中小跨徑橋梁結構的設計要點探討

倪丹 高軍

摘 要：現在我國公路橋梁建設方面有著不少的問題，已完工的公路橋梁經常在有效期內出現問題，橋梁結構出現損壞甚至坍塌，同樣也說明了我國在公路橋梁的規范標準、工程設計方面等方面有著許多不足的地方，經常出現損害的橋梁中40米跨徑以下的中小跨徑橋梁占橋梁總數的比例為 90%以上。本文首先歸納了中小跨徑橋梁結構設計中存在的問題，然后對其構造設計、鋼束布置形式和基礎設計做了詳細的闡述。

關鍵詞：中小跨徑；公路；橋梁；結構設計

中圖分類號：X734文獻標識碼： A

0前言：

隨著科學的進步，城市建設的飛速發展，城市的道路建設已成為衡量一個城市的重要指標，而橋梁建設無疑是這其中最濃墨重彩的一筆。如何發展橋梁建設，如何選擇合理的橋梁結構形式等問題日益被人們所關注，本文根據中小跨徑的公路橋梁結構設計的自身特點，通過其設計、應用、措施等方面對橋梁的結構設計進行了簡要的分析。

一、中小跨徑橋梁結構設計中存在的問題

1、承載力設計中的問題

現行的公路橋梁設計規范規定，鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁結構按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態來進行設計。承載能力極限狀態也稱為強度極限狀態，其計算是以鋼筋砼塑性理論為基礎，以構件的“破壞工作階段”――即達到最大承載能力或出現不足出繼續承載的變形為計算依據，基本原則是荷載效應不大于結構拉力。結構正常使用極限狀態計算是以彈性理論或彈塑性理論為基礎，控制結構在正常使用狀態時的應力、變形、裂縫小于規定的限值，即結構或構件尚未喪失承載能力，但已達到不能正常使用的極限狀態，正常使用極限狀態設計主要是為保證構件的正常工作和耐久性。

一般在工程設計時，設計人員往往是重視承載能力極限狀態的控制，結構抗力都能考慮足夠，但對于正常使用極限狀態指標往往不太重視。而結構在整個使用周期中，最重要的正是其使用性能，使用性能的保證是長期保證結構安全的基本條件。

2、橋梁耐久性設計中的問題

近年來，由于出現了大量的在役橋梁使用性能急速降低甚至損壞，橋梁結構耐久性問題重新被認識和重視，但總體來講，我國在保證結構耐久性方面的實際行動仍然是非常緩慢，以往的橋梁設計中，相當一部分根本未考慮結構耐久性方面的設計，即使有所考慮，也只是作為一種概念予以關注，比如全壽命周期成本，只有理念，在具體設計時并未充分予以考慮?，F行規范雖然在保證結構耐久性方面有了一些具體規定，但總體上較為粗略籠統。結構耐久性考慮不足在一定程度上導致了橋梁在施工過程中發生事故、使用過程中性能差、壽命短的不良后果。

具體在設計中，設計人員目前大多是按規范要求進行結構計算和構造設計，只控制了抗力指標、變形指標，但對于影響耐久性的問題，卻沒有關注。比如雖然滿足了規范要求，但仍存在的構件截面尺寸過薄、分布鋼筋過細、保護層過小等問題；關于橋梁使用環境對結構的影響，在中小橋梁設計中考慮不周或不考慮。這樣完成的結構設計雖然滿足了受力要求和規范的規定，但設計的只能是建成時的結構狀態，而不是在結構使用壽命期的設計。

二、中小跨徑橋梁的構造設計

1上部結構設計

（一）、裝配結構

橋梁上部結構形式及跨徑選取宜根據地形、地質、水文、橋墩高度，選取合適的橋梁方案進行比選。原則上采用施工方便、造價經濟的標準化、預制裝配化結構，推廣采用《公路橋梁通用圖》2007年12月版。以裝配式空心板、小箱梁、T梁為主，為保證橋梁整體協調性，除特殊和復雜橋梁外，一般橋梁跨徑建議按下述范圍選?。?/p>

墩高H＜10 m時，選用10～20 m跨徑；

墩高10 m＜H≤15 m時，選用20～25 m跨徑；

墩高15 m＜H≤30 m時，選用25～30 m跨徑；

墩高30 m＜H≤60 m時，選用30～40 m跨徑；

墩高H＞80 m時，考慮采用剛構。

原則上常規橋梁L=6～10 m采用鋼筋混凝土空心板, L=13～16 m采用預應力混凝土空心板，L＝20～35 m采用裝配式預應力混凝土小箱梁，L ＝30～50 m采用裝配式預應力混凝土T梁，按傳統的觀念，跨徑與墩高的關系按橋梁美學原則，一般應選擇比值為0.618～1之間，通過經濟比較，往往也是經濟的。但是對于地形起伏變化頻繁，交通運輸條件差，預制場地困難，大型起吊設備難以到位的地區盡量選用小跨徑結構。

（二）、現澆結構

對小半徑、平面變寬度、橫向大超高、立面大縱坡線形、平縱橫要求適應性強、外觀平順、橋型美觀的橋梁，如處于樞紐、互通匝道和服務區段內橋梁，一般考慮設置為現澆連續梁橋。常用構造尺寸情況如下：

(a)原則上跨徑小于20 m箱梁采用普通鋼筋混凝土箱梁，20 m及以上采用預應力混凝土箱梁。

(b)箱梁梁高取1/18～1/20箱梁跨徑，但不得小于1.4 m。20 m跨h=1.4 m，25 m、30 m跨h=1.6～1.7 m，35 m跨 h=1.9 m。懸臂端部厚16 cm，懸臂根部高45 cm，頂板厚度25 cm，底板厚度22 cm。獨柱墩底板加厚到24 cm。

(c)彎道（R≤250 m）上的箱梁必須視跨徑長度、箱梁半徑在箱室內設置1個或多個中橫隔板，中橫隔板間距小于等于12 m，橫隔板寬度采用50 cm。

(d)設雙支座支撐時，端橫梁視中跨大小取80～120 cm，中橫梁視中跨大小取100～150 cm；獨柱墩中橫梁酌情增大，視中跨大小取130～180 cm。

(e)原則上跨徑35 m以上預應力箱梁等寬段腹板取55 cm，邊肋端部變化為75 cm，如果為多室則中肋變化為95 cm?？鐝?5 m以下預應力箱梁等寬段取45 cm，邊肋端部變化為65 cm，多室中肋變化為85 cm。變化段長度為12倍腹板寬度差。多室箱梁取中肋變化值。預應力混凝土箱梁腹板端部設計為變寬。

2．下部結構設計

（一）.橋墩

墩高H＜30 m時采用柱式墩，墩高H＜40 m時宜采用等截面實體薄壁墩，墩高H＜50 m時宜采用等截面空心薄壁墩橫橋向墩寬500 cm，墩厚取250 cm，壁厚縱橫向可分別取80 cm和60 cm設計，1/2墩高處設水平隔板。墩高50 m＜H＜70 m時宜采用變截面空心薄壁墩橫橋向墩寬500 cm，縱橋向墩頂寬取250 cm，按50∶1放坡，壁厚縱橫向分別取80 cm和60 cm設計，沿墩高每20 m左右間距設水平隔板。

（二）.系梁

（a）橋墩高度(含蓋梁)超過9 m時，考慮在樁頂設置橫系梁。地震基本烈度大于等于Ⅷ度的地區，墩高大于7 m樁頂設置橫系梁。

（b）處于橫向陡峭山坡上的橋墩，原則上采用高低墩形式，地系梁的位置處于兩樁頂高差的1/3處，減少系梁開挖。

（三）.橋臺

（a）柱式橋臺

原則上應用于較平坦地勢，填土高度h＜5 m。

（b）肋板式橋臺

原則上應用于較平坦地勢，填土高度h≥5 m。適用范圍較廣，但高度不宜超過11 m。

（c） 重力式U型橋臺

原則上應用于地基條件較好的山區。根據《墩臺與基礎》規定，U臺適應的填土范圍為4～10 m。U臺一個很大的好處就是可根據地形合理分臺階以適應橫向、縱向陡坡地形，減小開挖。

（d）薄壁臺

平原區填土高度h≤6.5 m的小橋，可采用薄壁臺，軟基段宜控制在6.0 m以下?，F運營的高速路中有些薄壁臺出現開裂現象，設計時應特別引起注意。

三、提高中小跨徑公路橋梁耐久性的措施

中小跨徑公路的建設已經成為公路建設的主要部分，如果提高耐久性問題就成為了必須關注的問題。如果提高耐久性，就應從公路建設的初期做起，無論是前期的選材、建設、及后期的維護蹬蹬。以下就從耐久性問題的設計、施工、養護三點入手。

1、設計階段提高耐久性的方法

改進設計方法，增大構件設計的安全系數；加強對結構局部受力分析驗算的要求；針對超載問題，從設計的技術層面采取應對措施；強化、重視附屬結構的設計；重視溫度、收縮、徐變、不均勻沉降等次要因素的控制與計算；橋梁設計要考慮養護檢查、維修保養的便利性；簡化結構設計、明確構件受力狀態。

2、施工階段提高耐久性的手段

設計與施工相結合，注重施工階段臨時施工荷載的驗算；嚴格對混凝土保護層、鋼筋存放除銹、澆筑過程中鋼筋預埋件位置控制等的施工控制，保證構件的耐久性；嚴格混凝土澆筑施工質量的控制；嚴格防水混凝土施工的抗滲性能檢測與控制；加強對混凝土配合比的要求。

3、運營養護階段提高耐久性的措施

加強對橋梁構件的檢查與病害監測，重視日常養護和小修；重視防排水系統的養護維修；對主要構件的裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土損傷提出更加詳細的檢測、技術狀況的評定要求；在養護規范中，加強與細化對影響橋梁正常使用和受力狀態的附屬結構的檢查和維修工作；加強對超重車過橋的管理。

四、結束語

中小跨徑橋梁是公路建設的重要內容，在公路橋梁總數中占有很大比重。因此，做好中小跨徑橋梁的施工設計，對于公路建設有非常重要的意義。在中小跨徑橋梁設計中，設計人員應從橋梁施工的具體情況出發，結合設計標準規定，從整體上對工程設計的關鍵問題進行準確把握，以保證橋梁結構的安全性、經濟性和實用性，保證橋梁的施工質量，促進我國公路建設事業的發展。

參考文獻：

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