簡支梁橋結構設計現(xiàn)存問題及其優(yōu)化設計

陳青發(fā)

(四川省林業(yè)和草原調查規(guī)劃院，四川 成都 610081）

梁式橋中，簡支梁橋是應用最早、最廣泛的一種[1,2]。簡支梁橋受力簡單，梁中只有正彎矩，常采用 T型截面梁、箱型截面梁等構造簡單的截面形式。簡支梁橋是單孔靜定結構，設計、計算都比較簡單、方便，最容易將其設計成標準跨徑[1,2]。簡支梁橋采用裝配式施工方法，可節(jié)約大量模板的支架材料，降低勞動強度，縮短工期。近年來，國內為對于中小跨徑的橋梁，大量采用裝配式鋼筋混凝土簡支梁橋或預應力混凝土簡支梁橋[1,2]。簡支梁橋結構設計領域有大量科學研究與工程應用問題[3-7]，值得研究。簡支梁橋結構設計方面，現(xiàn)在存在一些問題，如設計方法不合理、不科學等[3]，值得研究。簡支梁橋結構優(yōu)化設計具備充分的必要性[4-7]，傳統(tǒng)的橋梁設計方法實際上是滿足設計規(guī)范條件下的一種最低水平設計[7]，因此設計人員應該運用更先進的設計理念[4-7]。

因此，本文研究簡支梁橋結構設計現(xiàn)存問題及簡支梁橋結構優(yōu)化設計，具有積極的理論意義和現(xiàn)實意義。

1 簡支梁橋結構設計現(xiàn)存問題

研究和分析簡支橋梁結構設計關鍵問題，非常有意義[8]，因此科研人員和工程技術人員需要研究和解決這些問題。國內的簡支梁橋結構設計，現(xiàn)在存在這些問題：

（1）橋梁結構強度考慮較多，但橋梁結構耐久性考慮少。當前橋梁結構設計中對于耐久性，實際上更多情況下只作為概念加以考慮。因此，還無法做到從材料、結構設計角度保證橋梁結構耐久性，并明確闡述具體維護和使用條件下橋梁結構的耐久性。

（2）國內橋梁結構設計存在的主要問題是與設計期望相比，橋梁結構正常使用性能差，可歸結為適用性能差，包括橋梁的過大振動、線形不平順、橋頭跳車、橋梁結構開裂和過大的變形等）；橋梁結構維護的費用高、安全事故較頻繁等。

（3）對橋梁結構的新建比較重視，但是對橋梁結構的維修、養(yǎng)護不夠重視。沒能從全壽命周期成本考慮橋梁結構的設計。

（4）橋梁存在的耐久性和安全性問題，很多與橋梁結構體系、使用材料的選擇不合理、結構的細節(jié)處理不當有關，還有大量科研和工程問題有待研究和解決。

橋梁結構設計任務是選擇經(jīng)濟合理的橋梁結構方案，完成橋梁結構分析。目前，這些橋梁結構設計的存在問題，一定程度上造成了橋梁工程的事故多發(fā)、橋梁結構使用性能不夠理想等不良后果；也有悖于國際橋梁工程界對橋梁結構安全性、適用性日益重視的趨勢。因此，科研人員和工程技術人員需要研究和解決橋梁結構設計的這些現(xiàn)存問題。

2 簡支梁橋結構優(yōu)化設計

簡支梁橋體系的溫度變化、混凝土收縮徐變、張拉預應力等均不會在梁中產生附加內力。簡支梁是靜定結構，結構內力不受地基變形的影響，因此對基礎要求較低，從而適用于地基較差的橋址[1,2]。簡支梁橋受力明確、構造簡單、施工方便，是中小跨徑橋梁中應用最廣的橋型[1,2]。

（1）截面優(yōu)化設計，采用箱型截面方案。橋梁結構設計主要內容是橫截面布置形式確定，首先是確定主梁的橫截面形式，其次是確定主梁的間距，明確各部分的尺寸[6]。箱型截面作為閉合薄壁截面，具有較強的抗扭剛度。箱型截面較大的底板和頂板可以更好地抵抗彎矩，對于抵抗正、負彎矩都非常有效，也可以滿足配筋要求。箱形截面有單箱單室、雙箱單室、單箱雙室、雙箱多室等形式。單箱雙室截面受力狀態(tài)更明確，滿足經(jīng)濟型要求，施工方便[6]。較大跨徑的簡支梁橋可以優(yōu)先選用這種截面形式。

（2）更加重視簡支橋梁結構的耐久性問題。將簡支橋梁結構耐久性的研究向定量分析發(fā)展，并將其作為重要的設計原則。

（3）積極學習和借鑒國外橋梁結構設計的經(jīng)驗和成果。簡支橋梁結構在使用過程中，表現(xiàn)出來的性能，分析使橋梁性能影響因素和其發(fā)生的機理、規(guī)律，尋求新的簡支橋梁結構設計理念和方法。

（4）因地制宜、實事求是地開展簡支橋梁結構的設計。以保證橋梁的安全使用、并可以盡可能地減少維修費用。

（5）增強和改善簡支橋梁的抗震設計。四川省汶川特大地震中發(fā)現(xiàn)，百花大橋的案例表明，簡支橋梁的抗震性能存在一定局限性。要通過結構設計，必要時采取工程措施，解決簡支橋梁的抗震性能給其應用帶來的瓶頸問題。

3 結論

經(jīng)過研究，本文得出如下研究結論：

(1)現(xiàn)在我國簡支梁橋結構設計，存在橋梁結構耐久性考慮少、不重視橋梁結構的使用極限狀態(tài)、對橋梁結構的維修、養(yǎng)護不夠重視、橋梁設計理論和結構構造體系不夠完善等方面問題。

(2)通過優(yōu)化簡支梁橋截面形式、更加重視橋梁結構的耐久性問題、積極學習和借鑒國外的經(jīng)驗和成果、因地制宜地開展橋梁結構設計、增強和改善簡支橋梁的抗震設計等措施，可以優(yōu)化簡支梁橋結構設計。

(3)本文研究內容有助于解決簡支梁橋結構設計現(xiàn)存問題。