中小跨径桥梁结构的设计要点探讨

倪丹 高军

摘 要：现在我国公路桥梁建设方面有着不少的问题，已完工的公路桥梁经常在有效期内出现问题，桥梁结构出现损坏甚至坍塌，同样也说明了我国在公路桥梁的规范标准、工程设计方面等方面有着许多不足的地方，经常出现损害的桥梁中40米跨径以下的中小跨径桥梁占桥梁总数的比例为 90%以上。本文首先归纳了中小跨径桥梁结构设计中存在的问题，然后对其构造设计、钢束布置形式和基础设计做了详细的阐述。

关键词：中小跨径；公路；桥梁；结构设计

中图分类号：X734文献标识码： A

0前言：

随着科学的进步，城市建设的飞速发展，城市的道路建设已成为衡量一个城市的重要指标，而桥梁建设无疑是这其中最浓墨重彩的一笔。如何发展桥梁建设，如何选择合理的桥梁结构形式等问题日益被人们所关注，本文根据中小跨径的公路桥梁结构设计的自身特点，通过其设计、应用、措施等方面对桥梁的结构设计进行了简要的分析。

一、中小跨径桥梁结构设计中存在的问题

1、承载力设计中的问题

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、桥梁耐久性设计中的问题

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，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。

二、中小跨径桥梁的构造设计

1上部结构设计

（一）、装配结构

桥梁上部结构形式及跨径选取宜根据地形、地质、水文、桥墩高度，选取合适的桥梁方案进行比选。原则上采用施工方便、造价经济的标准化、预制装配化结构，推广采用《公路桥梁通用图》2007年12月版。以装配式空心板、小箱梁、T梁为主，为保证桥梁整体协调性，除特殊和复杂桥梁外，一般桥梁跨径建议按下述范围选取：

墩高H＜10 m时，选用10～20 m跨径；

墩高10 m＜H≤15 m时，选用20～25 m跨径；

墩高15 m＜H≤30 m时，选用25～30 m跨径；

墩高30 m＜H≤60 m时，选用30～40 m跨径；

墩高H＞80 m时，考虑采用刚构。

原则上常规桥梁L=6～10 m采用钢筋混凝土空心板, L=13～16 m采用预应力混凝土空心板，L＝20～35 m采用装配式预应力混凝土小箱梁，L ＝30～50 m采用装配式预应力混凝土T梁，按传统的观念，跨径与墩高的关系按桥梁美学原则，一般应选择比值为0.618～1之间，通过经济比较，往往也是经济的。但是对于地形起伏变化频繁，交通运输条件差，预制场地困难，大型起吊设备难以到位的地区尽量选用小跨径结构。

（二）、现浇结构

对小半径、平面变宽度、横向大超高、立面大纵坡线形、平纵横要求适应性强、外观平顺、桥型美观的桥梁，如处于枢纽、互通匝道和服务区段内桥梁，一般考虑设置为现浇连续梁桥。常用构造尺寸情况如下：

(a)原则上跨径小于20 m箱梁采用普通钢筋混凝土箱梁，20 m及以上采用预应力混凝土箱梁。

(b)箱梁梁高取1/18～1/20箱梁跨径，但不得小于1.4 m。20 m跨h=1.4 m，25 m、30 m跨h=1.6～1.7 m，35 m跨 h=1.9 m。悬臂端部厚16 cm，悬臂根部高45 cm，顶板厚度25 cm，底板厚度22 cm。独柱墩底板加厚到24 cm。

(c)弯道（R≤250 m）上的箱梁必须视跨径长度、箱梁半径在箱室内设置1个或多个中横隔板，中横隔板间距小于等于12 m，横隔板宽度采用50 cm。

(d)设双支座支撑时，端横梁视中跨大小取80～120 cm，中横梁视中跨大小取100～150 cm；独柱墩中横梁酌情增大，视中跨大小取130～180 cm。

(e)原则上跨径35 m以上预应力箱梁等宽段腹板取55 cm，边肋端部变化为75 cm，如果为多室则中肋变化为95 cm。跨径35 m以下预应力箱梁等宽段取45 cm，边肋端部变化为65 cm，多室中肋变化为85 cm。变化段长度为12倍腹板宽度差。多室箱梁取中肋变化值。预应力混凝土箱梁腹板端部设计为变宽。

2．下部结构设计

（一）.桥墩

墩高H＜30 m时采用柱式墩，墩高H＜40 m时宜采用等截面实体薄壁墩，墩高H＜50 m时宜采用等截面空心薄壁墩横桥向墩宽500 cm，墩厚取250 cm，壁厚纵横向可分别取80 cm和60 cm设计，1/2墩高处设水平隔板。墩高50 m＜H＜70 m时宜采用变截面空心薄壁墩横桥向墩宽500 cm，纵桥向墩顶宽取250 cm，按50∶1放坡，壁厚纵横向分别取80 cm和60 cm设计，沿墩高每20 m左右间距设水平隔板。

（二）.系梁

（a）桥墩高度(含盖梁)超过9 m时，考虑在桩顶设置横系梁。地震基本烈度大于等于Ⅷ度的地区，墩高大于7 m桩顶设置横系梁。

（b）处于横向陡峭山坡上的桥墩，原则上采用高低墩形式，地系梁的位置处于两桩顶高差的1/3处，减少系梁开挖。

（三）.桥台

（a）柱式桥台

原则上应用于较平坦地势，填土高度h＜5 m。

（b）肋板式桥台

原则上应用于较平坦地势，填土高度h≥5 m。适用范围较广，但高度不宜超过11 m。

（c） 重力式U型桥台

原则上应用于地基条件较好的山区。根据《墩台与基础》规定，U台适应的填土范围为4～10 m。U台一个很大的好处就是可根据地形合理分台阶以适应横向、纵向陡坡地形，减小开挖。

（d）薄壁台

平原区填土高度h≤6.5 m的小桥，可采用薄壁台，软基段宜控制在6.0 m以下。现运营的高速路中有些薄壁台出现开裂现象，设计时应特别引起注意。

三、提高中小跨径公路桥梁耐久性的措施

中小跨径公路的建设已经成为公路建设的主要部分，如果提高耐久性问题就成为了必须关注的问题。如果提高耐久性，就应从公路建设的初期做起，无论是前期的选材、建设、及后期的维护蹬蹬。以下就从耐久性问题的设计、施工、养护三点入手。

1、设计阶段提高耐久性的方法

改进设计方法，增大构件设计的安全系数；加强对结构局部受力分析验算的要求；针对超载问题，从设计的技术层面采取应对措施；强化、重视附属结构的设计；重视温度、收缩、徐变、不均匀沉降等次要因素的控制与计算；桥梁设计要考虑养护检查、维修保养的便利性；简化结构设计、明确构件受力状态。

2、施工阶段提高耐久性的手段

设计与施工相结合，注重施工阶段临时施工荷载的验算；严格对混凝土保护层、钢筋存放除锈、浇筑过程中钢筋预埋件位置控制等的施工控制，保证构件的耐久性；严格混凝土浇筑施工质量的控制；严格防水混凝土施工的抗渗性能检测与控制；加强对混凝土配合比的要求。

3、运营养护阶段提高耐久性的措施

加强对桥梁构件的检查与病害监测，重视日常养护和小修；重视防排水系统的养护维修；对主要构件的裂缝、钢筋锈蚀、混凝土损伤提出更加详细的检测、技术状况的评定要求；在养护规范中，加强与细化对影响桥梁正常使用和受力状态的附属结构的检查和维修工作；加强对超重车过桥的管理。

四、结束语

中小跨径桥梁是公路建设的重要内容，在公路桥梁总数中占有很大比重。因此，做好中小跨径桥梁的施工设计，对于公路建设有非常重要的意义。在中小跨径桥梁设计中，设计人员应从桥梁施工的具体情况出发，结合设计标准规定，从整体上对工程设计的关键问题进行准确把握，以保证桥梁结构的安全性、经济性和实用性，保证桥梁的施工质量，促进我国公路建设事业的发展。

参考文献：

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