公路橋梁設計中的安全性及橋梁耐久性研究

丁順常

（廣西聯柏建筑設計有限公司，廣西 南寧 530000）

現階段，各地區積極完善公路路網，開展大規模建設。橋梁作為路網的重要連接點，起到提高通行效率的積極作用。穿山過海建設橋梁，目的是為人們提供優質的出行服務，帶動區域經濟發展。若想實現橋梁的價值，做好橋梁性能的把控為關鍵。深入分析此課題，提出優化橋梁設計的方法，供相關工程參考借鑒，具有現實意義。

1 案例概述

以廣西某大橋項目為例，屬于特大型橋梁。按照設計方案主橋跨徑部分按照40m+170m+450m+170m+40m 進行布置，橋梁全長為870m，設計為雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋。橋梁主跨設計為450m。橋梁技術指標整理如表1 所示。現結合此橋梁設計，展開具體的分析。

表1 橋梁的技術指標

2 公路橋梁設計方案內容分析

2.1 大橋結構特點

從橋梁設計角度分析，要圍繞通航、防撞與結構受力等多個方面做好分析，此橋梁按照兩邊對稱210m 邊跨+主跨450m 的方案布置，主橋邊中跨比為0.47。設計方案中對于主梁的設計，選擇的是扁平半封閉分離式鋼箱組合梁，梁的寬度設計為33.5m，寬跨比設計為1/13.4；梁的高度為3.5m，高跨比為1/128.6；索塔選擇的是鋼筋混凝土鉆石形橋塔，塔高度為147.3m；橋面之上的塔高大約為113m，塔梁高跨比設計為1/3.98。對于斜拉索，經過分析后選擇鋼絞線斜拉索，按照扇形布置。此橋梁結構充分利用建設位置的運輸條件，使用的橋梁構件采用工廠化預制以及現場安裝。預制的組合梁，運輸到施工現場，借助橋面吊機起吊。采取此施工方案，有效提高作業質量。然而主梁起吊重量很大，作業期間整體受力和主梁局部結構受力很大，對橋梁設計有著較高的要求。設計方案除主梁結構造形外，整體受力的設計，運用輔助墩與交界墩集位置集中壓重的作用，增強衡梁區域的整體剛度，促使結構受力得到優化。

2.2 結構體系設計方案

橋梁設計方案中主橋為半漂浮體系，選擇索塔位置布置豎向支座、橫向抗風支座以及縱向粘滯限位阻尼約束裝置。對輔助墩為保障應用性能，設置豎向支座以及橫向抗風支座；對于過渡墩位置，設置橫向金屬阻尼器以及豎向滑動支座的抗震體系，達到增強安全性的效果，借助滑動支座實現對豎向荷載的承受，聯合應用鋼阻尼器適應斜拉橋的變形，達到控制墩量之間橫向對象位移的目的，確保發生強震情況時橋梁下部結構不被損傷[1]。

2.3 主梁設計

一般來說，基于保障安全與質量同時實現的目的，對設計的組合梁，選擇分別預制鋼梁與橋面板的方案，之后再分別安裝，完成后遵循技術標準具體操作，即設計的濕接縫方案，完整組合梁的部分工程施工，以此達到建造的目標，采取此應對措施，達到有效處理收縮徐變應力的目的，保障混凝土的質量達標。本橋梁設計方案中主梁選擇的是扁平半封閉分離式方案，制作鋼箱組合梁，此類型的橋梁具有鋼板厚度小的特點，作業的難度較低，增強截面抗扭和抗彎剛度，因此抗風性能以及整體的受力性能更強，促使橋梁安全性得到保障。對使用的組合梁，采取預制的方法制作，既提高了作業的效率，還保障了橋梁的質量。除此之外，將輔助墩與過渡墩治制作橫隔板整個寬度范圍內底板進行封閉處理，形成鋼箱截面，向著內部填充混凝土。基于保證填芯混凝土能夠與鋼板緊密貼合的目的，通過參與橋梁結構傳力實現價值，選擇適宜的位置布置鋼筋材料以及剪力鍵，形成組合整體后，有效解決實際問題，例如壓重等，有效提高橫梁區整體剛度，增強整體的受力性。

2.4 索塔設計

按照橋梁設計方案，對于索塔部分，設計為鏤空結構，最終形成的是鉆石型物體，承臺之上的塔高度為149.3m。站在把控整體質量的目的分析，上塔柱朝向內部加以靠攏，將建造高度控制在設計范圍內，即121m，選擇塔頂位置進行橫梁的布置。對于下塔柱部分，按照施工的順序流程方案作業，整體是一個斜直線的表現，從縱向與橫向進行設計，對下塔柱的高度，把控在設計的要求內，本工程為26m。基于增強索塔穩定性的目的，選擇距離橫梁大約66m 位置布置1 道中橫梁。對于上下塔柱，設計為鋼筋混凝土構件，設計為矩形空心截面。設計的斜拉索錨點，采用的是鋼錨梁+鋼牛腿的方案，固定到上塔柱內部。具體來說，相對應斜拉索面內的水平力，整體由鋼錨梁負責承擔，部分不平衡水平分力則由梁端底座進行傳遞，傳松給預埋鋼板，由塔壁承受。對于斜拉索的豎向分力，由牛腿進行傳力，傳到塔身后，最后由索塔承受。

2.5 斜拉索的設計

按照斜拉索設計方案分析，選擇按照空間雙索面扇形進行布置，主塔的兩側位置分別設置20 對索，整個橋梁總計80 對索。構建的斜拉索所提，使用無粘結高強度鍍鋅鋼絞線組成，抗拉強度達到1860MPa。索體的外層使用HDPE 索套管；對于錨固區設置的鋼絞線要求保證沒有粘結的情況，確保整體的效果[2]。

2.6 性能分析

靜力分析。使用三維有限元軟件，對橋梁結構進行分析。主梁和索塔部分通過梁單元模擬分析；斜拉索部分通過空間索單元模擬分析。根據分析的結果顯示，處于承載能力極限狀態下的組合方案，組合梁鋼梁的最大應力值結果為234.3MPa，未超過270MPa，可達到規范標準與要求。設計的組合梁橋面板，按照要求處于作用效應頻遇值組合狀態下，必須要達到要求，不應該產生拉應力，同時正截面抗裂達到全預應力構件的受力要求。對于輔助墩周圍梁段橋面板，要求在作用效應頻遇值組合情況下，正截面最大拉應力值必須要達到要求，結果不小于1.918MPa，模擬分析結果為0.5MPa，可達到要求。通過作用效應準永久組合條件下的分析，橋梁面板的正截面可以達到A 類構件標準。在運營條件下進行分析，斜拉索的最小安全系數結果為2.6，施工環節的最小安全系數結果為2.7，意味著安全性可以達到要求。在汽車活載條件下分析，斜拉索的最大應力幅結果為100.6MPa，其未超過200MPa，可達到技術標準。

動力和耐久性分析。根據有限元分析結果顯示，E1 地震條件下，主塔和橋墩可以保持彈性工作狀態，可以達到設防目標控制要求；橫向抗風支座的承載性能可以達到要求；主橋兩端伸縮縫位移量可以達到要求。在E2 地震條件下分析，主塔可以達到彈性狀態，同時抗彎強度能力需求比超過1.78，可以達到設防目標控制要求。

3 公路橋梁設計的安全性和耐久性把握策略

3.1 做好設計前的勘察與設計分析

基于保障公路橋梁安全性與耐久性的目的，要注重設計前的勘察作業與設計分析，切實保障橋梁的性能達標。這需要注重前期的勘察與分析，掌握完整的數據信息，為設計的開展提供依據與支持，切實保障設計的合理性[3]。根據以往的橋梁設計實踐與橋梁運行常見問題，做好綜合分析，提出提升橋梁安全性和耐久性的方法，提高橋梁建造的質量。

3.2 聯合運用設計方法

公路橋梁設計實踐中聯合運用各類設計方法，可獲得不錯的成效。首先，要科學選擇橋梁材料。一般來說，鋼筋與混凝土材料的質量影響力較大，關系著橋梁的安全性和耐久性，因此要做好建設的有力把控。其次，要選擇適宜的結構方案[4]。橋梁結構方案的設計是否合理，影響著橋梁的耐久性。基于此，要做好綜合對比分析，選擇最佳的方案，指導橋梁建造的開展。最后，要高度重視運行管理。日常運行中的超載問題，給橋梁的安全性與耐久性造成的影響較大，要做好嚴格的把控。實踐中要認真落實管理工作，保障橋梁安全穩定運行，實現橋梁的價值與作用[5]。

4 結語

綜上所述，公路橋梁設計的安全性和耐久性把控，要做好全面嚴格的把控。本文結合實例，圍繞結構設計與性能分析，做簡單的論述，提出做好設計前的勘察與設計分析、聯合運用設計方法等建議，通過優化設計，提升橋梁的性能。