关于桥梁结构设计工作的分析

摘要：随着社会的不断发展，交通行业也日益繁华。桥梁是交通中的一项重要组成部分，它在交通的发展中起着至关重要的地位。本文根据自身工作经验，结合实际情况，就公路桥梁设计中的相关要点进行分析探讨，发表在工作中所积累的若干看法。

关键词：桥梁；结构；设计；探讨

前言

目前国内对于桥梁结构的设计多考虑的是桥梁的强度因素而忽略了对于桥梁耐久性的考虑，在桥梁的建设中过分的重视桥梁结构的建造而不是结构的维护，这样一来导致桥梁在日常的使用中尽管能满足强度上的需求，但是在持久性使用上却存在着较大的缺陷，这也正是目前桥梁事故发生日益频繁的原因之一。在具体的桥梁结构设计中应当同时考虑其使用极限以及承载能力两个方面的因素，确保其在满足使用极限的同时对于环境的耐久能力也能够满足指标，前者是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力、设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值，必须小于或等于结构抗力的设计值。利用荷载安全系数、材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的安全储备，是一个半概率的极限状态设计法。可以认为是对安全性要求的保证。

1、桥梁设计现状

总体来讲我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。

许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。

2、桥梁设计的注意事项

(1)在对于桥梁结构进行设计时，要加强对于其结构耐久性的重视，尽管对于桥梁结构耐久性问题的天早就有人提出，但是在实际设计中的应用一直不是很顺利。大多数的研究都还是停留在理论层面上，并没能够运用到实际的设计中。且大多数的研究精力都集中在了从材料的角度对桥梁耐久度进行加强而忽视了对于桥梁整体结构与细节处的关注，更不用说在桥梁结构以及设计上的研讨了。国内外的研究和实践都表明，桥梁的整体构造对于桥梁的耐久性有着极大的影响，而结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。

(2)对于桥梁在长期的使用过程中所带来的磨损以及疲劳损伤加以重视。由于桥梁结构的特殊，再加上其所使用的材料并非均匀材料，在长期的桥梁使用中难免会导致桥梁结构发生磨损、变形。再加上桥梁所受荷载均为动荷载，对于桥梁结构带来的损伤更大，长此以往，必然会引发桥梁结构中一些存在的微小瑕疵发生变形、开裂。对于这些变形开裂如果不进行及时的处理很有可能会使得整个桥梁发生变形乃至塌陷，从而带来很大的灾难。

(3)对于桥梁的超载问题一定要重视，目前由于交通事业的快速发展，桥面每天都会进过许多的车辆，而车辆的频繁经过必然会对路面造成不小的负担。对于桥梁的超载，会对桥梁的结构造成破坏，使得桥梁的内部结构发生损伤，而对于结构内部的损伤是无法修复无法复原的，长久以往便会使得桥梁发生变形、损伤，进而使得桥梁发生损毁。因此需要对超载带来的后果进行研究、分析。

3、桥梁设计中存在的隐患

3.1　桥梁总跨径的确定

对于桥梁总跨度的决定要经过细致的分析讨论，首先要考虑的一点便是桥梁周边的土质以及水文状况。根据两岸的土质基础来确定桥梁的基础埋设的深度进而决定桥梁的总长度，同时也要对河床的冲刷深度的进行充分考虑。对于桥梁长度不同引起的水流的流量的不同进而对桥梁的冲击量的不同要充分考虑。

3.2　桥梁的分孔

对于桥梁的分孔应当进行慎重的考虑，因为桥梁洞孔的多少时与桥梁的造价以及建筑难度以及使用寿命直接相关的。在建筑之前首先要确保桥梁的使用寿命，而后在此基础上对于桥梁的洞孔数进行考虑。要考虑同时考虑建筑的难易程度以及造价的影响，尽量在确保将造价降到较低，同时不要选择难度太高的施工方案。

3.3　桥梁标高确定

在确定桥梁的标高之前要先对道路的路面所预留的桥梁桥道进行确定，在确定了桥道的基础上再综合考虑桥梁的桥形以及孔洞的跨度、桥梁的长度等因素。而后再对于桥梁建设区域在洪水期间洪水的高度等因素进行综合性的考虑，最后将桥梁的标高定下来，一般的桥梁标高应当高于水面50cm。

3.4　桥梁横断面确定

桥梁横断面的设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横断面布置，桥面宽度决定了行车和行人的交通需要，该桥净宽按净＝9+2×0.75(人行道)+2×0.25(安全带)。

3.5　平面布置

桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过，从桥本身经济性和施工方案来说，应尽可能避免桥梁与河流成桥下路线斜交，故该桥应采用正交。

4、桥梁结构设计

桥梁的结构设计按主要承重结构体系分有梁式桥、拱桥、悬索桥、刚架桥、斜张桥和组合体系桥等，前三种是桥梁的基本体系。

按桥梁上部结构的建筑材料分有木桥、石桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥(有时三者统称混凝土桥)、钢桥和结合梁桥等。木桥易腐蚀多用于临时性桥梁。石料和混凝土抗压强度高而抗拉强度低，主要用于拱桥。钢筋混凝土桥为耐压的混凝土和抗拉、抗压性能均好的钢筋结合而成的桥，主要用于跨度不大的梁式桥和拱桥。预应力混凝土桥是采用高强度钢筋(丝)和高标号混凝土建成，可达到比钢筋混凝土大得多的跨度，可采用的结构体系也比钢筋混凝土桥广泛得多。钢桥用结构钢制造，现常用于实腹梁桥及大跨度的桁架梁桥、拱桥、斜张桥和悬索桥。其主要优点是施工速度较快，跨越能力大；缺点是用钢量较多，维修费大。结合梁桥也称组合梁桥，是由两种不同建筑材料结合而成的桥，通常指用钢梁和钢筋混凝土桥面板结合而成的桥，可以节省钢材。此外，还有用轻质混凝土、铝合金、玻璃钢等建筑材料建造的桥梁。

按用途分有公路桥、铁路桥、公铁两用桥、城市桥。公路桥的活载一般小于铁路桥，但活载的作用点(车轮)在桥的横向是变化的，桥面较宽，桥梁的容许挠度也大。铁路桥活载沿轨道运行，在桥上横向位置不变，桥面系易于布置，但桥面通常较窄，在大跨度铁路桥的设计中，由于横向稳定、刚度和风振等原因而需加宽桥梁；其活载大，容许挠度小，因此在选择结构体系上不如公路桥有较多的自由。在同一桥位上供公路和铁路使用的桥梁称公铁两用桥。公路、铁路一般分别布置在上、下两个平面上；也可布置在同一平面上，将公路设置在铁路两侧，但运营性能较差。城市桥的构造接近公路桥，但车行道和人行道较宽，桥梁高度要低，以减少桥头引道长度和填土数量；在通行混合交通时，桥梁纵坡不宜大于2％；设计中应考虑公用事业管线(电信、照明、自来水、暖气和雨水管等)的过桥设置，不得妨碍桥梁的维修和养护，但高压输电线路、煤气管、输油管与污水管等不允许在桥上敷设。城市桥应视为重要的艺术建筑之一，应注意桥梁本身的造型要和周围的景观协调，对桥头堡、栏杆、灯柱的艺术要求也高。城市桥上游人乐于驻足，以选用不影响眺览风景的上承式桥梁为最好。此外，尚有人行桥、飞机场桥、运河桥、给水桥(渡桥)和供油、供气、供煤粉的管道桥等。

按跨越障碍分有跨河桥、跨谷桥、跨线桥和高架线路桥等。跨河桥的长度和高度，应满足泄洪和通航的要求，在主河槽部分的桥梁称为正桥，跨度较大；其余部分称为引桥，其跨度一般由经济条件确定，宜优先选用标准设计(见桥梁标准设计)。跨谷桥的长度和高度由地形决定。跨线桥为线路(公路、铁路等)立体交叉时，一条线路跨越另一条线路的桥梁，也称立交桥；如在地下穿过既有线路的称为地道桥。高架线路桥是修建于地面或道路上空，供车辆行驶的旱桥，是一种用桥梁结构代替路堤的高架线路，可以避免线路平面交叉，提高交通运输能力。按桥面位置分有上承式桥、中承式桥、下承式桥和双层桥。将桥面布置在主要承重结构之上的称为上承式桥，在主要承重结构下缘附近的称为下承式桥；介于上、下缘之间的称为中承式桥；上下缘均设桥面的称为双层桥。上承式桥具有构造简单、容易养护、制造架设方便，节省墩台圬工数量以及视野开阔等优点，在桥梁设计中常优先选用。中、下承式桥都具有桥梁建筑高度小的优点，视设计要求而用。双层桥多用于公铁两用桥。

5、结束语

因此，我们在桥梁工程设计中，桥梁存在的隐患是十分关键的，必须根据具体的桥梁做具体的工程设计，还应该注意桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。然而，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷却往往被人们忽视。所以，桥梁存在的隐患己成为迫切需要解决的问题，要积极借鉴成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好防患设计。只有这样才能解决桥梁存在的隐患，保证桥的持久和耐用性。