對市政工程橋梁設計要點分析

王明

(蘭州市城市建設設計院,甘肅蘭州 730000)

對市政工程橋梁設計要點分析

王明

(蘭州市城市建設設計院,甘肅蘭州 730000)

隨著現(xiàn)代社會不斷發(fā)展,交通運輸事業(yè)對道路的需求也不斷提高。目前已經(jīng)存在的市政工程橋梁總體安全穩(wěn)定,但同時也存在著嚴重的破損問題,不時發(fā)生垮塌事故,給社會造成了不良的影響。市政工程橋梁的安全運行需要從設計入手,依據(jù)多年的市政工程橋梁設計經(jīng)驗,對設計需要注意的問題進行分析,在設計中考慮加大驗算荷載、采用有效的抗傾覆構(gòu)造措施,以免出現(xiàn)較大漏洞,不斷完善市政橋梁的防排水系統(tǒng),使橋梁使用更加耐久。

市政橋梁;交通運輸;設計;管線

0 引言

隨著我國現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展,城市發(fā)展更加迅速,市政工程建設取得了前所未有的進步。為了進一步提高城市完善度,市政工程需要不斷結(jié)合目前社會發(fā)展形勢進行統(tǒng)籌思考。市政工程中的各類建筑物屬于基礎設施,是城市生存發(fā)展不可缺少的基礎,對于提高人民的生活水平與對外開放非常重要。市政橋梁的設計與一般的橋梁有所不同,需要在安全穩(wěn)定的基礎上,更加強調(diào)與影響、周圍環(huán)境的協(xié)調(diào),并結(jié)合各種管線的布局。市政橋梁結(jié)構(gòu)形式主要有梁式、拱、懸索等,在材料上主要包括混凝土、鋼與石材等。

1 目前橋梁設計中存在的問題

1.1 橋梁設計欠完善

面對橋梁這樣的大型工程而言,其設計需要有完善的規(guī)范。在橋梁的設計與施工過程中,都需要嚴格遵守這種規(guī)范。在設計規(guī)范中,要求設計人員遵守國家、政府或其他相關的設計規(guī)范,不可對工程設計進行隨意更改,對于更改的內(nèi)容,需要做好相關的記錄,以備復核與查閱［1］。

1.2 設計人員隊伍不完善

市政橋梁工程的設計需要專業(yè)人員隊伍才能夠完善。目前在這一領域,參與橋梁設計的人員存在著各類的問題,一些技術(shù)人員對于工程力學基礎知識掌握不高,無法通過完善的理論知識體系對橋梁進行承重分析。目前的市政橋梁工程還需要不斷與創(chuàng)新進行結(jié)合。另外在設計人員隊伍中還可能存在著理論知識豐富,但實踐經(jīng)驗缺乏的設計者。這些設計者對于橋梁的承重計算都沒有問題,但容易對現(xiàn)實中的施工與相關的細節(jié)把握不好,造成施工困難,成本增加,甚至有可能會造成實際載重能力不足。所以說,市政橋梁設計者不僅要有扎實的知識,更要有豐富的工作經(jīng)驗,充分考慮橋梁所處的環(huán)境,結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與使用耐久性［2］。

1.3 未充分考慮實際承載力

市政工程橋梁的功能有所不同,在實際的設計中,要結(jié)合實際應用與載重進行個性化的結(jié)構(gòu)設計。如果橋梁頻繁接近載重極限,則需要在結(jié)構(gòu)設計時有所區(qū)別。另外對于城市未來的規(guī)劃也要充分把握,隨著社會的發(fā)展,橋梁承受的運輸量不斷增加,所以橋梁的設計需要滿足社會發(fā)展需求,做到可持續(xù)化的應用設計。

2 市政工程橋梁設計原則

橋梁要有足夠的承載能力和橋面凈空,確保在保證車輛與行人通告的前提下,也對將來交通增長能夠滿足。建在通航河流或需跨越其他路線的橋梁,空間應該滿足最大泄洪需求,對于靠近村莊的橋梁,要考慮綜合應用,滿足管線需求。對于建成的橋梁要保證使用年限,并便于檢查和維修［3］。第二,體現(xiàn)成本合理性,一切設計必須經(jīng)過詳實技術(shù)經(jīng)濟比較。使橋梁的總造價和材料等消耗最低;選用的橋梁結(jié)構(gòu)形式要便于制造和架設,應盡量采用先進工藝技術(shù)和施工機械,以減少勞動強度。加快施工進度,保證工程質(zhì)量和施工安全;采用的建筑材料應因地制宜,就地取材,并具有良好的耐久性,盡可能降低日后營運養(yǎng)護費用,取得最佳經(jīng)濟效果。第三,要保證整個橋梁結(jié)構(gòu)與構(gòu)件在制造、運輸、安裝和使用過程中具有足夠的穩(wěn)定性和耐久性。對于剛度的要求,應使橋梁在一定余量的荷載作用下的變形不超過規(guī)范規(guī)定的容許值,避免撓度過大而影響正常行駛,甚至危及橋梁結(jié)構(gòu)的安全。穩(wěn)定性是指要使橋梁結(jié)構(gòu)在各種外力作用下,具有能保持原來的形狀和位置的能力。結(jié)構(gòu)的耐久性,是要使橋梁結(jié)構(gòu)在正常的使用年限內(nèi)不過早地發(fā)生破壞而影響正常使用,例如橋梁裂縫寬度不超過規(guī)范規(guī)定的容許值等。另外還要滿足美觀上與環(huán)保上的要求。尤其是對于市政橋梁而言,其對城市的美觀作用更為重要,使橋梁與城市其他建筑結(jié)構(gòu)融為一體,所以需要選擇最為優(yōu)化的設計方案。在進行橋位選擇與基礎方案時,要綜合考慮水、空氣、噪聲影響,采用必要的工程控制措施,把不利影響降低到最小［4］。

3 設計要點

3.1 設計的方案選擇

道路橋梁設計方案的基礎就是具體問題具體分析,對于道路橋梁設計的具體施工方案進行合理的調(diào)查與現(xiàn)場勘查,充分考慮影響道路橋梁設計的各種施工因素,設計過程中要以實事求是為原則,從具體實際出發(fā),這樣設計的施工方案在施工過程中才能達到預期的效果與目的,為此,在設計前要對其影響因素進行全面細致的考察,選擇最佳的施工優(yōu)化方案進行設計,以便在施工中充分發(fā)揮設計的作用。

3.2 主梁設計

簡支梁結(jié)構(gòu)依據(jù)設計要點的不同分為裝配式以及整體式,裝配式的主要特點是可以將預定的相關主梁配件分開進行運送,施工時再進行裝配成梁,該支梁在設計過程就能使用自動化以及機械化的工程技術(shù),減輕了勞動強度并有效減少材料浪費,使工程的施工效率大大提升,而且減少季節(jié)對工程施工的影響力,這些都是人們選用裝配式簡支梁的原因,為了滿足橋梁上部承重要求,主梁結(jié)構(gòu)人們一般選用的造型有:形和箱型兩類,箱型僅在混凝土結(jié)構(gòu)主梁中被使用,該類主梁在設計時要注意保持一定的間距和片數(shù),間距和片數(shù)呈反函數(shù)關系,梁高以及細部尺寸的確定需要進行一定的荷載計算,如主梁分布呈對稱形式,則荷載分布也呈對稱形式,選用杠桿法計算主梁的荷載量,反之則選用偏心受壓法來計算,兩種計算方法的共同之處是均選用最大的內(nèi)力值來進行荷載標設計。

3.3 下部結(jié)構(gòu)設計要點

下部構(gòu)造設計主要指橋梁墩臺的設計,對于常見高度的橋墩,即墩高小于40 m 的橋墩多采用柱式墩或Y 型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工時外觀質(zhì)量易控制,且與樁基銜接方便,平原地區(qū)使用較多。但從美觀角度來說,方柱棱角分明,與上構(gòu)梁體協(xié)調(diào),有一定的視線誘導性,較美觀。Y型墩施工較復雜,在墩高較矮時,從工程造價上考慮不經(jīng)濟［5］。

3.4 橋臺設計

橋臺結(jié)構(gòu)的設計應主要注重于型式 的選擇。裝配式簡支橋梁有三種常用橋臺,輕型橋臺和鋼筋混凝土澆筑的薄壁橋臺以及埋置式橋臺。輕型橋臺結(jié)構(gòu)型式具有體積小的特點,其設計應用可作為一種擋土的翼墻結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土薄壁橋臺在設計時臺身可被掩藏在橋梁護坡內(nèi)部,僅以設計的視角看,既能消弱小橋臺處的荷載力,又能在橋臺處留下充足的空間,但是,混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁護坡主要作用是保護橋梁表面,因此其一旦被洪水沖垮將導致橋臺外露,因此,設計橋梁護坡時務必要檢測其強度以及穩(wěn)定性能。

3.5 橋墩型式選擇

裝配式簡支橋梁結(jié)構(gòu)設計中普遍采用雙柱式墩,十字墩或矩形薄壁墩等型式,其中單幅雙柱式橋墩結(jié)構(gòu)型式應用較為普遍?？紤]到以往在道路橋梁結(jié)構(gòu)設計中出現(xiàn)的問題,筆者希望在今后的設計工作中應注意對于橋墩結(jié)構(gòu)型式的選擇要極為謹慎,如在巖溶性地帶、樁基礎施工困難地段應根據(jù)實地情況避免過多地設計樁基,單柱單樁的設計為宜;而擬建施工現(xiàn)場位于河谷或受到滾石威脅時,則應考慮設計增強橋墩結(jié)構(gòu)的整體抗撞擊能力,亦須單柱單樁設計為宜;對于高位墩柱長橋的情況,則應考慮到橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載累積變位的問題,采用雙幅兩柱整體下部構(gòu)造設計為宜。

3.6 上部結(jié)構(gòu)設計

橋梁防水設計中,有的只采用有隔水功能的混凝土進行隔水。但該類混凝土打造的防水層性能較剛,一旦出現(xiàn)裂縫其防水功能便大受影響。在設計橋體主梁時要注意將其的伸縮 變化考慮進去,避免因主梁型號問題,使得主梁端口在最高溫或最低溫時出現(xiàn)被損傷的情況。設計伸縮縫時既要注意滿足主梁橫縱伸縮要求,也要注意其防水功能［6］。在選擇伸縮縫時,橋體兩端處要注意選擇有翹頭的,將橋體的伸縮縫整合在一起最后成為具有閉合功能的U型槽,這樣可防止分聯(lián)梁端以及分聯(lián)墩蓋上出現(xiàn)積水沿伸縮縫隙侵入的情況。

3.7 抗震設計

對一般橋梁工程， 可按規(guī)范所規(guī)定的簡化方法進行結(jié)構(gòu)抗震設計。我國規(guī)范是采用反應譜理論進行抗震設計， 即根據(jù)設計烈度， 以簡便的地震荷載系數(shù)計算地震慣性力， 作為地震荷載， 然后以一般結(jié)構(gòu)靜力計算步驟求得結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力和變位，使其控制在規(guī)范容許值的范圍內(nèi)來確保結(jié)構(gòu)的抗震安全。對大跨度或特別重要的橋梁結(jié)構(gòu)， 應對結(jié)構(gòu)進行地震動力分析(地震反應分析)。分析的方法一般是直接根據(jù)建橋地區(qū)在強震時地面運動的加速度記錄， 依照動力學的原理， 對結(jié)構(gòu)作地震動力分析計算。對于已經(jīng)建成的橋梁結(jié)構(gòu)， 如不滿足現(xiàn)行規(guī)范抗震設防的要求， 也可通過結(jié)構(gòu)地震動力分析作進一步的抗震鑒定和決定最優(yōu)加固方案?？拐饛姸燃胺€(wěn)定性驗算［7］。橋梁的抗震設計要根據(jù)安全和經(jīng)濟兩方面統(tǒng)籌考慮， 針對不同強度的地震采取不同的設計方法和要求。橋梁抗震強度及穩(wěn)定性驗算一般只需考慮水平地震荷載， 并在順橋和橫橋兩個方向分別進行計算， 主要驗算地基承載力、橋墩的水平地震荷載及內(nèi)力、橋臺的土壓力和水平地震力等。

4 結(jié)語

市政橋梁工程的建設需要結(jié)合當?shù)丨h(huán)境與未來發(fā)展規(guī)劃進行設計,在設計中,還要充分考慮排水、環(huán)境與抗震等多方面的因素影響。只有在設計過程中充分把握各個設計要點,才能夠真正設計出符合現(xiàn)代社會發(fā)展需求的基礎工程,滿足社會發(fā)展需求。

［1］ 游勵暉.市政工程橋梁設計要點研究［J］.鐵道工程學報，2013(3): 45-49.

［2］ 蘇慶波.橋梁設計要點分析［J］.城市建筑，2013(6):255-258.

［3］ 安豐悅.市政工程安全管理研究［D］.山東青島:青島理工大學，2014.

［4］ 袁力力.對市政工程管理要點分析［J］.江西建材，2014(21):278.

［5］ 馬建，孫守增，楊琦，等.中國橋梁工程學術(shù)研究綜述·2014［J］.中國公路學報，2014(5):95-96.

［6］ 李進興.市政路橋加固改造設計的要點研究［J］.門窗，2014(6): 251-254.

［7］ 肖銳.市政設施環(huán)境藝術(shù)小品設計研究 ［D］.重慶:重慶大學，2005.

U442.5

B

1009-7716(2015)03-0074-02

2014-11-24

王明(1974-),男,甘肅蘭州人,高級工程師,從事橋梁設計工作。