關于市政橋梁結構設計要點的探討

牟奎偉/身份證號碼：22012219850710533x

關于市政橋梁結構設計要點的探討

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近年來橋梁建設項目越來越多，由于橋梁結構設計而引發(fā)的橋梁質(zhì)量問題也頻頻發(fā)生，如何做好橋梁結構設計，給人們提供一座安全性高、壽命長、美觀實用的橋梁成為橋梁設計者們關注的焦點。本文介紹了市政橋梁結構設計原則，并分析了市政橋梁結構設計要點。

結構；跨徑；分孔

一、市政橋梁結構設計原則

（一）經(jīng)濟性原則

一座橋梁建筑設計的再如何漂亮，若它的造價比看上去一般化的橋梁高出許多，這座漂亮的橋梁設計也是失敗的。在樂山市大渡河龔嘴電站大橋設計中，定下采用中承式拱橋后，拱圈是用鋼筋砼呢，還是鋼管砼?經(jīng)過比選，我們設計組采用了變截面鋼筋砼拱圈。因為本橋地處偏遠大山之中的大渡河上，當?shù)氐纳?、石料比較豐富，可就地取材，而鋼管拱不僅昂貴，且鋼管運距也相當遠。故在橋梁設計中，在滿足結構安全的前提下，應盡量地考慮經(jīng)濟。

（二）安全性原則

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國公路橋梁總數(shù)達73.53萬座，各類鐵路橋梁總數(shù)達18萬座，已成為世界第一橋梁大國，但同時也進入了橋梁垮塌等安全事故高發(fā)期。因此，在橋梁設計中要特別重視橋梁的安全性。以抗震設計為例，橋位應選擇在對抗震有利的地段，盡可能避免選擇在軟弱粘性土層、可液化土層和地層嚴重不均勻的地段，特別是發(fā)震斷層地段。如必須設置在可液化或松軟土層的河岸地段時，橋長應適當增長，將橋臺置于穩(wěn)定的河岸上，而橋墩基礎要加強。橋型要選擇抗震性能好、整體性強的結構體系，如連續(xù)梁，無鉸拱等。如中國趙州橋，系石拱橋，地處多地震區(qū)，建橋1300多年以來，經(jīng)歷多次強烈地震，猶屹立未毀。如在軟土地基上選用簡支梁或懸臂梁體系（帶有掛孔）時，應在構造上加強防止落梁的措施。墩臺結構應選用整體性好的結構形式，基礎要埋入穩(wěn)定土層內(nèi)。

（三）耐久性原則

隨著城鄉(xiāng)建設的不斷發(fā)展，城市橋梁和公路橋梁的負荷越來越重，造成混凝土結構橋梁的不同程度的損壞；在設計和施工過程中不注重細部結構的設計也是造成橋梁耐久性的一個很重要的因素，這些問題的存在嚴重影響了橋梁的使用壽命，因而從多方面對混凝土結構的耐久性設計的分析和研究是非常必要的。

（四）功能性原則

城市橋梁不同于公路橋梁，在城市交通日益劇增的情況下，橋梁方案設計中，交通組織功能也要擺在重要的地位上，尤其是立交橋，不光橋上有車輛，橋下車輛也川流不息。如果不綜合考慮交通功能，下行車輛撞擊橋墩或有關橋梁部分，導致橋梁坍塌，這種事故在國內(nèi)外都有發(fā)生。作為橋梁設計人員必須注意這一點來進行橋梁方案比選，乃至方案確定后的橋梁分跨。在貴陽市都司路高架橋跨越中華路的大南門交叉口位置，設計者在地面設置了交通導流環(huán)島，一跨20米跨徑的橋梁正好處于環(huán)島內(nèi)。橋梁建成后，隨著城市的發(fā)展，車輛的增多，該交叉口經(jīng)常塞車，不得已取消了地面環(huán)島。由于該交叉口的橋梁跨徑較小，導致左轉車輛的行車軌跡不順暢，司機抱怨連天，這無疑是橋梁設計敗筆。

二、橋梁設計要點

（一）結構尺寸設計

1.橋梁總跨徑的確定。

對于橋梁總跨度的決定要經(jīng)過細致的分析討論，首先要考慮的一點便是橋梁周邊的土質(zhì)以及水文狀況。根據(jù)兩岸的土質(zhì)基礎來確定橋梁的基礎埋設的深度進而決定橋梁的總長度，同時也要對河床的沖刷深度的進行充分考慮。對于橋梁長度不同引起的水流的流量的不同進而對橋梁的沖擊量的不同要充分考慮。

2.橋梁標高確定。

在確定橋梁的標高之前要先對道路的路面所預留的橋梁橋道進行確定，在確定了橋道的基礎上再綜合考慮橋梁的橋形以及孔洞的跨度、橋梁的長度等因素。而后再對于橋梁建設區(qū)域在洪水期間洪水的高度等因素進行綜合性的考慮，最后將橋梁的標高定下來，一般的橋梁標高應當高于水面50cm。

3.斷面。

橋梁斷面根據(jù)橋梁總體確定，局部大跨徑根據(jù)實際情況調(diào)整，但需落實凈高能否滿足橋下凈空要求。

4.橫坡。

橫坡設置時采取保持梁高不變，箱梁整體起坡，支承處采取調(diào)整柱頂高程的辦法，在支承處設有調(diào)整梁底面水平的縱橫向楔塊。主橋與匝道橋應連接圓順，并根據(jù)道路豎向設計實現(xiàn)橫坡的過渡。

5.箱梁。

箱形截面梁頂、底板的中部厚度，不應小于板凈跨徑的1/30，且不應小于200mm.為滿足受力和布置鋼束的要求，箱梁的頂板厚度不宜小于220mm，底板厚度不應小于200mm，中腹板厚度不宜小于400mm，邊腹板不宜小于470mm.曲梁邊腹板適當加厚。標準段箱室凈距建議4~5米。當腹板及底板寬度有變化時，其過渡段長度不宜小于12倍腹板寬度差，頂板不加厚（需加50×50cm腋角）。箱梁設進風孔、排風孔，管材材料采用HDPE，外徑7cm，壁厚5mm，環(huán)剛度不小于5Kpa，施工時應定位準確，底板進風孔兼作排水口，頂面略低于梁底板頂面；腹板腋角下側設排風孔。半徑小于240m的彎箱梁應設跨間橫隔板，其間距不應大于10m.

6.支座。

邊支座中心線至伸縮縫中心線的垂直距離根據(jù)支座大小和伸縮縫寬度確定：主橋縫寬<=10cm的，偏移量不小于0.55米；>10cm的偏移量不小于0.60米；匝道橋均偏移0.60米。立柱尺寸需按最大支座的實際尺寸復核。支座必須設支座墊石以利于后期養(yǎng)護、維修和更換支座；支座墊石豎向鋼筋直徑不小于16mm。支座類型按照計算結果提高一個等級選用。

（二）下部結構比選

橋梁的支撐結構為橋墩和橋臺。橋墩是多跨橋的中間支撐結構。橋臺是橋梁兩端橋頭的支撐結構，是道路與橋梁連接點，橋頭和橋墩都是由臺（墩）帽、臺墩身和基礎組成。橋墩的作用是支撐在它左右兩跨的上部結構通過支座傳來的矗立力和水平力，由于橋墩建筑在江河之上。因此它還要承受流水壓力、水面以上的壓力和可能出現(xiàn)的水壓力、船只等的撞擊力。所以橋墩在結構上必須有足夠的穩(wěn)定性。在布設上考慮橋墩與河水的相互影響，既水流沖刷橋墩和橋墩出水的問題，在空間上應滿足通航和同車要求。具體橋梁建設時采用什么類型的橋墩。應依據(jù)地質(zhì)、地形及水文條件。墩高、橋跨結構要求及荷載性質(zhì)及大小，通航和水面漂浮物等，橋跨以及施工條件等因素綜合考慮。但是在同一座橋梁內(nèi)，應盡量減少橋墩的類型。

（三）橋梁的分孔

對于橋梁的分孔應當進行慎重的考慮，因為橋梁洞孔的多少時與橋梁的造價以及建筑難度以及使用壽命直接相關的。在建筑之前首先要確保橋梁的使用壽命，而后在此基礎上對于橋梁的洞孔數(shù)進行考慮。要考慮同時考慮建筑的難易程度以及造價的影響，盡量在確保將造價降到較低，同時不要選擇難度太高的施工方案。

（四）平面布置

橋梁的線形及橋頭引道要保持平順，使車輛能平穩(wěn)地通過，從橋本身經(jīng)濟性和施工方案來說，應盡可能避免橋梁與河流成橋下路線斜交，故該橋應采用正交。

（五）防水

橋面設計良好暢通的排水系統(tǒng)，是保持橋梁結構不受或較少受水蝕的條件，但考慮水侵蝕的影響，除主梁外還會涉及蓋梁、墩柱、橋臺等，這些部位的防水設計也十分重要。比如蓋梁頂?shù)呐潘?、水中橋墩（特別水位變動區(qū)）等特殊部位。橋梁的防撞系統(tǒng)，是冬季除冰鹽水最易危害的部位，對這部分結構的細致的耐久性設計是十分必要的，這不僅涉及防撞系統(tǒng)自身的耐久性，如前面提到的，它還涉及到與其相連接的主體結構的耐久性。防撞護欄與主體結構的連接應采用整體現(xiàn)澆，避免采用預制安裝的形式，防止安裝過程對橋面防水層的破壞以及預制塊導致的橋面至主體混凝土結構的水通道。防撞護欄的自身抵抗氮離子侵蝕的考慮也是非常必要的。

[1]溫巍, 呂萌.對橋梁結構設計應注意的問題分析[J].科技創(chuàng)新與應用, 2017(8).

[2]周峰.市政道路橋梁結構設計加固的原則及方法分析[J].城市建筑, 2017(6).