袁永相

江西省交通設計研究院有限責任公司 江西 南昌 330022

隨著我國經濟快速發(fā)展和人們生活水平不斷提高，對交通出行的要求也越來越高，使我國交通建設面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。市政橋梁作為交通體系中重要的組成部分，已然受到社會各界廣泛關注。市政道路橋梁項目是一項實施周期長、投資量大、綜合性強、過程復雜、工程龐大的建設項目，其質量的好壞直接關系著人們的出行安全[1]。市政橋梁設計是項目實施過程中重要環(huán)節(jié)，而結構設計是市政橋梁設計中關鍵環(huán)節(jié)，結構設計好壞直接關系到市政橋梁的安全性，因此，做好市政橋梁結構設計顯得尤為重要[2]。市政橋梁結構設計中存在許多亟待解決的問題。本文在以往研究基礎上，結合市政橋梁結構設計實際情況，分析市政橋梁結構中存在的問題，并提出市政橋梁結構設計遵循的基本原則和設計優(yōu)化策略，為提高我國市政橋梁結構設計水平提供參考。

1 市政橋梁結構設計存在問題

1.1 我國市政橋梁結構設計現狀分析

目前我國市政橋梁結構設計水平不高，在設計過程中會遇到各式各樣的問題，主要體現在以下幾點：

（1）市政橋梁設計重點關注經濟效益，監(jiān)管不力。首先，在市政橋梁設計中，為了節(jié)約時間成本，壓縮了市政橋梁設計周期，在一定程度上還降低了市政橋梁設計質量，不僅導致了市政橋梁設計人員及單位缺少創(chuàng)新優(yōu)化設計的時間，還對其質量安全責任意識產生了不利的影響。其次，由于招投標制度還存在一定的缺陷，在市政橋梁項目招投標過程中并沒有完全實現公平公開公正原則[3]。此外，在評獎過程中，更多注意的是市政橋梁項目規(guī)模，很少關注設計水平，極大影響了市政橋梁設計人員工作的積極性。

（2）市政橋梁結構設計中忽視了內在結構關聯。在市政橋梁設計過程中，設計人員往往重點關注橋梁結構壓力強度，很少考慮橋梁結構體系、材料質量強度以及耐久度等等，也很少從項目設計、施工以及維護等全過程方面考慮市政橋梁結構設計問題[4]。這就導致了一些市政橋梁在使用了幾年后出現結構缺陷，給后續(xù)維修帶來了極大的困難，也造成了不小的經濟損失。

（3）市政橋梁設計理論和構造體系不完善。目前我國市政橋梁設計理論相對落后，更新速度還較慢，無法與工程項目中新材料、新技術、新工藝發(fā)展速度相匹配[5]。此外，市政橋梁結構設計首先考慮的是經濟合理性和結構的安全性，因此，在市政橋梁構造體系上創(chuàng)新還處于嘗試階段。

1.2 市政橋梁結構設計具體細節(jié)分析

從現狀分析可以看出我國市政橋梁設計水平相對落后，在實際操作過程中，市政橋梁結構設計在具體細節(jié)方面還存在許多問題，以下主要從構造設計、結構耐久性、結構疲勞損傷、結構超載以及結構抗震等方面展開分析，具體如下：

在市政橋梁結構構造設計方面，首先是伸縮縫設置問題，伸縮縫一般設計為普通橡膠支座，橡膠支座耐久性較弱，當長期受到汽車荷載時容易發(fā)生變形和損壞，降低了市政橋梁結構的耐久性和安全性[6]，如圖1所示。同時，在伸縮縫位置所埋設空心梁數量不夠，并且樁基主筋保護層與建筑規(guī)范不一致，這都會對市政橋梁結構構造設計產生不良的影響。此外，一般不會考慮汽車超載的情況，然而在現實中，汽車超載是一種普遍現象，并且橋面一般不會設計成一個整體的鋼筋網，這都進一步降低了市政橋梁結構的安全性和耐久性。

圖1 市政橋梁伸縮縫問題

在市政橋梁結構耐久性設計方面，市政橋梁設計人員側重于結構安全計算，容易忽視市政橋梁總體構造和細節(jié)處理。市政橋梁結構耐久度受到多種因素影響，例如市政橋梁在建造和使用時，主體結構長期暴露在外部環(huán)境中，容易受到空氣、水、有害化學物質的影響[7]，如圖2所示。同時，市政橋梁結構不僅承受自己重力荷載，還受到不同車輛、地震、水流沖擊等動荷載影響，這些因素都大大降低了市政橋梁結構的耐久性。此外，市政橋梁的拉鎖問題也是結構耐久性設計中需要考慮的重點。許多市政橋梁拉鎖未到使用期就需要進行更換，不僅影響市政橋梁的使用，還造成了不小的維護費用。

圖2 橋梁主體結構損傷

在市政橋梁結構疲勞損傷設計方面，車輛荷載、水流沖擊荷載和風荷載是市政橋梁造成結構疲勞損傷的重要因素。市政橋梁結構通常需要受到上述動荷載的影響，他們并不是一次性的，而是在市政橋梁內部形成一種循環(huán)變化的應力，這些應力對市政橋梁結構造成了持續(xù)震動。由于市政橋梁結構材料并不是均勻和連續(xù)的，受到這些持續(xù)震動影響，市政橋梁結構會產生嚴重的疲勞損傷，如不能及時發(fā)現仍其發(fā)展有可能造成嚴重的安全事故和災難性后果[8]。結構疲勞損傷被認為是市政橋梁設計中最重要的問題之一，也是被市政橋梁設計人員容易忽視的問題。

在市政橋梁結構超載設計方面，超載是市政橋梁結構疲勞損傷的主要原因。市政橋梁結構設計中，很少考慮超載問題。一般情況下，市政橋梁結構超載分為三種。其一是由于使用時間較長導致的結構老化造成的。在這種超齡負載情況直接影響市政橋梁結構使用時間。其二是車流量嚴重超標。在現實情況下，一些路段車流量大，并且持續(xù)時間長，嚴重超過設計流量。這種情況極大影響市政橋梁結構壽命。其三是車輛違規(guī)超載，超載車輛產生超大的動力荷載，嚴重影響市政橋梁結構使用時間。前兩種超載現象的產生其原因在于市政橋梁結構設計荷載與日益增加的交通需求量之間不匹配，后者則是因為汽車駕駛員的違規(guī)行為。市政橋梁結構超載極易造成結構疲勞問題，隨著疲勞程度的不斷增加和損失加劇，有可能造成嚴重的結構破壞事故。相比之下，后兩種結構超載情況較為普遍。

在市政橋梁結構抗震設計方面，震動影響是市政橋梁結構設計中需要注意的重點之一。在市政橋梁抗震設計中，不僅需要按所在地區(qū)抗震規(guī)范要求進行設計，還需要在結構設計方面盡可能加強結構的連續(xù)性和完整性，使其成為一個整體，從而加強市政橋梁結構的抗震能力。例如，提高墩臺和基礎結構上的整體性，加大結構部位的配筋數量，提高市政橋梁結構的延展性等等。對于一些不良地質情況的地區(qū)，一般根據實際情況設計必要的加固措施。對于梁式橋結構設計，在墩臺上方還需要設置縱橫交錯、聯結緊密的擋塊，防止落梁。此外，對于一些非常重要的市政橋梁工程，在設計時還需設計必要的減震裝置，例如橡膠墊款和消能支座等。

2 市政橋梁結構設計遵循原則

現階段市政橋梁結構設計應考慮實現橋梁模塊化、精細化以及結構化[9]。橋梁結構設計方法逐步完善和精準，使市政橋梁總體結構設計更加科學。橋梁結構設計需遵循以下原則。

（1）科學性原則。市政橋梁結構設計首先要遵循科學規(guī)律。在市政橋梁設計過程中，結構設計合理性是市政橋梁實施建造的重要保障，只有對市政橋梁結構設計進行科學、合理的規(guī)劃、才能保障工程質量和安全。市政橋梁結構設計人員實踐過程中，必須保證是市政橋梁結構安全穩(wěn)定，這也是開展結構設計優(yōu)化的前提條件。因此，市政橋梁結構設計人員應首選遵循科學性原則，保證市政橋梁結構的安全穩(wěn)定性符合規(guī)范要求，再按照現有科學規(guī)則進行結構設計優(yōu)化。

（2）簡約化原則。簡約化是在保證市政橋梁整體結構安全的前提下盡量簡化不必要的設計內容。在不影響市政橋梁整體質量安全的前提下，中應盡可能優(yōu)化結構設計。這有利于市政橋梁工程項目實施方案制定和實施。同時，簡化市政橋梁結構設計可以實現結構張力、荷載等承載力的有效傳遞，提升市政橋梁構件結構的強度。此外，隨著市政橋梁結構簡化，可以減少項目實施過程中建材用量，有助于降低市政橋梁工程項目成本。

（3）整體性原則。整體性原則是指在市政橋梁結構設計過程中考慮后續(xù)項目實施，包括施工階段和運維階段，以最低資源消耗實現項目目標。市政橋梁設計與施工一體化為后續(xù)施工提供了良好的基礎。此外，設計人員進行市政橋梁結構設計時，應從整體上考慮結構穩(wěn)定性，整體結構優(yōu)化，從而提高市政橋梁結構實施可行性。這樣既不回損害橋梁的整體施工質量和程序，還可以在一定程度上降低項目實施成本。

（4）綜合性原則。市政橋梁結構設計中需要綜合考慮建筑材料使用和結構形式。建筑原材料性能不同，形成的市政道路和橋梁結構各方面性能也不同，通過對其應用的綜合考慮，可以選擇更加合適的材料運用到實際工程中，從而提高市政橋梁結構的合理性。此外，應根據外部環(huán)境和實際情況，選擇合適的市政橋梁結構形式，從而為提高市政橋梁整體建造質量提供保障。

3 市政橋梁結構設計優(yōu)化策略

通過市政橋梁結構設計存在問題分析和遵循原則闡述，結合實際情況，從以下幾個方面提出市政橋梁結構設計優(yōu)化策略。

3.1 加強市政橋梁結構安全性和耐久性設計

在市政橋梁結構安全性設計方面，首先需要做好項目前期調查工作，根據項目周邊環(huán)境以及設置的基本功能，選擇合適的市政橋梁結構形態(tài)[10]。其次，在設計文件中明確各類材料的標準，例如混凝土、鋼筋及構建型號等。然后，在形成最終設計方案前，應對各項安全評估方案進行檢驗。

在市政橋梁結構耐久性設計方面，應選擇合適的建筑原材料。首先，水泥影響市政橋梁結構耐久性的重要材料，其對混凝土強度和穩(wěn)定性具有重要影響。在市政橋梁結構耐久性設計中，應根據地區(qū)環(huán)境、溫度、水文地質等實際情況選用合適的水泥材料。其次，在混凝土攪拌過程中，應結合實際情況選擇合適的外添加劑，減緩混凝土材料碳化速率。最后，水灰比的控制是提高市政橋梁結構耐久性的重要途徑。應根據市政橋梁項目實施要求，選擇合適水灰比的混凝土。

3.2 優(yōu)化市政橋梁結構疲勞損傷狀態(tài)

市政橋梁長期受到車輛荷載、風荷載、水流沖擊等動荷載和自身重力影響，疲勞性應力在市政橋梁內部結構不斷循環(huán)和積累，最終導致了市政橋梁結構疲勞損傷，這種疲勞損傷是不可避免的，只能通過優(yōu)化市政橋梁結構的疲勞狀態(tài)。因此，在市政橋梁結構設計中，設計人員可以對橋梁結構材料的均勻度上做出一定的要求，最大限度的保障內部結構的穩(wěn)定性。同時，由于市政橋梁結構疲勞早期難以被監(jiān)測和判斷，因此，無論在市政橋梁工程項目建造，還是在使用過程中都應加強對市政橋梁結構疲勞損傷監(jiān)測，為設計人員優(yōu)化市政橋梁結構設計方案提供準確的依據。

3.3 合理設計市政橋梁結構抗荷載能力

隨著運輸物流的需求增加，對運輸能力要求越來越高，運輸工具和運輸量也隨之增加，這都要求市政橋梁結構具有更高的承載力。同時，大型運輸車隊的通行給市政橋梁帶來了極大的震動強度，給市政橋梁結構的抗震能力提出了新的要求[11]。市政橋梁設計必須重視其結構負荷承載力和穩(wěn)定性。在市政橋梁結構承載力設計時，首先設計人員應在市政橋梁關鍵部位設置減震裝置，例如粘滯阻尼器，它是利用氣彈性部件降低橋梁震動動能，減小大型運輸車輛對市政橋梁結構帶來的疲勞損害。同時還可以設置鉛芯橡膠支座，將力學性能好的支座與橡膠相結合，減小支座自身硬性撞擊，從而提升市政橋梁結構的抗荷載能力。此外，在設計橋梁結構時，設計人員可以采取縱橫交錯的市政橋梁結構，優(yōu)化橋梁連接公路的接口，以此保證橋梁結構的穩(wěn)定性。

4 結語

市政橋梁結構設計是項目順利實施和運維的重要保障。本文分析了市政橋梁結構設計中存在的問題，在總結以往研究基礎上歸納了市政橋梁結構設計應遵循的基本原則，基于此，提出了市政橋梁結構設計優(yōu)化策略，為我國市政橋梁結構設計水平提高提供參考。