中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题思考

中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题思考

摘要：本文分析了中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题；针对问题从规范标准、设计方法、常用结构特点、荷载标准确定等方面提出了建议。

关键字：中小跨径桥梁问题思考

近年来，随着经济的发展，已建成的公路桥梁较高频率地出现了病害过早发生、结构损坏甚至垮塌的现象，也暴露出我国公路桥梁在规范标准、工程设计、建设以及管养方面存在的很多不足。40m跨径以下中小跨径桥梁占到桥梁总数的90%以上，这些桥梁又以传统常见的板、梁、拱结构为主，在建设和使用过程中问题较为突出。

一、中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题

1、承载能力设计方面

现行的公路桥梁设计规范规定，钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态来进行设计。承载能力极限状态也称为强度极限状态，其计算是以钢筋砼塑性理论为基础，以构件的“破坏工作阶段”——即达到最大承载能力或出现不足出继续承载的变形为计算依据，基本原则是荷载效应不大于结构拉力。结构正常使用极限状态计算是以弹性理论或弹塑性理论为基础，控制结构在正常使用状态时的应力、变形、裂缝小于规定的限值，即结构或构件尚未丧失承载能力，但已达到不能正常使用的极限状态，正常使用极限状态设计主要是为保证构件的正常工作和耐久性。

一般在工程设计时，设计人员往往是重视承载能力极限状态的控制，结构抗力都能考虑足够，但对于正常使用极限状态指标往往不太重视。而结构在整个使用周期中，最重要的正是其使用性能，使用性能的保证是长期保证结构安全的基本条件。

2、耐久性设计

结构的耐久性要靠设计、施工和管理维护三个阶段的工作共同来保证，设计阶段的保证结构耐久性的措施是最基础的保证。

近年来，由于出现了大量的在役桥梁使用性能急速降低甚至损坏，桥梁结构

耐久性问题重新被认识和重视，但总体来讲，我国在保证结构耐久性方面的实际行动仍然是非常缓慢，以往的桥梁设计中（2004年之前），相当一部分根本未考虑结构耐久性方面的设计，即使有所考虑，也只是作为一种概念予以关注，比如全寿命周期成本，只有理念，在具体设计时并未充分予以考虑。现行规范虽然在保证结构耐久性方面有了一些具体规定，但总体上较为粗略笼统。结构耐久性考虑不足在一定程度上导致了桥梁在施工过程中发生事故、使用过程中性能差、寿命短的不良后果。

具体在设计中，设计人员目前大多是按规范要求进行结构计算和构造设计，只控制了抗力指标、变形指标，但对于影响耐久性的问题，却没有关注。比如虽然满足了规范要求，但仍存在的构件截面尺寸过薄、分布钢筋过细、保护层过小等问题；关于桥梁使用环境对结构的影响，在中小桥梁设计中考虑不周或不考虑。这样完成的结构设计虽然满足了满足了受力要求和规范的规定，但设计的只能是建成时的结构状态，而不是在结构使用寿命期的设计。

3、设计方法问题

（1）、过分依赖计算机程序软件、不进行细部计算；

（2）、过分相信标准图。采用标准图可以提高工作效率，但作为设计人员,要有设计是创作过程而不是简单模仿和重复的意识，对标准图要有所认识，在使用标准图时对已发现的问题要进行总结和及时改进。

（3）、对结构认识不足，缺乏整体设计理念，不进行整体分析，只算单个构件的受力或主结构受力，有的结构计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大。如整体现浇板的横向受力计算、斜板结构的弯矩偏移等，拱桥设计时只计算基础承载力而对基础沉降不进行计算。

（4）、过分依赖规范，以满足规范为目标,不考虑具体施工时是否能够实现。例如为满足钢筋布置，采用过小的钢筋间距和保护层指标。

（5）、不注意整体构造配合设计，由于构件（部件）单图绘制，多造成钢筋冲突，需要在施工中相互避让，导致钢筋错位、影响砼灌注和密实、保护层不足等问题。

（6）、不考虑后期、检查和养护维修需要。中小跨径梁板桥中主要存在支座垫石太低、不便于支座检查和更换，缺乏便捷的结构检查通道等问题。

（7）、对新材料新工艺认识不足，采用不当。

二、思考与建议

现在我国的桥梁建设已如前些年一些专家预言，提前进入了大规模的维修期，虽然重交通和车辆超载是一个重要因素，但结构自身的使用质量偏低是根本原因。在今后二三十年的时间，我国仍将处于大规模的公路建设高潮期，如果再不对结构设计和耐久性设计的不足采取有效的改进措施，我们将会经历一个发达国家没有经历过的桥梁大建、大修、大拆同时并存的畸型发展阶段。

1、使用规范标准

设计规范和标准是国家及行业控制和指导工程设计的基本要求，作为工程设计必须执行，但规范标准中的规定，是对工程设计的最低要求，在使用规范时，必须满足最低要求，但更重要的是需要设计人员根据工程自身特点，确定设计中各项指标需要达到的控制值。由于规范受修订、发布时间的局限，规范中的一些规定也会随着社会经济的发展需求而变得不适应甚至不合理，工程设计人员应根据掌握的相关研究成果和资料在一定程度上有选择地执行规范规定。

2、设计人员要树立自主超前设计的意识

每一项工程设计都应体现出设计人员对工程结构的理解，设计人员还应经常性地根据工程实践的反馈，对结构设计不断改进和优化，要对采用的规范熟悉掌握，更要善于思考和分析规范存在的不足，不断提高自身素质，以满足设计工作的要求。

新设计的桥梁都会设置专用管道，但由于人口增长、城市改造等原因，许多管线都有可能要进行扩容，如原有预埋的管道满足不了要求，则只能裸露在桥体外，不仅有碍观瞻，且存在安全隐患，更有甚者会造成再次开挖。而新桥建成不久就因埋设管线而再次开挖的工程并不新奇。在已建成的桥体上做如此大的手术，既影响交通又重复投资实属浪费，又给公用事业管理部门造成负面影响。

许多桥梁设计时会参照所经道路的宽度，但扩路容易扩桥难，往往桥梁成为阻碍交通的“瓶颈”。将设计标准提高，或为今后扩建预先打下基础也是设计时应考虑的。国外就常采用在主梁或梁侧预留空间或增设墩台数量以满足日后扩宽工程的要求，这种做法值得借鉴。

3、桥上排水设计不可忽略绿化带的影响

为桥梁的整体美观，桥面上的绿化隔离带通常是桥上不可缺少的装饰工程。但也往往因为这一构筑物加重桥体渗水的现象。在巡查时我们发现，设有绿化带的桥梁上部构造的施工缝位置渗水犹为严重。因为在对绿化带进行灌溉时，无疑是加重了桥面的阻水，如遇上雨季，则更为明显。在查阅设计图纸时，有些桥梁根本没有针对绿化带的排水设计，所以也请设计师在设置绿化带的部位进行局部专项防水设计。

4、桥梁的装饰应兼顾安全性和易损度