探讨高等级公路中小跨径桥梁设计分析
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摘要：本文介绍了中小桥梁跨径设计标准及其常用结构类型，探讨分析了其常用结构类型的特点及设计方面存在的问题，并针对这些问题提出一些相应的建议。
关键词：中小跨径桥梁；结构；设计
近年来，我国公路建设的迅猛发展不仅带动了公路桥梁的发展，同时也促进了桥梁技术的进步。然而，由于我国工程界普遍存在盲目追求大跨径桥梁，缺乏对中小桥梁的重视，使得我国公路桥梁在规范标准、工程设计、建设、管理及养护方面存在许多不足。同时，公路桥梁在规划、勘察设计、施工和使用中会受到地域、环境、人文、设计、材料、施工方式、施工周期等因素影响，所以，随着近年来我国社会经济的发展，已完工并投入使用的桥梁会以较高频率地出现结构损坏、过早发生病害甚至垮塌等现象。据统计，我国公路桥梁的数量到2006年底约有53.4万座，其中以40m以下的中小跨径桥梁居多，占90%以上。而这些中小桥梁又以板、梁、拱三种常见的传统结构为主，它们在建设过程中的问题较为突出。
中小跨径桥梁设计标准
中小跨径桥梁设计荷载包括永久荷载、可变荷载和偶然荷载，其中可变荷载对桥梁结构使用性能影响较大。而在可变荷载中汽车荷载是其最主要的荷载，又称活载。在桥梁设计时，设计人员应根据各个时期颁布的公路工程技术标准和桥梁设计规范来采用适合的荷载等级。每一次的公路工程技术标准和桥梁设计规范的制定与颁布都反应了我国在该时期公路运输载重的实际情况和发展趋势。新中国成立以来，我国有关部门共进行了7次公路工程技术标准的修订，4次桥梁设计规范的修订。而目前在公路工程界国内所采用的标准时《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》规定的公路――I级、公路――II级车道荷载和550KN车辆荷载标准。另外，我国公路桥梁规范规定的车辆荷载安全系数为1.4，而英国和美国分部为1.73、1.75，因此，我国规定的车辆荷载安全系数在国际中处于偏低位置。而规范中规定的材料设计强度在计算桥梁构件本身承载力时又定得偏高。根据相关资料显示，我国桥梁的设计承载能力总体上只有美英两国的60%~70%。
中小跨径桥梁常用结构类型的特点
2.1预制和装配式空心板桥
预制、装配式的板可做成实心和空心，其具有构造简单，经济型好，可就地现浇以适应弯、坡、斜桥等各种形状，可采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构等特点。因此，其常被用于高度受到限制的中小跨径桥梁中。而目前我国20m以下的中小跨径桥梁基本上都采用了空心板结构。
空心板结构的受力计算模式是各板之间横向铰接，通过铰缝在横桥向分布作用在结构上的竖向力，板之间的铰只传递剪力。然而这种受力计算模式只是一种理论上的说辞，在实际中却由于存在铰缝混凝土体积小、混凝土质量不易保证、施工条件差、铰缝砼本身不能承受较大压力而极易破碎等因素而与与理论存在一定的偏差。在使用过程中，空心板结构的桥梁或多或少的存在预制空心板之间铰缝开裂、剥落，空心板支座脱落，桥面铺装开裂、剥离，空心板板底出现横向裂缝、纵向裂缝等病害。
2.2预制和装配式T梁桥
该结构可分为简支和简支转连续两种结构形式。简支结构可用于伸缩缝多的桥梁中，但具有抗震能力低、桥梁整体刚度小、支座易损毁、横向联系弱、伸缩缝多等缺陷。简支转连续结构具有造型简洁美观、伸缩缝少、抗裂性与耐久性高、连续结构内力分布均匀、受力好、易于养护、行车舒适等优点。因而，简支转连续结构在现在设计中采用较多。
2.3装配式小箱梁
该结构具有安装与施工工艺简单、结构稳定、横向整体性好、结构连续、预制方便、成本低、跨越能力强、抗扭性能好、易于养护、形成舒适等特点，近几年在国内使用较广泛。同时，设计人员应重视施工中墩顶连续处所采用的扁锚预应力体系是否足够，以避免因其达不到设计值而使结构仅成为一种准连续结构，降低结构的安全度。
2.4现浇连续桥梁
该结构具有抗扭能力强、箱型截面整体性好、可承受正负弯矩、刚度大、可大幅减少下部结构工程量等特点，在中小跨径桥梁中较受欢迎。但其却存在工期长、材料消耗量大、裂缝问题多等特点。同时在设计过程中还存在扭转与平面内变形分析不全面、支承等设计细节考虑不周等缺陷，这些都需要进一步探讨，以避免横向侧移、扭曲变形、支座脱落等事故发生。
中小跨径桥梁设计方面存在的问题
3.1承载能力设计
根据现行的公路桥梁设计规范中相关规定，设计人员应根据承载能力极限状态和正常使用极限状态来设计预应力混凝土和钢筋混凝土桥梁。然而，在实际工程设计中，较多设计人员在承载能力极限状态的控制和结构抗力方向都比较重视，考虑也教周全，但却不太重视正常使用极限状态，殊不知结构在整个使用周期中的使用性能是最重要的，是保证结构长期安全的基本条件。
3.2耐久性设计
近年来，国内现役桥梁大都出现了使用性能急速下降甚至损坏的现象，而造成这一现象发生的主要原因就是桥梁的耐久性不足。在工程设计中，设计人员大多是按规范要求进行结构计算和构造设计，只控制变形指标和抗力指标，对结构耐久性方面的设计考虑不全或不考虑，这样设计完成的结构存在耐久性不足的情况，在一定程度上导致了桥梁使用性能差、寿命短等不良后果。
3.3设计方法
中小跨径桥梁设计方法的问题主要体现于①设计人员过分相信标准图；②设计人员过分依赖计算机程序软件，并未进行细部计算；③设计人员过分依赖规范，未考虑具体施工时是否能实现；④设计人员对结构认识不足，缺乏整体设计理念；⑤未注意整体构造配合设计，会出现保护层不足、钢筋错位等问题；⑥对新材料新工艺认识不足，选取不当；⑦未考虑后期检查、养护维修需要。
建议
4.1充分认识规范标准
作为工程设计人员必须执行国家及行业控制和指导工程设计制定的基本要求（即设计规范和标准）。但在实际设计过程中，工程设计人员除了按规定满足最低要求外，还应根据工程自身特点来确定设计中各项指标需要达到的控制值。随着社会经济发展的需要，规范中的一些规定由于受到修订、发布实际的局限可能会变得不适应或不合理，因此，设计人员应结合相关研究成果和规范适当给予安全度预留。
4.2要树立自主设计和创作设计的意识
设计人员应具备扎实的理论基础，了解所设计的结构的受力模式和使用特点，不可过分依赖标准图，简单地模仿，应有自己的思想，结合工程实际，创新设计，将自身设计意图体现在设计文件中。同时，应经常性地了解工程实况，根据工程实践反馈不断改进和优化设计结构。
结论
总之，中小跨径桥梁是我国所以桥梁中数量最多的桥梁，作为工程设计人员应全面认识并准确把握工程设计中的关键技术问题，善于思考和分析规范中存在的不足，不断提高自身素质，真正实现结构安全、行驶舒适、经济合理、施工与养护维修方便的桥梁。
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