采取的措施

1.加强文献检索能力和资料查找能力,对所学内容灵活运用。对于即将踏上工作岗位或新的学习研究阶段的毕业生来说,四年来他们所学的内容也许并不少,但具体运用能力还没有得到锻炼,当然,这也与缺少工程实践有关,而学习实践之余,学生不爱动脑、得过且过的缺点也暴露无疑,且缺少专业知识的延伸,对于相关文献资料的查找能力有限,在遇到困难时往往找不到解决途径。此时,我们可以借鉴研究生阶段的方法,由指导老师加以引导,对所学专业知识进行综合,并由组织者或已经成为师哥师姐的研究生在实践工作和文献查找等方面进行专题指导,以此提高学生的检索技能和知识运用能力。

2.进行时间优化和设计内容优化。对于已具规模的较大的毕业设计,在第七学期末这一阶段,提前交给学生设计任务书或图纸,对于自主命题的学生提前给出选题标准和要求,这样就有效延长了毕业设计的寿命,使大的综合设计题目得以较为细致地完成,并有利于在施工单位做设计的同学提前确定好设计方向,可不必要对大规模工程做整体设计,而是进行切块设计。

3.执行者个人时间的灵活掌握。对于要找工作和考研复试的同学,应及早做好时间上的安排,而不能以任何理由来应付和消极对待毕业设计,这就需要每个执行者对自己的时间做出及早的安排,督促自己把时间限定在计划内,既不影响毕业设计进程,也不影响其他必要的时间安排。

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混凝土是我国目前公路桥梁建筑中普遍采用的基本材料,在施工中,混凝土一方面对桥梁的桥体起到稳固作用,提高桥体结构的稳定性和耐久性;另一方面也为桥梁桥体起到防水的作用,防止桥体受雨水的腐蚀。若在施工中,使用的混凝土和易性不佳,就会降低其防水性能的正常效果,致使混凝土表层内形成气泡,气泡水分蒸发导致混凝土表层形成蜂窝小孔,长久以后,混凝土表面产生裂缝,造成桥梁桥体严重的质量问题。

1.2防水措施的技术问题

我国在公路桥梁建筑施工中采取的防水措施,主要是沿用传统的工艺和学习国外的技术,一方面受我国公路桥梁建筑施工发展时间较短的影响,另一方面则是因为在施工初期没有重视防水措施的实际使用。防水措施的技术水平较低,是造成桥梁桥体受雨水腐蚀进而大大缩减了桥梁实际使用年限的又一因素。

2公路桥梁设计的原则及要求

2.1公路桥梁的设计原则

公路桥梁的设计原则,根据桥梁的上下分布主要分为两个部分:2.1.1公路桥梁上部的设计原则公路桥梁上部的设计原则,主要在于重视桥梁上部分的结构构造,如主梁、搭板、伸缩缝等,在主梁的设计上:对于跨径在10m内的主梁,设计原则一般采用通用的混凝土钢筋结构,若单孔跨径超过10m,则应当选用含预应力技术的混凝土结构;若桥梁长度小于100m或单孔跨径小于20m,即宜选用空心板结构;若施工的桥梁跨河,难以利用支架进行浇筑工作,则应当选用连续的空心板结构。另外,考虑到实际桥梁桥面的平曲线以及通车运营时的平稳性,就应当在施工中适当减少伸缩缝数量,如单孔跨径16m以内的桥梁,在设计中仅需1道伸缩缝即可,注意在另一端利用连续结构进行施工,确保桥面的平曲线;若单孔跨径大于16m,应当将伸缩缝施工在桥墩,利用连续对桥两端进行施工,这不仅是考虑通车运营时的平稳性,更是减少安全事故的发生几率。2.1.2公路桥梁下部的设计原则桥台和桥墩等结构构造是进行桥梁下部设计时应当注意的,在桥台的设计上:填土高度对于保障桥台的质量具有重要作用,一般而言,在软土土层的路段,填土高度应当保持在6m内,在一般土层的路段,填土高度适宜保持在10m内;同时,桥台的受力方式一般都会采用重力式,这主要考虑到施工方便和成本控制,对于8m以上台身的墙面,一般而言宜用斜坡,斜率为10:1,需要注意的是对于水平方向存在高度差的地面,则应当选用阶梯式的前墙设计方式。在桥墩的设计上:若桥梁设计为一般结构,宜使用框架式桥墩,即直接在桥墩上盖梁;若在水平方向存在高度差的地面,选用桩柱式桥墩更符合设计原则;若桥梁不同跨径的桥孔的斜交角在30°以内,则桥墩设计应当采用双柱式;若桥梁不同跨径的桥孔的斜交角在30°以外,则桥墩设计应当采用三柱式。

2.2公路桥梁设计的要求

2.2.1设计和环境的结合桥梁的设计需要根据实际的地理环境,实现设计和环境的结合,这是公路桥梁设计的第一个要求。一般而言,公路桥梁的设计,是为了保障建成后的质量,这是进行施工的首要目标;同时,考虑到桥梁建成后的经济成本以及美观价值,则需要确保设计中要将实际环境作为参考依据。2.2.2达荷载标准达荷载标准,这是公路桥梁设计的第二个要求,公路桥梁的建设,是为了实现交通便利和促进经济的发展,达到通车荷载标准,这是公路桥梁实现其使用价值的必须要求。

3公路桥梁的防水措施

对建成的公路桥梁采取相应的防水措施,这对于避免桥梁主梁、桥面等出现裂缝、坍塌等情况的质量问题具有重要作用,同时也是对延长桥梁实际使用年限的有效措施。主要的防水措施有以下两个方面:

3.1建立防水体系

防水体系的建立和实施步骤主要分为四个部分:①桥面的清洁工作,对整体桥面的外观进行简单的清理,如油污、浮浆等污渍,保持桥梁桥面的干净;②基层处理剂的涂刷工作,使用配套的处理剂进行均匀涂刷工作,需要引起注意的是,在实施热熔操作的基层处理剂作业时,要确保桥面是在干燥状态,若桥面处于潮湿状态则可能发生安全事故;③防水层的铺贴工作,先使用喷灯等设备对桥面和防水卷层进行均匀加热操作,再弹出下坡面的基准线,待桥面干燥和卷材外层出现融化情况后及时进行铺贴工作;④接缝处的密封工作,完成铺贴工作后,需要注意接缝处的密封情况,使用喷灯对接缝处进行加热处理,做好密封处理。

3.2具体防水措施

严格设计和控制混凝土的配合比和浇筑的施工质量,确保钢筋混凝土结构内不会产生气泡,从而影响内部结构的稳定性,条件允许情况下利用机械设备对混凝土表层进行清理工作;严格控制伸缩缝的施工,首先确保施工操作的规范性,其次使用防水性能较好的材质,最后确保钢梁的受力安全情况,保证其位移的均匀性。