文/丁強、彭侃

1 前言

在中小跨徑橋梁結構設計環(huán)節(jié)，對橋梁結構的穩(wěn)定性與安全性要求非常高。在具體設計時，相關人員需要按照橋梁工程的選址情況設計出技術先進、合理的方案，以保證后期情況建設的質量與經(jīng)濟性達到預期要求。

2 總體設計原則

在目前的大型或者特大的橋梁項目中，橋位應該達到運營的路線要求，并且將其作為主要控制點進行綜合考慮分析。從專業(yè)性出發(fā)，制定切實可行實施方案，同時進行優(yōu)化與整改處理。

跨徑尺寸確定時，需要保證高跨比達到協(xié)調(diào)性的要求，符合美觀性、經(jīng)濟性的標準，實現(xiàn)工程和環(huán)境的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。

結構形式應該達到統(tǒng)一性的要求，并且盡量采取工廠化、標準化、裝配化的特點要求，盡量降低工程造價，縮短項目周期，提升經(jīng)濟效益。

根據(jù)地勢與地質條件的標準，選擇合適的橋跨位置，避免因為跨徑設置不合理而導致墩臺要進行大量開挖施工，進而有效預防嚴重地質災害影響的出現(xiàn)[1]。

盡量避免設置斜橋，特別是角度超過45°的斜橋，另外可以選擇使用錯孔、增大跨徑等方法進行。但是在河流與橋梁斜交的情況下，為了防止發(fā)生阻水，外面需要通過斜橋斜做的方法。

3 橋梁結構設計問題現(xiàn)狀

3.1 結構的耐久性問題

我國的橋梁設計人員總結經(jīng)驗教訓，考慮到工程的實際情況，使得結構設計得以優(yōu)化。但是有些研究會更加注重材料與統(tǒng)計方面的分析，并沒有在結構設計中考慮到耐久性方面的效果。在工程的實踐中，因為環(huán)境因素干擾影響，耐久性成為橋梁設計中重要的考慮到因素；同時，其也是需要達到性能的核心要素，但在具體施工時往往因為施工操作不當容易導致耐久性不達標。

比如，受力計算分析就有著嚴重的缺陷，特別是一些特殊位置的受力分析計算，其效果很差，并不能達到橋梁的使用需要。導致該問題的原因就是設計人員經(jīng)驗不足，僅僅從理論角度出發(fā)進行設計，沒有綜合分析工程的具體情況，進而造成設計圖紙有明顯的不足，橋梁工程的質量、耐久性等方面無法滿足標準要求[2]。

3.2 橋承載能力設計方面的問題

鋼筋混凝土與預應力混凝土橋梁的承載性能設計尤為重要，根據(jù)當前我國的公路橋梁設計標準要求，相關人員需要考慮到極限條件以及正常工作狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)是即將發(fā)生損壞的狀態(tài)，以計算鋼筋砼的理論參數(shù)為基礎進行，構件不被損壞的最大承受能力，這是極為重要的橋梁性能技術參數(shù)。

橋梁結構在達到正常極限運行的條件下，一般在計算中會選擇使用彈性理論或者碳素理論進行。在結構應力計算階段，要從裂縫、變形方面的數(shù)據(jù)分析出發(fā)進行，保證結構或者應力不會超出使用的極限，且正常運行不被損壞，因此相關人員要從耐久性、工作狀態(tài)方面出發(fā)進行施工。

通常情況下在橋梁設計中，設計人員會更加關注承載力極限狀態(tài)的設計，結構抗力并未從實際情況考核控制，也沒有重點關注極限狀態(tài)指標參數(shù)。在結構使用的周期范圍內(nèi)，最為關鍵的是考慮使用的性能，這是提高結構安全性的關鍵所在[3]。

3.3 橋梁結構的抗震性能

橋梁工程項目處于地震區(qū)，如果發(fā)生地震災害，會給橋梁結構產(chǎn)生嚴重的損壞影響，且橋梁設計中已經(jīng)詳細分析了動載荷所產(chǎn)生的作用，所以在達到動載荷標準下，橋梁還應該滿足抗震性的要求，并實現(xiàn)兩者的統(tǒng)一。

橋梁結構的抗震性是重要的指標，其要求也非常高，因此施工必須要滿足橋梁的質量標準，且各個細節(jié)部分都不能存在安全隱患。比如在施工工藝改進的過程中，應該保證基礎結構和內(nèi)部材料組合能夠成為整體結構；橋梁支座錨固處理，墩臺與基礎部分的連接強度性能夠合格；根據(jù)需要增加配筋的數(shù)量，提升結構延性；如果橋梁結構處于基礎性能較差的土層條件中，可以根據(jù)需要做好替換處理或者加強土體結構強度；對于橋梁結構的抗震性能不足的情況，應該進行必要的結構整改處理。橋梁結構設計必須要將抗震性作為重要的指標，不能僅滿足動載荷的要求，還要保證地震發(fā)生后不會產(chǎn)生嚴重損壞。

4 中小跨徑橋梁結構設計問題的解決對策

對于中小跨徑橋梁結構設計而言，考慮橋梁結構的耐久性與承載力以及抗震性是非常關鍵的設計指標內(nèi)容，以下是本文對這方面的設計措施進行的分析。

4.1 橋梁耐久性設計要點

在混凝土結構橋梁設計過程中需要嚴格執(zhí)行耐久性設計標準，全面考慮混凝土結構的使用壽命，并結合具體的結構體系、防護方法確定設計方案，以此最終符合使用壽命的要求，滿足橋梁的運行實際需要[4]。

充分了解鋼筋混凝土應用中使用壽命的影響因素，主要從溫度、應力、裂縫方面出發(fā)，準確判斷其使用壽命的長度，然后了解耐久性參數(shù)，確定符合使用要求的應對措施。適當增大混凝土保護層厚度尺寸，保證鋼筋混凝土的壽命滿足要求，是最為直接且經(jīng)濟效果最好的方式。但是保護層厚度也不能毫無限制的增加，在比較厚的情況下，因為混凝土材料有脆性、收縮性，極易導致保護層發(fā)生裂縫損壞，另外還會使其失去保護效果。

根據(jù)研究結論分析可以發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，存在裂縫的鋼筋混凝土結構部件，發(fā)生主筋腐蝕的速度為沒有裂縫部件的3 倍左右，而箍筋腐蝕速度會達到主筋結構的5 倍左右，因此，相關人員需要嚴格控制裂縫的問題，選擇合適的防滲結構形式，進而使得滲水能夠及時排除，保證橋梁的耐久性滿足要求。

4.2 橋承載能力設計方面的問題

在橋梁的設計荷載確定過程中，最為重要的是要考慮到可變活載問題，即汽車荷載。汽車荷載分為公路Ⅰ級及公路Ⅱ級，車道荷載主要體現(xiàn)在均布荷載與集中荷載兩種。從實際情況分析，在橋梁的計算過程中可以分析計算車道荷載，另外局部加載、涵洞、橋臺以及擋土墻的壓力也可以通過車輛荷載計算確定，但是兩者不能疊加計算[5]。

橋梁荷載設計中，結合不同橋梁項目的極限狀態(tài)、正常運行情況可以實現(xiàn)作用效應組合，然后選擇最利于效應組合的方式開展設計。具體的情況如下：

4.2.1 持久狀況

這是橋涵運行中因為受到自重、汽車荷載的同時影響，根據(jù)實際的使用功能進行設計，就是在承載能力極限條件、正常狀態(tài)下進行設計。

4.2.2 暫時狀況

這是橋涵在運行中因為臨時性的反應而產(chǎn)生的狀態(tài)，要保證承載性能極限運行狀態(tài)設計，如有必要，可以通過正常應用條件開展設計。

4.2.3 偶然狀況

偶然狀況為結構設計過程中橋涵可能發(fā)生地震災害引起的病害問題，在具體設計的環(huán)節(jié)中要保證其達到承載能力極限的運行條件，并保證其應用性能與適用效果達到設定的目標要求。

4.3 橋梁結構的抗震設計

第一階段設計：小震一般是通過使用眾值烈度的方法進行，然后計算最終的技術參數(shù)，且符合彈性運行狀態(tài)中的地震使用條件。即使有小震作用也不會產(chǎn)生嚴重的損壞問題，同時還要實施結構強度與穩(wěn)定性計算分析，達到設防烈度和結構強度、變形性的要求，真正地實現(xiàn)小震不壞。

第二階段設計：中震可以根據(jù)需要使用第二水準烈度振動系數(shù)，分析剛度退化參數(shù)，計算截面開裂、屈服和強度破壞的荷載位移變化關系，然后對比地震荷載效應，達到安全性的要求，符合第二級設防的標準，真正地實現(xiàn)中震可修。

第三階段設計：大震發(fā)生之后可以通過第三水準地震參數(shù)進行地震效應計算分析；與截面破壞荷載對比，達到安全性的要求，同時還應該考慮倒塌機制，確保穩(wěn)定性合格，真正地實現(xiàn)大震不倒的目標。

以上三個階段設計原則明確規(guī)定了三級地震水平下所產(chǎn)生的反應，即在發(fā)生地震反應后，橋梁彈性反應范圍結構并未損壞，而在設防烈度的地震影響下，結構會發(fā)生塑性變形，但是最大變形值不會超出容許變形；大地震發(fā)生之后，結構會出現(xiàn)比較大的彈塑變形，最大變形為結構變形容許值，但是沒有超出該值，并最終實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的標準。

5 結語

總體而言，在公路橋梁總數(shù)中中小跨徑橋梁占據(jù)比例較大，在設計時對中小跨徑橋梁結構要點分析對提升橋梁工程的使用功能有很大幫助。在具體設計周期內(nèi)容時，有關設計人員需根據(jù)工程的特點，全面把握中小跨徑設計原則，保證橋梁結構的安全性、經(jīng)濟性、穩(wěn)定性等指標達到總體設計目標要求，以便于后期工程項目的開展。