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)

隨著現代社會不斷發展,交通運輸事業對道路的需求也不斷提高。目前已經存在的市政工程橋梁總體安全穩定,但同時也存在著嚴重的破損問題,不時發生垮塌事故,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,依據多年的市政工程橋梁設計經驗,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造措施,以免出現較大漏洞,不斷完善市政橋梁的防排水系統,使橋梁使用更加耐久。

市政橋梁;交通運輸;設計;管線

0 引言

隨著我國現代社會的不斷發展,城市發展更加迅速,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合目前社會發展形勢進行統籌思考。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,需要在安全穩定的基礎上,更加強調與影響、周圍環境的協調,并結合各種管線的布局。市政橋梁結構形式主要有梁式、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范。在橋梁的設計與施工過程中,都需要嚴格遵守這種規范。在設計規范中,要求設計人員遵守國家、政府或其他相關的設計規范,不可對工程設計進行隨意更改,對于更改的內容,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新進行結合。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,但容易對現實中的施工與相關的細節把握不好,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驗,充分考慮橋梁所處的環境,結合橋梁結構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,要結合實際應用與載重進行個性化的結構設計。如果橋梁頻繁接近載重極限,則需要在結構設計時有所區別。另外對于城市未來的規劃也要充分把握,隨著社會的發展,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展需求,做到可持續化的應用設計。

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,體現成本合理性,一切設計必須經過詳實技術經濟比較。使橋梁的總造價和材料等消耗最低;選用的橋梁結構形式要便于制造和架設,應盡量采用先進工藝技術和施工機械,以減少勞動強度。加快施工進度,保證工程質量和施工安全;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護費用,取得最佳經濟效果。第三,要保證整個橋梁結構與構件在制造、運輸、安裝和使用過程中具有足夠的穩定性和耐久性。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范規定的容許值,避免撓度過大而影響正常行駛,甚至危及橋梁結構的安全。穩定性是指要使橋梁結構在各種外力作用下,具有能保持原來的形狀和位置的能力。結構的耐久性,是要使橋梁結構在正常的使用年限內不過早地發生破壞而影響正常使用,例如橋梁裂縫寬度不超過規范規定的容許值等。另外還要滿足美觀上與環保上的要求。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構融為一體,所以需要選擇最為優化的設計方案。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?。?］。

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查與現場勘查,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,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,選擇最佳的施工優化方案進行設計,以便在施工中充分發揮設計的作用。

3.2 主梁設計

簡支梁結構依據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,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,主梁結構人們一般選用的造型有:形和箱型兩類,箱型僅在混凝土結構主梁中被使用,該類主梁在設計時要注意保持一定的間距和片數,間距和片數呈反函數關系,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力值來進行荷載標設計。

3.3 下部結構設計要點

下部構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。圓柱施工時外觀質量易控制,且與樁基銜接方便,平原地區使用較多。但從美觀角度來說,方柱棱角分明,與上構梁體協調,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濟［5］。

3.4 橋臺設計

橋臺結構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。輕型橋臺結構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構。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,混凝土結構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定性能。

3.5 橋墩型式選擇

裝配式簡支橋梁結構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構型式應用較為普遍?？紤]到以往在道路橋梁結構設計中出現的問題,筆者希望在今后的設計工作中應注意對于橋墩結構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;而擬建施工現場位于河谷或受到滾石威脅時,則應考慮設計增強橋墩結構的整體抗撞擊能力,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構荷載累積變位的問題,采用雙幅兩柱整體下部構造設計為宜。

3.6 上部結構設計

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,這樣可防止分聯梁端以及分聯墩蓋上出現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， 可按規范所規定的簡化方法進行結構抗震設計。我國規范是采用反應譜理論進行抗震設計， 即根據設計烈度， 以簡便的地震荷載系數計算地震慣性力， 作為地震荷載， 然后以一般結構靜力計算步驟求得結構最大內力和變位，使其控制在規范容許值的范圍內來確保結構的抗震安全。對大跨度或特別重要的橋梁結構， 應對結構進行地震動力分析(地震反應分析)。分析的方法一般是直接根據建橋地區在強震時地面運動的加速度記錄， 依照動力學的原理， 對結構作地震動力分析計算。對于已經建成的橋梁結構， 如不滿足現行規范抗震設防的要求， 也可通過結構地震動力分析作進一步的抗震鑒定和決定最優加固方案。抗震強度及穩定性驗算［7］。橋梁的抗震設計要根據安全和經濟兩方面統籌考慮， 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力、橋臺的土壓力和水平地震力等。

4 結語

市政橋梁工程的建設需要結合當地環境與未來發展規劃進行設計,在設計中,還要充分考慮排水、環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代社會發展需求的基礎工程,滿足社會發展需求。

［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.市政設施環境藝術小品設計研究 ［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。