桥梁设计中的问题与优化方法

【摘要】：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。

【关键词】桥梁设计；问题 ；优化方法

一.桥梁设计中存在的问题

1. 对设计规范认识不足

设计人员对规范的依赖性太强，定规范为唯一的标准，不考虑道路交通发展和小概率事件的发生，没有充分考虑规范以外的提高耐久性的构造及手段。设计人员在设计中是要以规范为依据，但规范给出的仅是一个基本的要求，更多的细节问题都需要设计人员自己去考虑。1.2 设计中具体细节注意不够

虽然设计的细节是繁琐的，但重要的部分设计，需要设计人员不断学习和积累经验。设计人员应结合桥梁所在地区的材料实际供应情况进行结构设计。

1.3设计人员素质不强，理论基础不扎实

参与桥梁设计的工作人员不但要完善工程力学知识体系，必须有良好的设计水平，对做好工程设计的全部过程及相关细节考虑周全，才能确保设计成果的安全性与可靠性。而实际上，设计人员往往做不到全面的考虑。除了设计不能满足工程规范外，一些设计人员无法正确认识结构本身的特点，设计经验不足而无法对于结构可能面临的使用环境、外在腐蚀、风雪冰冻、地震泥石流、过往车量载重情况以及工程用料本身的老化等因素所造成的影响做出预测。

1.4基础设计中常见问题分析

常见问题是：桥梁基本地质钻探数据缺乏或不满足设计要求，往往发生在中、小型桥梁设计中。桥梁基础的设计是非常重要的。地质钻探资料是桥梁地基基础设计的重要依据之一，桥址处应进行工程地质勘察，提供的勘察资料应正确反映地形、地貌、地层结构、影响桥梁稳定的不良地质、岩土的物理力学性质及地下水埋藏等详细情况。桥梁每个墩、台至少应有一个地质钻孔，钻孔深度应在桩尖持力层以下3～5m。没有工程地质勘测资料的基础设计，既不能保证桥梁上部构造的安全和正常使用，又不能付诸施工，达不到施工图设计深度的要求。为了避免这一问题的发生，设计人员应该对相关规范有所了解，并及时与建设方、勘察单位沟通，得到满足设计要求的地质勘探资料，使桥梁设计满足承载能力的需要，达到稳定、安全、经济，合理的目的。

1.5 桥梁配筋设计不合理

常见问题是：桥墩普通钢筋混凝土帽梁设计中，帽梁的主拉应力钢筋（斜筋）的起弯点布置不合理，斜筋间距偏大；桥墩钢筋布置中，梁支座下的牛腿构造仅配置了主拉应力斜筋，但斜筋未与水平向或竖直钢筋焊接，形成了“浮筋”；预应力混凝上空心板的悬臂翼缘板长度为1.5m，悬臂翼板的顶层仅配置了横桥向的主要受力钢筋，未配置顺桥向的纵向分布钢筋，构造不够合理；连续梁中间支承附近的腹板内未设纵向加强钢筋。

1.6桥梁设计环节对于桥梁载重能力设计不足

桥梁设计过程中，桥梁载重能力有两种极限状态：承载能力与正常使用。前者有两层涵义，既包括超出桥梁的承载极限之后，结构的整体或者某个部位的稳定性就会受到破坏，又指在重复荷载的情况下，桥梁混凝土构件超出疲劳极限而丧失其稳定性。当前，有些相关规范指出在桥梁的设计工作中对重复荷载产生的破坏可以不予考虑，这一点对于桥梁主梁的设计非常有效，但是桥梁的其它部位如果对此也直接忽视的话，对于桥梁的安全性、耐久性而言将产生非常不利的影响。

二.相关问题

2.1重视桥梁工程设计人员专业素质的提高

设计人员的重要性无需赘述，但桥梁工程整体设计工程又非常复杂，对于设计人员专业素质要求也相应比较严格。桥梁设计人员除了要有相关力学理论以及设计素质之外，对于工程可能面临的到各种影响也应当考虑到。

2.2在设计中从多方面考虑提升桥梁混凝土结构的耐久性

桥梁施工以及后期使用期间，不可避免会受到外界自然环境的侵蚀，更要承受车辆荷载长期考验，再加上建筑材料本身性能的不断下降，桥梁结构的某些部位就会出现损伤。要避免这类问题，就须从设计阶段进行着手以提升桥梁结构的耐久性，具体可以从以下方面改进：增加混凝土构件保护层的设计厚度，延长其使用年限；科学设计所需建材标准，比如高性能环氧沥青能够增强混凝土结构的密实度、耐磨性以及其结构刚度，再如高屈服的带环氧涂层的钢材韧性、耐腐蚀性都比较强；重视结构的防水设计，桥梁应当设置有抗剪拉、防渗透的防水层面，如桥面铺装层上面，如伸缩缝部位的排水构造等等。

2.3在设计时应充分考虑到桥梁使用中的荷载能力

车辆过桥时导致桥梁超载的具体情况并不完全一样，有些是由于桥梁本身使用年限过长，已经处于超龄负载使用期，有些是由于桥梁运营过程中的车流量走出了设计时的承受量；还有可能是车辆所运货物超出其自身的荷载量。在国内桥梁运输中，前者较少，后两种相对更多。超载现象会造成桥梁的疲劳损伤，更严重会导致桥梁结构的损毁。再加上因此而导致的各种结构内部损伤无法修复，会导致即便在正常荷载范围内桥梁运行也无法处于良好状态，进而造成桥梁安全与耐久性下降。基于此，相关工作人员在桥梁的设计阶段就应当充分考虑到这方面的问题，并做出相应的预防性设计。

2.4加强完善桥梁配筋设计

梁的主拉应力区配置斜筋起弯点的规定，主要目的是保证斜截面弯度不小于正截面的弯度效应，所以应严格按规范的规定执行靠近支点的第一排弯起钢筋顶部的弯折点，简支梁或连续梁边支点心位于支座中心截面处，悬臂梁或连续梁中间支点应位于横隔板靠跨径一侧边缘处，以后各排弯起筋的梁顶部弯折点，应落在前一排弯起钢筋的梁底部弯折点处或弯折点以内；主拉应力钢筋中“浮筋”是禁用的钢筋形式，由于其两端未与主筋相焊接，不能形成有效的握裹力及锚同构造，所以也不能形成主抗拉应力的效应，因此弯起钢筋不得采用浮筋；分布钢筋的作用，是将荷载分配传递给受力钢筋，分担混凝土收缩和温度变化引起的拉应力，固定受力钢筋的位置，故应按规范规定设置分布钢筋；板内应设垂直于主钢筋的分布钢筋，分布钢筋直径不小于8mm，其间距应不大于200mm，截面面积不宜小于板的截面面积的0.1%，在主钢筋的弯折处，应布置分布钢筋。连续梁中问支承点附近受力较为复杂，支座边缘常有局部拉应力产生，在腹板和底板中设置间距较密的纵向短钢筋，有利于防止箱梁局部裂缝的展开，在支点附近剪力较大区段和预应力混凝上梁锚固区段，腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增加，纵向钢筋间距宜为100～150mm。

三.总结

在桥梁工程设计中，桥梁的安全隐患是十分关键的。因此，桥梁中的隐患已成为急需要解决的问题，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。

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