市政橋梁細(xì)部設(shè)計(jì)的分析

張宇光

摘要：針對(duì)我國(guó)公路運(yùn)營(yíng)中經(jīng)常出現(xiàn)的影響橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性的問(wèn)題，本文先多角度分析了耐久性差的設(shè)計(jì)原因，再?gòu)脑O(shè)計(jì)角度提出了具體的改善措施，為橋梁設(shè)計(jì)提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：市政橋梁；細(xì)部設(shè)計(jì)；耐久性

1耐久性差的設(shè)計(jì)原因分析

1.1設(shè)計(jì)理念問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)計(jì)人員往往只滿(mǎn)足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料、施工、后期維護(hù)等方面的問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，在一定程度上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的使用性能差、使用壽命短等不良后果。雖然在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員已充分考慮了混凝土收縮、徐變和溫度應(yīng)力等非荷載因素的影響，但由于混凝土的徐變計(jì)算理論與實(shí)際環(huán)境還存在一定的差距，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

1.2超載問(wèn)題

由于現(xiàn)實(shí)交通的超載問(wèn)題，使部分道路上既有橋梁的承載能力等不能滿(mǎn)足實(shí)際汽車(chē)荷載的要求，從而導(dǎo)致橋梁疲勞、不可恢復(fù)的內(nèi)部損傷，從而危害耐久性和安全性。

1.3結(jié)構(gòu)與構(gòu)造細(xì)節(jié)不合理

橋梁在建造和使用過(guò)程中，會(huì)受到環(huán)境及有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并承受車(chē)輛荷載、風(fēng)、地震、超載、人為因素等外來(lái)作用，同時(shí)橋梁采用的材料自身性能也會(huì)不斷退化，從而導(dǎo)致橋梁各部分不同程度的損傷和惡化。如有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足、冗余性小，有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低、鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋偏細(xì)等都削弱了結(jié)構(gòu)的耐久性。

2提高耐久性的設(shè)計(jì)措施

耐久性設(shè)計(jì)是要求結(jié)構(gòu)保持當(dāng)前狀態(tài)的能力。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了重視橋梁的選型及結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，滿(mǎn)足規(guī)范的要求、保障主體結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)還要充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平、材料工藝水平，針對(duì)不同的環(huán)境和使用條件，采用適當(dāng)?shù)陌踩群瓦m當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、增加材料的抗?jié)B性、抗腐蝕性等措施，防止不利環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，避免病害的發(fā)生，并考慮后期養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)“易查易修”，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.1構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1.1主梁

（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用耐久性的結(jié)構(gòu)。在橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁的選擇上，宜選用耐久性好的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)必須選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，其橋梁跨徑不宜超過(guò)20m。對(duì)于13m、16m跨徑的結(jié)構(gòu)，特殊要求除外，可適當(dāng)考慮密布T粱結(jié)構(gòu)。

（2）保護(hù)層厚度。混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)不同環(huán)境條件下的最小數(shù)值。值得注意的是，對(duì)于采用通用圖設(shè)計(jì)的，還應(yīng)核實(shí)保護(hù)層是否滿(mǎn)足項(xiàng)目地區(qū)的環(huán)境類(lèi)別，如高腐蝕性的鹽漬土，大量使用融雪劑、除冰鹽等特殊環(huán)境地區(qū)。

（3）加強(qiáng)主梁間橫向整體性。對(duì)于裝配式預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)橋梁，各板梁通過(guò)現(xiàn)澆的企口混凝土和焊接鋼板連接使橫向連成整體。鉸縫是梁體的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)中通常采用加大鉸縫企口寬度、加強(qiáng)鉸縫鋼筋，提高鉸縫混凝土強(qiáng)度等級(jí)等措施來(lái)強(qiáng)化鉸縫，以增加鉸縫的抗剪能力。施工時(shí)行車(chē)道板的側(cè)面應(yīng)為毛面，鉸縫混凝土須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方能通車(chē)使用。對(duì)于裝配式預(yù)制T梁及箱梁，應(yīng)適當(dāng)加密橫隔梁設(shè)計(jì)，橫隔梁的間距原則上不應(yīng)該超過(guò)10m。

（4）構(gòu)造設(shè)計(jì)考慮可施工性。主梁幾何尺寸的擬定和鋼筋的布置除滿(mǎn)足受力需要外，還應(yīng)充分考慮施工需要，保證混凝土灌筑及振搗質(zhì)量。裝配式箱梁或T梁截面間通過(guò)現(xiàn)澆混凝土縱縫使橫橋向形成整體，結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁順橋向通過(guò)墩頂現(xiàn)澆濕接頭連接。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到現(xiàn)澆部分的寬度應(yīng)滿(mǎn)足鋼筋焊接等施工需要，尤其小半徑曲線橋梁通過(guò)墩頂濕接頭調(diào)節(jié)橋梁內(nèi)外弧差，或變寬橋需要橋面縱縫調(diào)整橫橋向?qū)挾葧r(shí)，現(xiàn)澆縫尺寸則更應(yīng)引起注意。主梁中鋼筋避讓也是設(shè)計(jì)中應(yīng)該特別重視的問(wèn)題。對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通縱橫向鋼筋配置較密、鋼筋位置易沖突的區(qū)域，在設(shè)計(jì)中須根據(jù)具體應(yīng)力情況，對(duì)主要鋼筋空間位置進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，還要在相應(yīng)鋼筋圖中，具體說(shuō)明鋼筋避讓的先后順序，以避免施工中誤操作。

（5）加強(qiáng)主梁排水構(gòu)造設(shè)計(jì)。小箱粱與空心板要用直徑不宜大于5cm的預(yù)留泄水孔，一方面可以使得箱體內(nèi)外溫度相近，減小局部溫差效應(yīng)引起的局部應(yīng)力；另一方面還可以排出施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的積水。對(duì)于箱外水，主梁懸臂端設(shè)置半弧形滴水槽，使梁頂水止于懸臂端，不能順梁體外側(cè)流下，避免侵蝕梁體外側(cè)。

2.1.2橋面鋪裝及橋面防水系統(tǒng)

橋面鋪裝除保護(hù)主梁不受車(chē)輛直接磨損，防止板粱遭受雨雪的侵蝕外，同時(shí)也起著分布車(chē)輪荷載的作用。但常常由于設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)超載車(chē)輛等各種原因，造成鋪裝出現(xiàn)空洞、滑移、坑槽等病害，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，導(dǎo)致主梁主筋腐蝕，削弱了主梁的受力性能，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。設(shè)計(jì)中可從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的改善：

（1）提高橋面防水混凝土抗?jié)B等級(jí)和強(qiáng)度等級(jí)，采用耐久性水泥混凝土，并摻加聚丙烯纖維?；炷龄佈b厚度宜高出設(shè)計(jì)值lcm，然后用精密銑刨機(jī)進(jìn)行精銑刨，以保證瀝青層與混凝土層有效結(jié)合。防水混凝土層上鋪水性瀝青基滲透型的防水材料，并滿(mǎn)足高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和施工及運(yùn)營(yíng)后的承壓要求。

（2）橋面鋪裝鋼筋采用冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)，在預(yù)制梁頂增設(shè)抗剪連接鋼筋，利于橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)的定位，有效保證橋面鋪裝整體性，提高混凝土鋪裝層的強(qiáng)度；對(duì)于現(xiàn)澆箱梁，在墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面鋪裝內(nèi)，增設(shè)一層受力鋼筋，克服墩頂區(qū)域橋面現(xiàn)澆層內(nèi)的裂縫。

（3）在護(hù)欄下設(shè)縱向碎石盲溝和泄水管，且泄水管頂微低于橋面防水混凝土底，保證泄水管排出橋面水和橋面瀝青層滲水；橋頭設(shè)路基泄水槽，保證橋面縱向排水通暢。

2.1.3支座

支座是上、下部結(jié)構(gòu)的連接紐帶，且是受力非常集中的薄弱構(gòu)件，一旦發(fā)生故障，為后期養(yǎng)護(hù)帶來(lái)很大麻煩，所以應(yīng)予十分重視。在設(shè)計(jì)中，支座系統(tǒng)布置應(yīng)充分考慮其具體結(jié)構(gòu)的變形特性進(jìn)行分析和研究，選擇相應(yīng)適宜的支座型號(hào)，以利于墩臺(tái)傳遞反力和利于橋跨結(jié)構(gòu)變位。另外，還應(yīng)考慮后期養(yǎng)護(hù)及施工操作等因素。

對(duì)于彎梁橋，還應(yīng)考慮升降溫積累的殘余變形、車(chē)輛離心力向外側(cè)推移引起的“爬行”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)采取支座預(yù)偏心放置，以調(diào)整曲梁截面上的扭矩，使粱體的內(nèi)力分布更加均勻，避免由于約束引起的過(guò)度應(yīng)力集中。使用中，支座經(jīng)常出現(xiàn)脫空的問(wèn)題，導(dǎo)致支座受力不均，使主粱局部應(yīng)力增大，進(jìn)而引起局部損壞。設(shè)計(jì)時(shí)，支座頂?shù)拙鶓?yīng)保持水平并設(shè)置上下鋼板，預(yù)制梁端底部增設(shè)墊塊或鋼板進(jìn)行調(diào)平，蓋梁橫坡通過(guò)設(shè)置墊石進(jìn)行調(diào)平，保證支座在運(yùn)營(yíng)中能夠處于正常受力狀態(tài)。

2.2橋梁抗震設(shè)計(jì)

為防止上部結(jié)構(gòu)落梁破壞和橋墩抗彎、延性不足問(wèn)題，除了注重結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度、變形和延性能力設(shè)計(jì)外，還應(yīng)加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造設(shè)計(jì)?；诳拐鹩?jì)算無(wú)法得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)精確值的事實(shí)，建議設(shè)計(jì)采取“多道設(shè)防、分級(jí)耗能”的抗震設(shè)防理念，堅(jiān)持“損傷部位及損傷程度可控、損傷部位易檢、損傷構(gòu)件易修、破壞構(gòu)件易換”的原則。

（1）梁端至蓋梁邊緣的距離應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小安全距離。設(shè)計(jì)時(shí)可采用適當(dāng)擴(kuò)大蓋梁支撐寬度、加大支座墊石尺寸等措施，以防落梁或由于梁體突然落在墩臺(tái)頂產(chǎn)生的沖擊力而導(dǎo)致梁端的破壞。

（2）重視限位裝置的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)支梁應(yīng)采取縱向梁端連接或縱向梁端支擋，連續(xù)粱則應(yīng)在橫隔墻位置設(shè)縱、橫向支擋。比如增加鉸縫鋼筋和連接鋼板、墩臺(tái)蓋粱處設(shè)置抗震錨栓和鋼套筒、蓋梁兩側(cè)設(shè)置抗震擋塊等措施，限制粱的位移，提高結(jié)構(gòu)的整體性，避免落粱。支擋與梁體間設(shè)彈性緩沖材料，減小與梁體的碰撞。

（3）擋塊設(shè)計(jì)。應(yīng)注意擋塊與主梁的剛度比值范圍、擋塊容許剪裂的程度。根據(jù)情況可在蓋梁兩側(cè)設(shè)置外強(qiáng)內(nèi)弱的雙層擋塊，或沿蓋粱設(shè)置多個(gè)擋塊，使其與主梁間距不同，破壞時(shí)，擋塊被逐個(gè)（批）剪壞，達(dá)到逐步耗能的作用。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)中一些容易被忽視而又影響結(jié)構(gòu)安全的細(xì)部設(shè)計(jì)，只要設(shè)計(jì)者能夠足夠地重視，完全可以把這些細(xì)節(jié)問(wèn)題通過(guò)代價(jià)并不高的方式加以解決。希望廣大設(shè)計(jì)者在工程實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結(jié)，積極借鑒成功的經(jīng)驗(yàn)，更加細(xì)化和完善結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。