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信托定融政信知识:
随着时间的推移,损坏程度逐渐加剧文章阐述了当前桥梁伸缩缝主要形式,分析了桥梁伸缩缝破坏影响因素,基于设计方面,探讨了桥梁伸缩缝设计要点
引言 随着我国交通运输事业的迅猛发展,桥梁作为交通线中的重要组成部分,其数量的增多、规模的扩大更为明显,而桥梁组成之一的伸缩装置,用量也越来越大,使用范围也越来越广,型式也越来越多了
桥梁伸缩装置在结构中直接承受车轮荷载的反复冲击作用,且长期暴露在大气中,是桥梁中易受破坏且难以修补的部位
因此,选用优良的伸缩装置,使其能适应由于桥梁的各种变化所引起的伸缩
一、桥梁伸缩缝概述 桥梁伸缩缝是指为适应材料胀缩变形需要而在桥梁上部结构中设置的间隙
为使车辆平稳通过桥面,在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等构件组成的各种装置称为伸缩缝装置
当前,对于桥梁伸缩缝一般有对接式、钢制支承式、组合剪切式(板式)、模数支承式以及弹性装置
①对接式伸缩缝
对接式伸缩缝装置,更具其构造形式和受力特点的不同,可分为填塞对接型和嵌固对接型两种
填塞对接型伸缩装置是以沥青、木板、麻絮、橡胶等材料填塞缝隙,伸缩体在任何情况下都处于受压状态
该类伸缩装置一般用于伸缩量在40mm以下的常规桥梁工程上,但目前已不多见
嵌固式对接伸缩缝装置利用不同形态的钢构件将不同形状的橡胶条(带)嵌牢固定,并以橡胶条(带)的拉压变形来吸收梁体的变形,其伸缩体可以处于受压状态
也可以处于受拉状态
②钢制支承式伸缩装置
当桥梁的伸缩变形量超过50mm时,常采用钢质伸缩装置
该伸缩装置当车辆驶过时往往由于梁端转动或挠曲变形而产生拍击作用,噪声大,而且容易使结构损坏
因此,需采用设有螺栓弹簧的装置来固定滑动钢板,以减少拍击和噪声,该伸缩缝的构造相对复杂
③组合剪切式(板式)橡胶伸缩装置
该装置是利用各种不同断面形状的橡胶带作为填嵌材料的伸缩装置
由于橡胶富有弹性,易于粘贴,又能满足变形要求且具备防水功能
因此,目前在国内、外桥梁工程中已获得广泛应用
④模数支承式伸缩装置
板式橡胶制品这一类伸缩装置,很难满足大位移量的要求;钢制型的伸缩装置,很难做到密封不透水,而且容易造成对车辆的冲击,影响车辆的行驶性
因此,出现了利用吸震缓冲性能好又容易做到密封的橡胶材料,与强度高性能好的异型钢材组合的,在大位移量情况下能承受车辆荷载的各类型模数支承式(模数式)桥梁伸缩装置系列
⑤弹性体伸缩装置
弹性体伸缩装置分为锌铁皮伸缩缝和TST碎石弹性伸缩缝,弹性体伸缩装置是一种简易的伸缩缝装置,对于中小跨径的桥梁,当伸缩量在20mm-40mm以内时可以采用TST碎石弹性伸缩缝装置,是将特制的弹塑性材料TST加热熔化后,灌入经过清洗加热的碎石中,即形成了TST碎石弹性伸缩缝,碎石用以支持车辆荷载,TST弹塑性体在一25℃~60℃条件下能够满足伸缩量的要求
二、桥梁伸缩缝设计要点 2.1伸缩缝破坏过早的设计原因伸缩缝的破坏最先从过渡段的混凝土开始
过渡段混凝土的主要荷载为车辆轮压产生的动载,当轮压在伸缩缝上时,其荷载通过锚固系统传递到过渡段混凝土,再传递到梁板上,并产生一定的压缩变形
在设计上而言,造成伸缩缝的破坏过早,无非是以下方面的原因:①伸缩缝在整个桥梁工程所占的份量不多,一般易被设计人员忽视,从而未对伸缩缝进行细致的考虑与设计
②伸缩装置的受力复杂,而与之密切相关起决定作用的锚固系统却不尽合理
③设计方面对施工的实际情况考虑不足
如:锚固混凝土太薄且钢筋密布,伸缩装置的锚固系统很难准确地预埋在梁中,甚至无法预埋,相当一部分锚固系统不得不锚固在整体化层混凝土中
④有的设计工程师在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量,并以此进行选型,而往往对伸缩装置的性能了解不全面,忽视了产品的相应技术要求
2.2伸缩缝设计要点 2.2.1整体设计合理选定恰当伸缩量的缝隙极为重要,缝隙越大伸缩装置越容易遭破坏
采用的缝隙过大或过小,以及没有考虑安装时的温度而调整间隙
特别是针对板式橡胶伸缩装置,易造成破坏
即使是连续桥面,在面层铺装上往往也会出现裂纹
因此
要采取预先切割桥面,设置接缝,或用较软的铺装层来吸收裂缝,或者安设小型的伸缩装置来解决
在较大纵坡的情况下,如不设置考虑适应竖直变位的构造,也容易产生缺陷,引起破坏
伸缩装置沿桥面纵向,即使伸缩量小,也存在挠度差大的问题,因此,在伸缩装置构造上要给予重视
伸缩装置与梁体结合成等强的整体无疑是提高其使用效能的重要手段
除模数式伸缩装置之外的其他类型的桥梁伸缩装置,与桥面板的固定、结合往往不够充分,效果不甚理想,一般构造尺寸较小、刚度不足,而且对新材料的特征、配合等研究不够深入,所以在选型时应作充分的比较研究
为防止因雨水而起的漏水现象,虽然在一些钢制伸缩缝装置中,对配合部位采取插入密封橡胶或将排水装置或铺装层面层作为容易清扫的型式,或在整个缝隙中灌注填人防水材料的实用型式
对与桥面的雨水,一般应在伸缩装置附近设集中排水口;对不在日常养护作多次涂漆的构件上,设计上应采用优质耐久的防护材料作有效的处理
2.2.2实例设计在设计方面,有些设计者误认为上部构造梁板的实际预制长度与理论长度之差就是桥两端伸缩缝的宽度
就一孔20m长的简支梁桥为例,有些设计人员照本宣科,把两端各设一道缝宽2cm的伸缩缝
实际上按温差45℃设计,伸缩量按下式计算:△L=△Lt+△Ls+△Lc+△Ld+△ALe,△Ltf=△taL.式中:△Lt-温度变化产生的伸缩量;a-线膨胀系数,混凝土a=10×10-6,钢a=12×10-6;L-伸缩梁的长度△Ls,△Lc-由于混凝土收缩和徐变影响而产生的收缩;△Ld-梁端转角产生的变形量;△Le-制造安装误差
膨胀系数n=10×10-6,干燥收缩度20×10-5,徐变系数ψ=2.0,预应力引起的平均轴向应力σ=6N/m㎡,混凝土的弹性模量Eh=30000N/m㎡,施加预应力后三个月的递减系数=0.4,则:△=45×10×10-6×20000=9mm,△L=20×aLβ=20×10×10-6×20000×0.4=1.6mm
△L=σ/EhψLβ=6/30000×2×20000×0.4=3.2mm
设梁端旋转水平变形△Ld=3mm
总伸缩量△L=9+1.6+3.2+3=16.8mm
按此计算,只在一端(若系坡桥只在高处一端)留一道缝宽2cm的伸缩缝即可,另一端桥面铺装与背墙连续,这样,既节约了资金,又减轻了跳车
合理预留伸缩缝宽度,可使其在夏季挤紧,到冬季温度降低时才会拉开,从而有效提高伸缩缝寿命,减小桥头跳车
据观察伸缩缝挤坏的很少,大部分是缝太宽,引起跳车,跳车越严重缝破坏的越快,形成恶性循环
另外混凝土还有相当高的抗压强度,只要挤压在规定范围内,对桥梁结构不会造成影响
由此可见在伸缩缝的设计中,采用安全系数较大的伸缩缝宽度,是完全没有必要的
三、结语 桥梁伸缩缝的破坏,对桥梁使用性能以及通车都会带来严重的影响,因此必须加强桥梁伸缩缝的优化设计,从伸缩缝类型、结构以及环境等相关因素进行强化设计,才能确保伸缩缝在今后的使用中,满足桥梁使用性能 对平纵面设计、路面结构类型和路面材料的选定、旧有桥梁的改造等问题进行了探讨,为旧路改造设计提供一些参考依据
关键词:旧路改造;原则;问题 1、序言 在我国现有道路中,有相当一部分没有经过正规的测设,线形标准较差,施工质量低劣,路况很差,交通经常堵塞;有的道路虽然有一定的技术等级,但在车流量快速增加的情况下,加之超载现象严重,部分路段通行能力已不能满足交通需求,也经常发生交通堵塞的现象,这些道路已成为我国经济发展制约因素
因此,旧路改造成为道路工程部门的一个重点
近年来,深圳市进行了大量旧路改造升级的项目,本人通过此类项目设计中过程分析,总结了一些经验,谈谈旧路改造设计中应把握的原则和要注意的一些问题
2、道路改造应把握的原则 2.1应以满足技术标准为主,合理利用旧路 从经济角度考虑,充分利用旧有道路固然是好,但旧路一般标准较低,而当今道路设计的等级较高,旧路往往无法全部满足规范的要求
如何取得经济与技术标准的最佳平衡点,是改造设计的重要考虑因素
原则上,为适应未来的发展,应以满足技术标准为主,在达到设计规范要求的前提下,再考虑如何充分利用现有道路,以节约工程改造的成本
对于局部线形指标过低,视距不良或交通严重堵塞的路段,经技术经济比较后,应废弃旧路,重新布设新线
2.2从行车要求出发,分期改建,逐步提高 为了合理使用资金,尽快发挥道路的投资效益,可根据目前的运输要求和以后发展的需要,对道路的某些工程,可分期改造,有计划地逐步达到规定的技术标准,分期改建时,应使前期工程在后期得到充分利用,且不给后期施工造成困难
2.3全面规划,在改建中留有余地 旧路改造应从长远的观点来考虑,应做到全面规划,统一安排,对一个地区的交通发展应该留有余地,例如对于主干道与主干道相交,现时无经济能力建设互通立交的,可先设置平面交叉,但要做好规划,预留建设用地
2.4应坚持可持续发展战略 我国是一个人口众多,耕地少且农业人口占很大比例的国家,不论新建还是改建道路建设都要本着支缓农业,节约土地的原则,坚持可持续发展战略
废弃的旧路在新路竣工后,应退耕还林,借土及弃土应利用荒坡土埂及土坑尽量少占或不占良田
3、旧路改造设计中要注意的问题 3.1合理选择中线 (1)对于旧路改造工程,路线定线时,应以旧路为控制物,充分利用旧路,同时,还应将大型建筑物、大河等作为控制点
平面线形设计前,还要对旧路两侧的房屋,电力、电缆、电信电缆、给水、排水、煤气等地下管线进行深入细致的调查,标明管线位置及高程,在满足设计标准的前提下,选定合理的中线,在充分利用旧路的同时,尽量少拆房屋、管线及其它公共设施,减少赔偿费用
(2)旧路改建选择中线时,尽量考虑采用单侧加宽,这样可以最大限度地利用旧路,同时可以使路基、桥梁加宽,涵洞接长施工方便,减少纵向接缝数量,确保路基的整体稳定性
特别是两侧加宽的宽度不大又是填方路段,不但不利于机械施工,而且路基压实度无法保证,更加适合单侧加宽
如受地形、建筑物等因素限制必须双侧加宽时,应提出切实可行的处理方案
(3)中线选择要考虑合理降坡
旧路路线纵坡大,坡段长、缓和坡度设置不足,普遍达不到现行规范的要求的标准,影响行车安全;因此,在中线选择时,要充分考虑利用地形合理展线,克服高差,达到降坡的目的
在受地形、地质限制或展线后工程量较大又受资金限制的情况下,可采用较大坡度并设置足够长度的缓和段
3.2合理进行纵断面设计 (1)满足各控制点的高程要求 纵断面控制点一般有桥梁、相交道路、城镇等
桥梁设计高程应满足桥下通航净空要求及设计洪水频率要求的泄洪断面要求;对立体相交的道路要满足本路和被交路的行车净空要求,对平面交叉的道路要顺适衔接;路线穿越城镇时应尽量和地形、地物相一致
(2)充分利用老路路面结构 道路中心线高程的确定,直接关系到工程量的多少,即改造成本的重要因素,一般情况下,要充分利用旧路,在路线的纵断面设计与路面结构补强设计时,应以最大限度的使纵坡调整值贴近旧路补强厚度值为原则
(3)其它方面 旧路改造纵断面设计时,为充分利用老路,一般纵坡较碎,坡长较短,但在有条件时,还应尽可能取较高的指标,以求良好的行驶条件,旧路改造一般不建议采用最大纵坡值,最小纵坡值也不要轻易采用,当纵坡小于0.5%时,应加大路面横坡,否则路面排水不良,将影响汽车行驶
旧路改造也适当注意平纵组合,使纵断面方案不但经济合理,而且有良好的线形
3.3合理选定路面结构类型、路面厚度和路面材料 旧路改建路面结构类型和路面材料选择是否得当,直接影响到道路使用寿命和工程造价大小
由于旧路面设计年代不同,其路面状况和强度差异很大
因此,路面设计应注意几个问题: (1)因地制宜,就地取材的原则
在选定路面结构类型时,要充分利用当地储量丰富的优质材料,以达到提高工程质量,降低工程造价的目的
(2)详细调查原路面结构类型及目前破坏情况,实测原路面的弯沉值,确定旧路面的强度
(3)新旧路面连接处适当设置调平层
旧路由于多年填料固结和行车作用,其表面坑洼不平,路面拱度不一,很难保证上层的标高、厚度、供度和平整度,同时,新旧路的强度也不均匀,为此设置调平层能起到调拱、调坡和调节强度的作用,使土基强度均匀
(4)在新旧路结合部和桥涵路结合部,应考虑利用回弹模量较大的路面材料作为底基层来承受强度不均匀产生的拉应力
也可以考虑用土工格栅来增强路基和基层的整体强度和整体稳定性,以防止和减少面层裂缝的产生,从而提高沥青路面的使用寿命
(5)选择合适路面结构类型
旧水泥混凝土路面的改建,一般情况是保留其水泥混凝土路面,只对断板破坏部分清除修复,并在上面加铺沥青路面为最经济
为了防止水泥混凝土板的反射裂缝的发生,旧水泥混凝土路面和沥青面层之间设连接层,在连接层和沥青面层之间设玻璃纤维格栅
如旧水泥混凝土路面破坏严重时,可以考虑通过断板清理,增加混凝土基层、调平层处理后,铺筑混凝土路面
旧沥青路面改建时,应根据该地区的气候、水文、地质和当地材料选定水泥混凝土路面和沥青路面
(6)结构层厚度处理,若设基层,水泥稳定粒料基层必须保证厚度在20cm以上
若原基层受力情况良好,则可不设基层,调整厚度,直接铺筑在旧路面上
另外,新旧路中线可能不符,且旧路路拱可能不甚规则,因此可能有以下情况:同一横断面内,新旧路高差有的只有几厘米,有的则有几十厘米
这时,需对旧路面做半填半挖处理
原则上,在旧路路面达不到技术指标要求的情况下,旧路路面应予破除,以保证新铺筑基层的设计厚度,保持路面结构层受力更加合理
3.4合理地对旧桥进行改造利用 旧桥的改造利用,对降低工程造价,以及在工程施工中交通畅顺具有十分重要的意义
旧桥贯彻充分利用与积极提高的原则,如经现场鉴定为完好的桥梁,能利用的则尽量利用,如桥梁破坏严重,承载能力严重不足时应拆除旧桥重新设计修建
如果利用旧桥,但宽度不够时,最好是一侧加宽,或者要比路基宽一些更好
旧桥的改造利用很重要的一点,是使新加宽部分的结构形式与原有的旧桥相协调,即结构体系大致相同,不致造成新旧桥互相影响,对受力特点力求相一致;在外表上也较美观
4、结语 旧路改造在今后相当长的一段时间里,还是我国道路建设的主要方式之一,利用旧路进行技术改造,提高等级标准,是一项复杂而艰巨的工程
旧路改造设计应充分进行调研和论证,在满足技术标准的前提下利用好旧路,做好平纵面设计,合理选定路面结构类型、路面厚度和路面材料,改造好旧有桥梁
总之,旧路改造要结合设计标准与实际情况进行综合考虑,以取得技术标准与经济最佳平衡点
参考文献: 【1】JTGB01-2003公路工程技术标准【S】. 【2】司光晔旧路改造工程建设中常见问题探讨【J】.公路.2009.8:180-182.
央企信托-40号泰州地级市政信