結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

南 昕 容

(臨汾市建筑勘察設(shè)計院,山西 臨汾　041000)

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結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

南 昕 容

(臨汾市建筑勘察設(shè)計院,山西 臨汾041000)

介紹了結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用原則，從混凝土工程與防水結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面，闡述了結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁中的應(yīng)用技術(shù)，并探討了結(jié)構(gòu)化設(shè)計的優(yōu)化措施，從而確保工程的質(zhì)量。

道路，橋梁，結(jié)構(gòu)化設(shè)計，混凝土工程

道路橋梁的健康、耐久、安全不僅體現(xiàn)出設(shè)計人員的智慧與審美，還表明橋梁是否值得人們回味、能否經(jīng)得住時間的考驗。因此，在道路橋梁設(shè)計中要堅持因地制宜，積極引進先進的技術(shù)及設(shè)備、施工工藝，通過最恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)用盡可能減少各方面因素對橋梁產(chǎn)生的不利影響，延長道路橋梁使用壽命。

1　在道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的原則

如今，結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁設(shè)計中的應(yīng)用日益廣泛，它主要是把道路橋梁設(shè)計分成功能單一且相互獨立的模塊結(jié)構(gòu)，并依據(jù)設(shè)計道路橋梁的要求做好概要設(shè)計工作與詳細(xì)設(shè)計工作[1]。在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計時需遵循幾項原則：

1)預(yù)設(shè)截面范疇的形式、剛度配有模式等均要把適宜性特點凸顯出來，選擇一條最優(yōu)的路徑最大限度減輕道路橋梁構(gòu)架的重量；對原有的位移狀態(tài)和既有的內(nèi)力布設(shè)需進行妥善的調(diào)和，固有的原料剛度搭配也必須與預(yù)設(shè)規(guī)則相符。

2)受力傳遞路徑要具備便捷性的特點，因為只有便捷路徑的合理預(yù)設(shè)才能使支撐架構(gòu)的反向受力超外側(cè)達到平衡，從而減輕結(jié)構(gòu)固有的自重，為各時段施工提供便利，同時能節(jié)省很多原料。

3)結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)具備接續(xù)性的特點，如果能把橋體的銜接部分劃歸成一個整體，傳遞荷載的特有路徑就能愈加簡易，同時還能拓展整體結(jié)構(gòu)的受力范疇，減小運送內(nèi)力，在節(jié)省建構(gòu)材料的基礎(chǔ)上降低工程造價。

4)在結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程中要充分考慮搭配多層級原料，明辨受力架構(gòu)的組合方式，因為幾何特性、受力屬性等要通過架構(gòu)來表征，與所選原料特性有很大關(guān)聯(lián)，這種態(tài)勢最優(yōu)的組合能有效減輕結(jié)構(gòu)的整體重力。

5)主體配件的特有受力屬性需要明辨，以便發(fā)掘潛藏的荷載能力。換言之，擬定好的橋體結(jié)構(gòu)應(yīng)在特有場地狀態(tài)下進行設(shè)定，如果架構(gòu)復(fù)雜，總的結(jié)構(gòu)化設(shè)計需側(cè)重對特有受力桿的設(shè)定，并通過改變初始設(shè)計方式來限制桿體數(shù)目，創(chuàng)設(shè)最佳的綜合態(tài)勢應(yīng)用。

2　結(jié)構(gòu)化設(shè)計在道路橋梁中的實踐應(yīng)用

2.1應(yīng)用于混凝土工程設(shè)計

1)增加鋼筋保護層厚度。在道路橋梁施工過程中，鋼筋混凝土是最常見的材料，它由鋼筋材料與混凝土共同組成[2]。盡管這種復(fù)合型材料有機結(jié)合了鋼筋材料、混凝土的應(yīng)用優(yōu)勢，但在結(jié)構(gòu)化設(shè)計應(yīng)用中，鋼筋在外界環(huán)境因素的作用下極易腐蝕，為確保其耐久性，一般會在鋼筋混凝土的表面設(shè)置一個保護層。因此，在道路橋梁的結(jié)構(gòu)化設(shè)計中要慎重考慮實際情況，如果條件允許，要合理增加鋼筋保護層的厚度，有效延長橋梁使用壽命。

2)滿足構(gòu)造配筋的要求。道路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)病害會通過裂縫直接反映出來，裂縫會加大混凝土的滲透性，逐漸增強水對道路橋梁的侵蝕破壞作用。因此，控制并預(yù)防混凝土出現(xiàn)裂縫對增強其耐久性至關(guān)重要，而該類裂縫的控制與預(yù)防不僅要嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范要求有效控制橋梁在正常使用極限狀態(tài)之下的工作裂縫，采取行之有效的構(gòu)造措施更為關(guān)鍵，即結(jié)構(gòu)化設(shè)計的實踐應(yīng)用務(wù)必要滿足構(gòu)造配筋的要求，從而防止道路橋梁工程在混凝土施工及使用環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量非工作裂縫。

3)適應(yīng)混凝土的耐久性。混凝土的耐久性與道路橋梁施工質(zhì)量、使用壽命有直接關(guān)聯(lián)，但在施工實踐中，大多數(shù)施工單位都注重追求最大化的利益，時常產(chǎn)生偷工減料的問題，甚至?xí)鲆暤缆窐蛄航Y(jié)構(gòu)化設(shè)計的整體布局[3]。所以在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計時必須保證混凝土的耐久性，做好配比與拌合，為控制混凝土工程施工質(zhì)量提供保障。

2.2應(yīng)用于防水結(jié)構(gòu)設(shè)計

在正式投入使用之后，道路橋梁項目會受到外界因素的諸多影響，尤其是路面排水，它會直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性、穩(wěn)定性，所以在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計時必須強調(diào)防水結(jié)構(gòu)設(shè)計，科學(xué)布置防水層，并選用密實性好的混凝土，添加鋼筋網(wǎng)、水泥基滲透結(jié)晶材料或復(fù)合纖維混凝土，在防治混凝土開裂的同時提高橋梁結(jié)構(gòu)防水效果。在設(shè)計道路橋梁的防水層結(jié)構(gòu)時需注意幾個問題：1)增強橋梁的粘結(jié)性，選擇優(yōu)質(zhì)瀝青材料，確保其不起皮、不脫落；2)一體化鋪裝橋梁路面與混凝土；3)優(yōu)化設(shè)計泄水管道，尤其要注意科學(xué)安裝泄水管，避免泄水管漏水；4)增加橋梁結(jié)構(gòu)防水層的抗拉強度與延展性。

3　道路橋梁結(jié)構(gòu)化設(shè)計的優(yōu)化

3.1有效增強橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能

部分道路橋梁會在地震多發(fā)區(qū)域使用，而地震會嚴(yán)重破壞橋梁，由于在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計時已經(jīng)對動荷載作用進行了考慮，因而在鞏固動荷載時還要增強橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，綜合考慮抗震性能與動荷載。要想增強道路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，就必須確保橋梁施工質(zhì)量，充分考慮每一個環(huán)節(jié)：1)不僅要完善操作工藝，還要增加材料在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的整體連續(xù)性；2)強化道路橋梁支座的錨固，增強結(jié)構(gòu)與墩臺之間的連接強度；3)適當(dāng)增加配筋，使結(jié)構(gòu)的延性更強；4)強化橋梁結(jié)構(gòu)的不良土層，如有必要還需及時替換；5)采取結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施處理道路橋梁結(jié)構(gòu)薄弱的地方。增強橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能不但能加強橋梁抵抗動荷載的能力，還能在發(fā)生地震時充分發(fā)揮防護作用。

3.2重視解決橋梁的疲勞損傷問題

由于工作場所及用途的差異，橋梁結(jié)構(gòu)主要承受風(fēng)荷載、車輛荷載，這些都是動荷載，它會使道路橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在循環(huán)振動中持續(xù)積累疲勞損傷[4]。在各方面因素的影響下，橋梁結(jié)構(gòu)施工很難做到內(nèi)部材料的連續(xù)與均勻，其中潛藏了很多細(xì)微的缺陷，它們會在動荷載的往復(fù)作用下持續(xù)發(fā)展成大損傷，當(dāng)積累到一定程度就會出現(xiàn)肉眼可見裂紋，而裂紋的出現(xiàn)極可能在今后某個時間突發(fā)災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)脆性斷裂，帶來嚴(yán)重后果。所以為預(yù)防發(fā)生災(zāi)難，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計時就要做好防治橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷的工作，做到防患于未然。

3.3處理道路橋梁結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)問題

此處的細(xì)節(jié)問題具體是指道路橋梁結(jié)構(gòu)斜腹桿的混凝土在拉力作用下出現(xiàn)開裂問題，泥巖地基問題以及橋墩抗推問題。一般情況下是選擇局部預(yù)應(yīng)力方法把混凝土在拉力影響下出現(xiàn)的開裂問題解決掉，在斜腹桿里置入冷拉級預(yù)應(yīng)力鋼筋，并基于拱片預(yù)制成型進行張拉錨固，在減輕斜腹桿拉應(yīng)力的同時降低混凝土大寬度裂縫帶來的危害；面對泥巖地基問題，通常是選擇巖面防水封閉技術(shù)，當(dāng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成地基工程施工之后，應(yīng)平整整個泥巖地基的基底，并在地基上面澆筑一層防水混凝土，避免地基表層出現(xiàn)膨化現(xiàn)象；對于道路橋梁橋墩的抗推問題，通常是在墩頂加設(shè)水平拉桿，確保橋墩基底應(yīng)力與國家相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)相符，盡可能提高整個道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定抗滑性能。

4　結(jié)語

最近幾年，國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)持續(xù)發(fā)展，作為交通運輸業(yè)核心的道路橋梁要想在建設(shè)上取得巨大進步，就必須做好結(jié)構(gòu)化設(shè)計，為順利施工提供可靠的保障。而在道路橋梁設(shè)計中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計不僅能確保工程質(zhì)量，還能確保工程的經(jīng)濟性、安全性，優(yōu)化應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計有很大的使用價值及廣闊的市場前景，需在日常工作中繼續(xù)深入研究并加強實踐。

[1]俞娟，楊俊寧.橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的確定和優(yōu)化探討[J].珠江水運，2014(24)：48-49.

[2]趙運輸.公路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化方法設(shè)計應(yīng)用[J].江西建材，2015(16)：143-144.

[3]陳建華.連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工探究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016(6)：117.

[4]陳明.基于施工角度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(17)：223-224.

Application of structural design in road bridge design

Nan Xinrong

(LinfenBuildingSurvey&DesignInstitute,Linfen041000,China)

The thesis introduces the application principles of structural design in road bridge design. Starting from two aspects of concrete engineering and waterproofing structure design, it describes the application technologies of structural design in road bridge, and explores structural design optimizing measures, so as to guarantee the engineering quality.

road, bridge, structural design, concrete engineering

1009-6825(2016)23-0184-02

2016-06-07

南昕容(1974- )，女

U442.5

A