对市政工程桥梁设计要点分析

2015-03-20王明

城市道桥与防洪 2015年3期

关键词：桥台主梁市政

王明

(兰州市城市建设设计院,甘肃兰州 730000)

对市政工程桥梁设计要点分析

王明

(兰州市城市建设设计院,甘肃兰州 730000)

随着现代社会不断发展,交通运输事业对道路的需求也不断提高。目前已经存在的市政工程桥梁总体安全稳定,但同时也存在着严重的破损问题,不时发生垮塌事故,给社会造成了不良的影响。市政工程桥梁的安全运行需要从设计入手,依据多年的市政工程桥梁设计经验,对设计需要注意的问题进行分析,在设计中考虑加大验算荷载、采用有效的抗倾覆构造措施,以免出现较大漏洞,不断完善市政桥梁的防排水系统,使桥梁使用更加耐久。

市政桥梁;交通运输;设计;管线

0 引言

随着我国现代社会的不断发展,城市发展更加迅速,市政工程建设取得了前所未有的进步。为了进一步提高城市完善度,市政工程需要不断结合目前社会发展形势进行统筹思考。市政工程中的各类建筑物属于基础设施,是城市生存发展不可缺少的基础,对于提高人民的生活水平与对外开放非常重要。市政桥梁的设计与一般的桥梁有所不同,需要在安全稳定的基础上,更加强调与影响、周围环境的协调,并结合各种管线的布局。市政桥梁结构形式主要有梁式、拱、悬索等,在材料上主要包括混凝土、钢与石材等。

1 目前桥梁设计中存在的问题

1.1 桥梁设计欠完善

面对桥梁这样的大型工程而言,其设计需要有完善的规范。在桥梁的设计与施工过程中,都需要严格遵守这种规范。在设计规范中,要求设计人员遵守国家、政府或其他相关的设计规范,不可对工程设计进行随意更改,对于更改的内容,需要做好相关的记录,以备复核与查阅［1］。

1.2 设计人员队伍不完善

市政桥梁工程的设计需要专业人员队伍才能够完善。目前在这一领域,参与桥梁设计的人员存在着各类的问题,一些技术人员对于工程力学基础知识掌握不高,无法通过完善的理论知识体系对桥梁进行承重分析。目前的市政桥梁工程还需要不断与创新进行结合。另外在设计人员队伍中还可能存在着理论知识丰富,但实践经验缺乏的设计者。这些设计者对于桥梁的承重计算都没有问题,但容易对现实中的施工与相关的细节把握不好,造成施工困难,成本增加,甚至有可能会造成实际载重能力不足。所以说,市政桥梁设计者不仅要有扎实的知识,更要有丰富的工作经验,充分考虑桥梁所处的环境,结合桥梁结构的安全性与使用耐久性［2］。

1.3 未充分考虑实际承载力

市政工程桥梁的功能有所不同,在实际的设计中,要结合实际应用与载重进行个性化的结构设计。如果桥梁频繁接近载重极限,则需要在结构设计时有所区别。另外对于城市未来的规划也要充分把握,随着社会的发展,桥梁承受的运输量不断增加,所以桥梁的设计需要满足社会发展需求,做到可持续化的应用设计。

2 市政工程桥梁设计原则

桥梁要有足够的承载能力和桥面净空,确保在保证车辆与行人通告的前提下,也对将来交通增长能够满足。建在通航河流或需跨越其他路线的桥梁,空间应该满足最大泄洪需求,对于靠近村庄的桥梁,要考虑综合应用,满足管线需求。对于建成的桥梁要保证使用年限,并便于检查和维修［3］。第二,体现成本合理性,一切设计必须经过详实技术经济比较。使桥梁的总造价和材料等消耗最低;选用的桥梁结构形式要便于制造和架设,应尽量采用先进工艺技术和施工机械,以减少劳动强度。加快施工进度,保证工程质量和施工安全;采用的建筑材料应因地制宜,就地取材,并具有良好的耐久性,尽可能降低日后营运养护费用,取得最佳经济效果。第三,要保证整个桥梁结构与构件在制造、运输、安装和使用过程中具有足够的稳定性和耐久性。对于刚度的要求,应使桥梁在一定余量的荷载作用下的变形不超过规范规定的容许值,避免挠度过大而影响正常行驶,甚至危及桥梁结构的安全。稳定性是指要使桥梁结构在各种外力作用下,具有能保持原来的形状和位置的能力。结构的耐久性,是要使桥梁结构在正常的使用年限内不过早地发生破坏而影响正常使用,例如桥梁裂缝宽度不超过规范规定的容许值等。另外还要满足美观上与环保上的要求。尤其是对于市政桥梁而言,其对城市的美观作用更为重要,使桥梁与城市其他建筑结构融为一体,所以需要选择最为优化的设计方案。在进行桥位选择与基础方案时,要综合考虑水、空气、噪声影响,采用必要的工程控制措施,把不利影响降低到最小［4］。

3 设计要点

3.1 设计的方案选择

道路桥梁设计方案的基础就是具体问题具体分析,对于道路桥梁设计的具体施工方案进行合理的调查与现场勘查,充分考虑影响道路桥梁设计的各种施工因素,设计过程中要以实事求是为原则,从具体实际出发,这样设计的施工方案在施工过程中才能达到预期的效果与目的,为此,在设计前要对其影响因素进行全面细致的考察,选择最佳的施工优化方案进行设计,以便在施工中充分发挥设计的作用。

3.2 主梁设计

简支梁结构依据设计要点的不同分为装配式以及整体式,装配式的主要特点是可以将预定的相关主梁配件分开进行运送,施工时再进行装配成梁,该支梁在设计过程就能使用自动化以及机械化的工程技术,减轻了劳动强度并有效减少材料浪费,使工程的施工效率大大提升,而且减少季节对工程施工的影响力,这些都是人们选用装配式简支梁的原因,为了满足桥梁上部承重要求,主梁结构人们一般选用的造型有:形和箱型两类,箱型仅在混凝土结构主梁中被使用,该类主梁在设计时要注意保持一定的间距和片数,间距和片数呈反函数关系,梁高以及细部尺寸的确定需要进行一定的荷载计算,如主梁分布呈对称形式,则荷载分布也呈对称形式,选用杠杆法计算主梁的荷载量,反之则选用偏心受压法来计算,两种计算方法的共同之处是均选用最大的内力值来进行荷载标设计。

3.3 下部结构设计要点

下部构造设计主要指桥梁墩台的设计,对于常见高度的桥墩,即墩高小于40 m 的桥墩多采用柱式墩或Y 型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工时外观质量易控制,且与桩基衔接方便,平原地区使用较多。但从美观角度来说,方柱棱角分明,与上构梁体协调,有一定的视线诱导性,较美观。Y型墩施工较复杂,在墩高较矮时,从工程造价上考虑不经济［5］。

3.4 桥台设计

桥台结构的设计应主要注重于型式的选择。装配式简支桥梁有三种常用桥台,轻型桥台和钢筋混凝土浇筑的薄壁桥台以及埋置式桥台。轻型桥台结构型式具有体积小的特点,其设计应用可作为一种挡土的翼墙结构。钢筋混凝土薄壁桥台在设计时台身可被掩藏在桥梁护坡内部,仅以设计的视角看,既能消弱小桥台处的荷载力,又能在桥台处留下充足的空间,但是,混凝土结构的桥梁护坡主要作用是保护桥梁表面,因此其一旦被洪水冲垮将导致桥台外露,因此,设计桥梁护坡时务必要检测其强度以及稳定性能。

3.5 桥墩型式选择

装配式简支桥梁结构设计中普遍采用双柱式墩,十字墩或矩形薄壁墩等型式,其中单幅双柱式桥墩结构型式应用较为普遍。考虑到以往在道路桥梁结构设计中出现的问题,笔者希望在今后的设计工作中应注意对于桥墩结构型式的选择要极为谨慎,如在岩溶性地带、桩基础施工困难地段应根据实地情况避免过多地设计桩基,单柱单桩的设计为宜;而拟建施工现场位于河谷或受到滚石威胁时,则应考虑设计增强桥墩结构的整体抗撞击能力,亦须单柱单桩设计为宜;对于高位墩柱长桥的情况,则应考虑到桥梁上部结构荷载累积变位的问题,采用双幅两柱整体下部构造设计为宜。

3.6 上部结构设计

桥梁防水设计中,有的只采用有隔水功能的混凝土进行隔水。但该类混凝土打造的防水层性能较刚,一旦出现裂缝其防水功能便大受影响。在设计桥体主梁时要注意将其的伸缩变化考虑进去,避免因主梁型号问题,使得主梁端口在最高温或最低温时出现被损伤的情况。设计伸缩缝时既要注意满足主梁横纵伸缩要求,也要注意其防水功能［6］。在选择伸缩缝时,桥体两端处要注意选择有翘头的,将桥体的伸缩缝整合在一起最后成为具有闭合功能的U型槽,这样可防止分联梁端以及分联墩盖上出现积水沿伸缩缝隙侵入的情况。

3.7 抗震设计

对一般桥梁工程，可按规范所规定的简化方法进行结构抗震设计。我国规范是采用反应谱理论进行抗震设计，即根据设计烈度，以简便的地震荷载系数计算地震惯性力，作为地震荷载，然后以一般结构静力计算步骤求得结构最大内力和变位，使其控制在规范容许值的范围内来确保结构的抗震安全。对大跨度或特别重要的桥梁结构，应对结构进行地震动力分析(地震反应分析)。分析的方法一般是直接根据建桥地区在强震时地面运动的加速度记录，依照动力学的原理，对结构作地震动力分析计算。对于已经建成的桥梁结构，如不满足现行规范抗震设防的要求，也可通过结构地震动力分析作进一步的抗震鉴定和决定最优加固方案。抗震强度及稳定性验算［7］。桥梁的抗震设计要根据安全和经济两方面统筹考虑，针对不同强度的地震采取不同的设计方法和要求。桥梁抗震强度及稳定性验算一般只需考虑水平地震荷载，并在顺桥和横桥两个方向分别进行计算，主要验算地基承载力、桥墩的水平地震荷载及内力、桥台的土压力和水平地震力等。