桥梁设计中应考虑的几个问题

1、桥梁设计中应考虑的几个问题1、平安是桥梁构造设计的前提随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速开展，城市交通运输十分繁忙，车速也在不 断提高，桥梁构造不光要求构造自身的受力平安，而且要求桥梁构造的平安。在作XX市大渡河龚嘴电站大桥设计中， 我们设计组也进展了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁， 有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁构造形式。根据实际的地形、地质、地物，最后综合比拟选 择了中承式拱桥，一跨135米跨过，保证了急流的大渡河流水断面和桥梁构造自身平安该桥验算荷载为特种荷载-300 ,已于1999年10月通车，并进展了动、静载实验，运行良好。 又如在大营坡立交桥设计中，桥墩是采用圆柱还是方柱问

2、题上，我们设计组也进展了构造分析和讨论，最终一致选择用方柱，保证桥墩的构造刚度因上部构造传下的偏心弯矩较大，方柱的四角采用了 R15cm的圆角，以尽量减少桥下车辆对桥墩摩擦引起桥梁构造的不平安 和增强桥梁建筑的美观。2、经济是桥梁构造设计的保证一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，假设它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。 在XX市大渡河龚嘴电站大桥设计中，定下采用中承式拱桥后，拱圈是用钢筋碎呢， 还是钢管碎？经过比选， 我们设计组采用了变截面钢筋碎拱圈。因为本桥地处偏远大山之中的大渡河上，当地的砂、石料比拟丰富，可就地取材，而钢管拱不仅昂贵，且钢管运距也相当远。故在桥梁

3、设计中，在满足构造平安的前提下， 应尽量地考虑经济。3、功能在桥梁构造设计中也不应无视.word.zl.城市桥梁不同于公路桥梁， 在城市交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。如果不综合考虑交通功能， 下行车辆撞击桥墩或有关桥梁局部，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。作为桥梁设计人员必须注意这一点来进展桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。在XX市都司路高架桥跨越中华路的大南门穿插口位置，设计者在地面设置了交通 导流环岛，一跨20米跨径的桥梁正好处于环岛内。桥梁建成后，随着城市的开展，车辆的 增多，该穿插

4、口经常塞车，不得已取消了地面环岛。由于该穿插口的桥梁跨径较小，导致左 转车辆的行车轨迹不顺畅，司机抱怨连天，这无疑是桥梁设计败笔。4、美观是桥梁设计必须考虑的一局部城市桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、 精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美 观的效果。比方在城区建一座二、三十米跨度的立交桥，不管用钢还是预应力碎，通常的做法是用一根等截面梁跨越， 但由于人们的视觉有错觉， 所以往往把这根梁看成是带下垂挠度 的弯梁，看起来很不舒服，甚至有怕它掉下来的危险。我们在XX市中心环南线 XX洞路一玉厂路立交桥方案设计中， 有

5、意把梁底线作成反拱线， 在桥墩支点处稍微增加一点材料，但给桥下车辆和行人一种平安美的感觉。实际上呈反拱的下弦就等于是一根弧形托梁，这是一种最简单的支承，它融合在梁体内，变得看不出，可它能起到美化桥梁的作用。综合考虑以上四项标准来进展桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易， 建成后的桥梁才是平安美、经济美、功能美与环境、视角美。国内桥梁设计存在的主要问题.word.zl.具体的设计过程按承载能力和正常使用两种极限状态来进展。前者是控制构造在丧失效劳能力临界状态时的承载能力、设计的根本原那么是要求荷载效应不利组合的设计值，必须小于或等于构造抗力的设计值。利用荷载平安系数、材料平安系数及工作条件

6、系数来考虑不确定因素作用下的构造总体的平安储藏，是一个半概率的极限状态设计法。可以认为是对平安性要求的保证。后者控制构造在正常使用状态时应力、裂缝和变形小于一定的限值，对应于适用性的要求。暂且不管这些控制方程和计算理论是否完全合理，它们至少从定性和定量的形式上保证了平安性和适用性两项要求，而对于经济、美观的要求那么没有具体的指标进展衡量。当然,在方案设计和评审阶段会考虑到经济和美观的要求（中小桥梁主要关注经济性，而大型和特大型桥梁对美观问题越来越重视）；但需要指出的是该阶段对经济性的评估往往是只注重 考虑建立本钱，而对于后期的养护、 维修等的长期综合本钱缺乏考虑，因此这种评估经常是比拟片面的。

7、一个典型的例子是斜拉桥的换索问题。由于目前技术水平的限制，斜拉桥拉索的平均使用寿命在 20年到30年之间，也就是在其服役期期间至少要进展一次换索，如果 考虑到后期换索的巨大投入，那么在跨度1000米以下的桥型竞争中，悬索桥与斜拉桥在经济性方面的差距将大大减小。现在，国内的构造设计过程中， 有这样的倾向：设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重 视强度极限状态而不重视使用极限状态，而构造在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视构造的建造而不重视构造的维护。实际上，目前的桥梁设计中， 对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进展专门的耐久性设计从材料、

8、构造措施及设计程序上上保证耐久性，并明确声明在何种维护和使用条件下，桥梁具有哪种程度的耐久性。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、 构造使用性能差、使用寿命短的不良后果；也与国际构造工程界日益重视耐久性、平安性、 适用性的趋势相违背；也不符合构造动态和综合经济性考虑构造建立、使用、维护等整个.word.zl.周期的费用的要求。桥梁平安性、耐久性差的主要原因1施工和管理水平低国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁平安性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有到达标准和设计要求，典型的问题包

9、括材料强度缺乏和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁平安造成致命的损害。而大量的桥梁在远没有到达预期使用寿命时，出现了影响正常使用的病害与劣化；特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性缺乏的问题，这也与施工质量低下有重要关系，典型的问题有钢筋保护层缺乏及目前广泛存在于施工现场的严重的构 件开裂问题主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合 理等。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对构造的长期耐久性产生非常不利的危害。2设计理论和构造构造体系不够完善在成认施工存在问题的

10、同时， 也不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使 用期平安性的问题还有许多可以改良的地方。构造设计的首要任务是选择经济合理的构造方案，其次是构造分析与构件和连接的设计，并取用标准规定的平安系数或可靠性指标以保证 构造的平安性。.word.zl.许多设计人员往往只满足于标准对构造强度计算上的平安度需要，而无视从构造体系、 构造构造、构造材料、构造维护、构造耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证构造的平安性。有的构造整体性和延性缺乏， 冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过 小、钢筋直径过细、构件截

11、面过薄；这些都削弱了构造耐久性，会严重影响构造的平安性。不少桥梁、虽然满足了设计标准的强度要求，仅用了510年就因为耐久性出了问题影响构造平安。构造耐久性缺乏已成为最现实的一个平安问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强构造耐久性。不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对构造体系提出不同的布局和构造等方面的要求。标准再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、标准更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速开展对构造提出的各种新的要求。 因此，合理可靠的构造设 计除了满足标准的要求外，还要求设计人员具有对构造本性的正确认识、 丰富的经历和准确 的判断。需要改良和努力的方向1应该更加重

12、视构造的耐久性问题桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、 地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致构造各局部不同程度的损伤和劣化。 在大跨桥梁领域，国内从上世纪80年代以来， 修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因 为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失。.word.zl.需要指出的是，很多这类问题与没有进展合理的耐久性设计有关， 这也促使人们重新认 识桥梁的耐久性问题。 大量的病害实例也证明， 除了施工和材料方面的原因， 影响构造耐久 性

13、的决定性因素是来自构造上也即设计上的缺陷。国内从上世纪90年代开场重视了对构造耐久性的研究，也取得了不少成果。这些研究大多是从材料和统计分析的角度进展的，对如何从构造和设计的角度及如何以设计和施工人员易于承受和操作的方式来改善桥梁耐久性却很少有人研究。而且，长期以来，人们一直偏重于构造计算方法的研究，却无视了对总体构造和细节处理方面的关注。构造的耐久性设计与常规的构造设计有着本质的区别，目前需要努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析开展。国外的桥梁设计有鉴于耐久性缺乏导致的严重损失，近年来十分重视提高构造物的耐久性并将其作为重要的设计原那么，统一考虑合理的构造布局和构造细节，强调使构造易于检查

14、、维修，以保证桥梁的平安使用、尽可能地减少维修费用，取得了较好的综合经济效益。实际上，国内外的研究和实践都说明，构造耐久性对于桥梁的平安运营和经济性起着决定性 作用。2重视对疲劳损伤的研究桥梁构造所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在构造内产生循环变化的应力，不但会引起构造的振动，还会引起构造的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷， 在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐开展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观作用下，这些微缺陷会逐渐开展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。.word.zl.裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、

15、构造的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检 测到，但其带来的后果往往是灾难性的。疲劳损伤过去一直被认为是钢桥设计中的核心问题，由钢构造疲劳引起的钢材开裂案例较多，亦有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的例子。近20年来，疲劳损伤的研究已进入混凝土构造，但对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土构件的动态性能和疲劳性能的研究还需加强。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个构造而言，事实上桥梁构造常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个构造的失效，例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。3充分重视桥梁的超载问题汽车超载主要有三种情况： 其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。 前两

16、种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通 量的增加；后者是车辆使用者 XX超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的构造破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的平安性和耐久性。例如，混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下， 可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土构造内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的构造产生裂缝或本来较小的裂缝成

17、为超 出标准允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对构造长期的使用性能和耐久性产生不利的影响，因此除了交管部门要加强管理外，也需要对超载带来的后果进展研究、分析。.word.zl.4积极借鉴国外的经历和成果国内桥梁设计存在的主要问题是构造正常使用性能差指与设计期望相比，可归结为适用性能差，包括桥梁的过大振动、线形不平顺、接头跳车、构造开裂和过大的变形等、耐久性和平安性差包括使用寿命短、维护费用高、平安事故较频繁等。这些问题的产生固然与目前国内施工质量和管理水平较低有关，但平心而论，既然这种现状不能在短期内得到解决，那么作为工程设计人员就应该在正视这一问题的前提，充分考虑到现阶段的施工和管理水平和

18、材料工艺水平，采用适当的平安度、适当的设计方法来保证桥梁使用性能的到达，这才是更为主动和有效的方法。特别是桥梁存在的耐久性和平安性问题很多与构造体系或使用材料选择不合理及构造细节处理不当有关。在欧洲国家如德国、丹麦等，非常重视对构造物进展性能设计即PBD,Performance Based Design，内容包括构造的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲劳性等。PBD研究主要是为了使构造在运营过程中除了保证最低的平安性要求外，尚应有良好的使用性能包括寿命和耐久性、抗腐蚀、耐疲劳性、美观等。就其本质而言，欧洲国家的 PBD理论，主要研究构造在使用过程中表现出来的效劳性能，分析使性能受到弱化的原因和其发生的机理、规律，寻求新的构造设计理念和方法。从欧洲人的观点来看，PBD似乎