市政橋梁細部設計的分析

張宇光

摘要：針對我國公路運營中經常出現的影響橋梁結構安全和耐久性的問題，本文先多角度分析了耐久性差的設計原因，再從設計角度提出了具體的改善措施，為橋梁設計提供了有益參考。

關鍵詞：市政橋梁；細部設計；耐久性

1耐久性差的設計原因分析

1.1設計理念問題

長期以來，設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視結構體系、結構構造、材料、施工、后期維護等方面的問題，經常出現人為錯誤，在一定程度上導致結構的使用性能差、使用壽命短等不良后果。雖然在設計中設計人員已充分考慮了混凝土收縮、徐變和溫度應力等非荷載因素的影響，但由于混凝土的徐變計算理論與實際環境還存在一定的差距，從而影響橋梁結構耐久性。

1.2超載問題

由于現實交通的超載問題，使部分道路上既有橋梁的承載能力等不能滿足實際汽車荷載的要求，從而導致橋梁疲勞、不可恢復的內部損傷，從而危害耐久性和安全性。

1.3結構與構造細節不合理

橋梁在建造和使用過程中，會受到環境及有害化學物質的侵蝕，并承受車輛荷載、風、地震、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁采用的材料自身性能也會不斷退化，從而導致橋梁各部分不同程度的損傷和惡化。如有的結構整體性和延性不足、冗余性小，有的混凝土強度等級較低、鋼筋保護層厚度過小、鋼筋偏細等都削弱了結構的耐久性。

2提高耐久性的設計措施

耐久性設計是要求結構保持當前狀態的能力。因此，結構設計除了重視橋梁的選型及結構計算分析，滿足規范的要求、保障主體結構安全，同時還要充分考慮到現階段的施工和管理水平、材料工藝水平，針對不同的環境和使用條件，采用適當的安全度和適當的設計方法，通過合理的結構布局和構造細節設計、增加材料的抗滲性、抗腐蝕性等措施，防止不利環境對結構的影響，避免病害的發生，并考慮后期養護，強調結構“易查易修”，提高結構的耐久性。

2.1構造設計應注意的問題

2.1.1主梁

（1）設計中應盡量選用耐久性的結構。在橋梁上部結構主梁的選擇上，宜選用耐久性好的預應力混凝土結構。當必須選用鋼筋混凝土結構時，其橋梁跨徑不宜超過20m。對于13m、16m跨徑的結構，特殊要求除外，可適當考慮密布T粱結構。

（2）保護層厚度。混凝土保護層厚度應滿足規范規定的相應不同環境條件下的最小數值。值得注意的是，對于采用通用圖設計的，還應核實保護層是否滿足項目地區的環境類別，如高腐蝕性的鹽漬土，大量使用融雪劑、除冰鹽等特殊環境地區。

（3）加強主梁間橫向整體性。對于裝配式預制空心板結構橋梁，各板梁通過現澆的企口混凝土和焊接鋼板連接使橫向連成整體。鉸縫是梁體的薄弱環節，設計中通常采用加大鉸縫企口寬度、加強鉸縫鋼筋，提高鉸縫混凝土強度等級等措施來強化鉸縫，以增加鉸縫的抗剪能力。施工時行車道板的側面應為毛面，鉸縫混凝土須達到設計強度時方能通車使用。對于裝配式預制T梁及箱梁，應適當加密橫隔梁設計，橫隔梁的間距原則上不應該超過10m。

（4）構造設計考慮可施工性。主梁幾何尺寸的擬定和鋼筋的布置除滿足受力需要外，還應充分考慮施工需要，保證混凝土灌筑及振搗質量。裝配式箱梁或T梁截面間通過現澆混凝土縱縫使橫橋向形成整體，結構連續橋梁順橋向通過墩頂現澆濕接頭連接。設計時應考慮到現澆部分的寬度應滿足鋼筋焊接等施工需要，尤其小半徑曲線橋梁通過墩頂濕接頭調節橋梁內外弧差，或變寬橋需要橋面縱縫調整橫橋向寬度時，現澆縫尺寸則更應引起注意。主梁中鋼筋避讓也是設計中應該特別重視的問題。對于預應力鋼筋和普通縱橫向鋼筋配置較密、鋼筋位置易沖突的區域，在設計中須根據具體應力情況，對主要鋼筋空間位置進行統籌考慮，還要在相應鋼筋圖中，具體說明鋼筋避讓的先后順序，以避免施工中誤操作。

（5）加強主梁排水構造設計。小箱粱與空心板要用直徑不宜大于5cm的預留泄水孔，一方面可以使得箱體內外溫度相近，減小局部溫差效應引起的局部應力；另一方面還可以排出施工及運營過程中產生的積水。對于箱外水，主梁懸臂端設置半弧形滴水槽，使梁頂水止于懸臂端，不能順梁體外側流下，避免侵蝕梁體外側。

2.1.2橋面鋪裝及橋面防水系統

橋面鋪裝除保護主梁不受車輛直接磨損，防止板粱遭受雨雪的侵蝕外，同時也起著分布車輪荷載的作用。但常常由于設計、施工以及運營超載車輛等各種原因，造成鋪裝出現空洞、滑移、坑槽等病害，進而破壞橋面防水系統，導致主梁主筋腐蝕，削弱了主梁的受力性能，影響了整個結構的安全性和耐久性。設計中可從以下幾個方面來進行相應的改善：

（1）提高橋面防水混凝土抗滲等級和強度等級，采用耐久性水泥混凝土，并摻加聚丙烯纖維。混凝土鋪裝厚度宜高出設計值lcm，然后用精密銑刨機進行精銑刨，以保證瀝青層與混凝土層有效結合。防水混凝土層上鋪水性瀝青基滲透型的防水材料，并滿足高溫穩定性、低溫抗裂性和施工及運營后的承壓要求。

（2）橋面鋪裝鋼筋采用冷軋帶肋鋼筋網，在預制梁頂增設抗剪連接鋼筋，利于橋面鋪裝鋼筋網的定位，有效保證橋面鋪裝整體性，提高混凝土鋪裝層的強度；對于現澆箱梁，在墩頂負彎矩區橋面鋪裝內，增設一層受力鋼筋，克服墩頂區域橋面現澆層內的裂縫。

（3）在護欄下設縱向碎石盲溝和泄水管，且泄水管頂微低于橋面防水混凝土底，保證泄水管排出橋面水和橋面瀝青層滲水；橋頭設路基泄水槽，保證橋面縱向排水通暢。

2.1.3支座

支座是上、下部結構的連接紐帶，且是受力非常集中的薄弱構件，一旦發生故障，為后期養護帶來很大麻煩，所以應予十分重視。在設計中，支座系統布置應充分考慮其具體結構的變形特性進行分析和研究，選擇相應適宜的支座型號，以利于墩臺傳遞反力和利于橋跨結構變位。另外，還應考慮后期養護及施工操作等因素。

對于彎梁橋，還應考慮升降溫積累的殘余變形、車輛離心力向外側推移引起的“爬行”現象，設計時采取支座預偏心放置，以調整曲梁截面上的扭矩，使粱體的內力分布更加均勻，避免由于約束引起的過度應力集中。使用中，支座經常出現脫空的問題，導致支座受力不均，使主粱局部應力增大，進而引起局部損壞。設計時，支座頂底均應保持水平并設置上下鋼板，預制梁端底部增設墊塊或鋼板進行調平，蓋梁橫坡通過設置墊石進行調平，保證支座在運營中能夠處于正常受力狀態。

2.2橋梁抗震設計

為防止上部結構落梁破壞和橋墩抗彎、延性不足問題，除了注重結構本身的強度、變形和延性能力設計外，還應加強橋梁結構的局部構造設計。基于抗震計算無法得到結構響應精確值的事實，建議設計采取“多道設防、分級耗能”的抗震設防理念，堅持“損傷部位及損傷程度可控、損傷部位易檢、損傷構件易修、破壞構件易換”的原則。

（1）梁端至蓋梁邊緣的距離應滿足規范要求的最小安全距離。設計時可采用適當擴大蓋梁支撐寬度、加大支座墊石尺寸等措施，以防落梁或由于梁體突然落在墩臺頂產生的沖擊力而導致梁端的破壞。

（2）重視限位裝置的設計。簡支梁應采取縱向梁端連接或縱向梁端支擋，連續粱則應在橫隔墻位置設縱、橫向支擋。比如增加鉸縫鋼筋和連接鋼板、墩臺蓋粱處設置抗震錨栓和鋼套筒、蓋梁兩側設置抗震擋塊等措施，限制粱的位移，提高結構的整體性，避免落粱。支擋與梁體間設彈性緩沖材料，減小與梁體的碰撞。

（3）擋塊設計。應注意擋塊與主梁的剛度比值范圍、擋塊容許剪裂的程度。根據情況可在蓋梁兩側設置外強內弱的雙層擋塊，或沿蓋粱設置多個擋塊，使其與主梁間距不同，破壞時，擋塊被逐個（批）剪壞，達到逐步耗能的作用。

3結語

對于常規設計中一些容易被忽視而又影響結構安全的細部設計，只要設計者能夠足夠地重視，完全可以把這些細節問題通過代價并不高的方式加以解決。希望廣大設計者在工程實踐中不斷進行總結，積極借鑒成功的經驗，更加細化和完善結構的耐久性設計。