關(guān)于橋梁設(shè)計中的關(guān)鍵問題研究

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在橋梁設(shè)計中新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，以及橋梁設(shè)計理論的不斷完善，我國橋梁設(shè)計水平有了長足的進(jìn)步。但不可否認(rèn)的是，在橋梁設(shè)計領(lǐng)域依然存在著諸多關(guān)鍵問題急需解決，特別是橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性問題。因此，本文就橋梁設(shè)計中存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述，總結(jié)出設(shè)計中應(yīng)把握的一些要點(diǎn)和注意事項，并以此提出了今后的研究方向，以供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計 關(guān)鍵問題 結(jié)構(gòu) 要點(diǎn) 方向

GPS等先進(jìn)測量技術(shù)的應(yīng)用極大提高了工程測量的精度，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的橋梁CAD軟件提高了設(shè)計人員的工作效率。在橋梁設(shè)計中逐漸形成以概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化與設(shè)計的綜合性設(shè)計理論，設(shè)計水平有了長足的進(jìn)步。

一、橋梁設(shè)計中的關(guān)鍵問題

1.耐久性。在橋梁建設(shè)方面，必要的前期勘查、考證和準(zhǔn)備比較缺乏是我國比較突出的一個問題。橋梁建設(shè)與使用不能忽視的一大因素在于橋梁周邊的環(huán)境，另外荷載、材料也對橋梁的耐久性有著直接的影響。事實(shí)上，上世紀(jì)90年代，人們對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究越發(fā)重視，不過從研究資料來看，如何處理結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)這些方面的內(nèi)容較少，大部分集中在計算結(jié)構(gòu)剛度的方法上。而結(jié)構(gòu)耐久性是關(guān)系著橋梁經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)營的決定性因素。因此，必須更加重視起橋梁設(shè)計中的結(jié)構(gòu)耐久性問題。

2.荷載。在橋梁設(shè)計中，關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)的荷載問題，主要影響因素有兩個方面。一方面，結(jié)構(gòu)體系和設(shè)計理論不夠全面。部分設(shè)計人員在橋梁使用壽命以及安全性能方面的認(rèn)識不夠全面，過分重視規(guī)范中已有的安全系數(shù)和結(jié)構(gòu)剛度，對結(jié)構(gòu)體系中的材料、構(gòu)造、維護(hù)、耐久性、分析、設(shè)計、優(yōu)化以及施工和使用等方面的內(nèi)容考慮不夠周全，從而使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的安全性、耐久性丟失的問題。因此，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選用滿足規(guī)范要求的可靠性指標(biāo)和安全系數(shù)的同時，必選設(shè)計方案，選擇最優(yōu)的有效且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。另一方面，人群荷載。橋梁跨徑的不同，關(guān)于人群荷載的取值也是不同的，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取值，一般專用行人橋梁，荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5KN/㎡。此外，車道荷載，關(guān)鍵是集中力的取值問題，車輛在行駛時會使橋梁產(chǎn)生一定的振動，大多集中于跨中。隨著橋面平整度下降，振動幅度會不斷加強(qiáng)，影響橋梁荷載。因此在車道荷載的設(shè)計中應(yīng)綜合多種因素，全盤考慮，計算出合理的沖擊力，確保橋梁的安全性能。

3.疲勞損傷。車輛在通過橋梁時，會使橋梁內(nèi)部產(chǎn)生壓力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，長久以后會使橋梁產(chǎn)生疲勞損傷，而我國在橋梁設(shè)計對結(jié)構(gòu)的耐久性、材料等的重視不夠，而且施工過程中，質(zhì)量控制也不夠到位，留下許多隱患，在長久的強(qiáng)壓作用下，這些隱患逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)性損傷，比較典型的現(xiàn)象是橋面出現(xiàn)裂紋，若沒有得到妥善處置，極可能在長期負(fù)荷作用下，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。而且，超載在我國公路運(yùn)輸中是司空見慣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也會加速橋梁的疲勞損傷，最終可能造成難以估量的后果。因此，在橋梁設(shè)計中研究疲勞損傷是十分關(guān)鍵的問題，特別是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有著較為嚴(yán)重的疲勞損傷問題。因此，必須加強(qiáng)這方面的研究，重視橋梁的結(jié)構(gòu)動態(tài)和疲勞性能。

二、設(shè)計要點(diǎn)分析

1.設(shè)計要點(diǎn)。以一般結(jié)構(gòu)的高速公路橋梁為例。在設(shè)計中要把握以下三個方面的要點(diǎn)。（1）充分把握橋梁工程當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文、地形等自然條件。特別是橋梁縱向地質(zhì)變化較大，橫向地形變化較大的情況，應(yīng)加強(qiáng)重視，合理利用先進(jìn)的工程勘查手段，做到心中有數(shù)，同時結(jié)合實(shí)地調(diào)查，確保設(shè)計方案科學(xué)、合理，具備可行性。（2）充分考慮施工條件，因地制宜，確保方案具有較高的可行性，方便施工。同時應(yīng)靈活采用多重設(shè)計手段，以便能夠更好地保證橋梁質(zhì)量、節(jié)約造價，方便施工。（3）以經(jīng)濟(jì)、適用、安全、美觀、環(huán)保為原則，進(jìn)行橋梁設(shè)計。充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)耐久性、安全性的同時，引入美觀、環(huán)保的理念，確保橋梁質(zhì)量的同時，使其和自然和諧共處。

2.設(shè)計細(xì)節(jié)。（1）從上文的分析中可知，在橋梁設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)按照實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計，充分考慮工程當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，避免橋梁樁基位置較低、施工難度大等問題，在確保橋梁質(zhì)量的同時，適當(dāng)提高橋梁高度。（2）為避免橋梁位移，在設(shè)計時應(yīng)考慮好支座安裝的水平度，并形成標(biāo)準(zhǔn)，同時加強(qiáng)施工管理，制定詳細(xì)的方案確保支座安裝的水平度。確保地基的水平度，必要時可墊石提高水平度；支座放置應(yīng)確保水平度達(dá)標(biāo)，支座與橋梁底部接觸面也應(yīng)確保水平度達(dá)標(biāo)。橋梁底部可使用楔形鋼板，在預(yù)制件時，可設(shè)專用模板調(diào)整角度（橫向、縱向），同時將模板編號，對號入座，鋼板應(yīng)在工廠進(jìn)行精細(xì)加工，確保精度。安裝時應(yīng)采用焊接工藝，并確保焊接質(zhì)量。（3）針對單跨徑20～40m的大橋，可使用連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，合理安排伸縮縫，一般80型伸縮縫比較經(jīng)濟(jì)適用，行車舒適度高，無跳車、無噪音，工程量也比較少。分聯(lián)時應(yīng)特別注意橋臺位置，同時應(yīng)嚴(yán)格控制聯(lián)的長度。（4）設(shè)計時，盡量保持橋梁與路線正交，這可有效減少長度，同時在適當(dāng)位置設(shè)伸縮縫，縮短受拉區(qū)的長度，保證橋梁收縮變形量較小，從而避免橋梁出現(xiàn)斜向裂縫。

3.注意事項。以一般結(jié)構(gòu)的高速公路橋梁為例，在設(shè)計還需注意以下幾點(diǎn)注意事項。（1）充分考慮跨線橋關(guān)鍵工點(diǎn)的布置形式。如果橋梁與其他交通路線立體交叉，則必須保證交角>70°，特殊位置的交角要求可達(dá)75°。（2）針對30m以上跨徑的橋梁，通常會做成T字形結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)抗扭特性一般，不應(yīng)做成斜交，可錯開墩臺布置橋梁，增加部分跨徑，盡量保持正交。（3）橋臺處應(yīng)減少填土高度，一般10m以下為宜，這樣主要是盡量避免出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。（4）橋梁需穿過高填方路基時，應(yīng)采用頂推施工，做成箱涵。（5）針對穿越農(nóng)業(yè)灌溉渠的橋梁，應(yīng)盡量采用三跨連續(xù)梁，減少單跨簡支梁，提高橋梁安全性。

三、研究方向

1.可靠度。針對上文的分析，在橋梁設(shè)計中，應(yīng)對橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行系統(tǒng)分析。應(yīng)把握橋梁結(jié)構(gòu)在不同破壞水平的情況下，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中以可靠度為依據(jù)進(jìn)行檢驗。這種方法是一個系統(tǒng)性的課題，難度較大。許多學(xué)者從不同的角度進(jìn)行了研究，例如一階矩概念、Ferry Borges Castanheta組合情況下的荷載計算方法、Monte-Carlo法抽樣計算可靠度等。

2.人為差錯。許多橋梁在結(jié)構(gòu)方面存在的問題，并不一定是荷載、剛度等造成的，在橋梁的設(shè)計、施工以及使用等環(huán)節(jié)中也可能存在人為差錯，這一方面也是現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)。

3.隨機(jī)可靠度。在工程學(xué)中，廣義上的可靠度理論研究的重要內(nèi)容就在于隨機(jī)可靠度，隨著隨機(jī)理論和方法的完善，隨機(jī)可靠度理論必將隨之一起發(fā)展。

四、結(jié)語

橋梁設(shè)計是一項系統(tǒng)工作，涉及面廣，十分復(fù)雜。這就要求設(shè)計人員要以豐富的理論知識為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際情況，以先進(jìn)的手段掌握橋梁工程相關(guān)的知識，避免在設(shè)計中受到過多的主觀影響因素。在橋梁設(shè)計中，還有許多的問題需要解決，因此，需在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，加大研究力度，提高我國橋梁設(shè)計水平。

參考文獻(xiàn)：

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