城市橋梁設(shè)計(jì)中若干問題的探討

1、    城市橋梁設(shè)計(jì)中若干問題的探討    匡虹橋 任潤田 陳東 趙國鵬【摘要】為了緩解城市交通壓力，城市橋梁逐漸成為城市道路交通中重要的組成部分。而城市橋梁設(shè)計(jì)對(duì)橋梁功能的發(fā)揮有著非常重要的影響作用。文中從城市橋梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)當(dāng)前城市橋梁設(shè)計(jì)中常見的問題進(jìn)行一定剖析和探討，并給出了相應(yīng)的解決方案，給相關(guān)城市橋梁設(shè)計(jì)提供了一定參考?！娟P(guān)鍵詞】城市橋梁設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)特點(diǎn)；存在問題；解決對(duì)策： k928 ： a【引言】橋梁在城市建設(shè)中的普遍應(yīng)用，豐富了市容市貌，給人們的視覺帶來更多更美的享受。然而在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)依據(jù)、新橋型的選用、耐久性、過橋管線、橋面排

2、水、結(jié)構(gòu)抗震等一系列問題考慮不夠全面透徹，很容易導(dǎo)致橋梁施工或使用過程中發(fā)生一些安全問題，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來損失。因此，對(duì)城市橋梁設(shè)計(jì)中存在問題進(jìn)行探討顯得十分重要。1、城市橋梁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)城市橋梁設(shè)計(jì)受到很多因素的影響，它不僅要滿足基本的城市交通要求以及道路規(guī)劃設(shè)計(jì)，還會(huì)受到城市布局、占地以及接線高度等限制，同時(shí)周圍建筑物以及地下管線等因素也會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定影響。因此，城市橋梁的設(shè)計(jì)除了要滿足其跨越功能之外，還要滿足景觀、規(guī)劃、管線、周邊建筑等一系列邊界條件的要求。使之能與周邊的地物能和諧相處，做到與環(huán)境協(xié)調(diào)一致，真正能融于“城市設(shè)計(jì)”之中。比如城市橋梁設(shè)計(jì)中由于地下管線較為復(fù)雜，橋梁的

3、跨徑、下部結(jié)構(gòu)布置等都會(huì)受到一定的影響。橋梁樁基的位置以及樁基承臺(tái)的高度在受限的情況下則經(jīng)常采用異形承臺(tái)、大跨度承臺(tái)等樣式。又如城市橋梁的設(shè)計(jì)在洪水位高度、城市路網(wǎng)等因素影響下，橋梁的標(biāo)高、跨徑組合等重要的結(jié)構(gòu)體系選擇均要受到較大程度的限制。2、城市橋梁設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)問題及對(duì)策2.1、城市橋梁的設(shè)計(jì)依據(jù)受地物影響及人們審美要求的提高，近年來在城市橋梁的建設(shè)中出現(xiàn)了較多新穎的上、下部結(jié)構(gòu)型式。如在人行過街天橋中采用柔細(xì)的鋼管混凝土墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，在上承式、中承式拱橋中采用單根或多根鋼管混凝土管柱作為拱肋。鋼管混凝土管柱由于周邊鋼板的包裹而具有較高的抗彎拉強(qiáng)度，同時(shí)在鋼箍的作用下，核心混凝土抗壓強(qiáng)度也

4、有明顯提高，但設(shè)計(jì)時(shí)缺少相應(yīng)的橋梁標(biāo)準(zhǔn)，而只能參考建筑類標(biāo)準(zhǔn)。又如目前中小跨徑橋梁中普遍采用的無梁板式結(jié)構(gòu)系參照建筑工程中無梁樓蓋的作用，將原本受力明確的板梁與橋墩蓋梁和二為一，外觀上趨于輕巧，但墩頂梁板的受力則變得復(fù)雜。這方面的結(jié)構(gòu)計(jì)算在市政橋梁的相關(guān)規(guī)范中均沒有指明，因此有必要補(bǔ)充完善相關(guān)的規(guī)范依據(jù)。2.2、城市橋梁新橋型的采用我國現(xiàn)已能生產(chǎn)出堪與國外同類型先進(jìn)產(chǎn)品媲美的大位移伸縮縫以及多向大位移支座，大坡度支座也已在實(shí)踐中經(jīng)受住了考驗(yàn)。板式橡膠伸縮縫、碎石彈性接縫、型鋼組合式伸縮縫等一系列產(chǎn)品的出現(xiàn)及性能的穩(wěn)步提高，為各種跨徑橋梁提供了不同的伸縮量。同時(shí)多向位移支座及坡形支座的出現(xiàn)，也極

5、大地滿足了寬橋、大坡度橋的上部結(jié)構(gòu)的位移需求，因此上部結(jié)構(gòu)向下部結(jié)構(gòu)傳遞較小的水平力，給下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)留下了充分余地。輕巧、美觀的橋墩設(shè)計(jì)不僅節(jié)約了寶貴的城市用地，同時(shí)也給城市市貌增添了一份色彩。如近年來城市立交區(qū)內(nèi)采用的鋼箱梁及鋼砼疊合梁橋，由于施工中搭設(shè)支架少、施工時(shí)對(duì)現(xiàn)狀道路影響較小，且造型更加輕巧美觀的特點(diǎn)，在城市立交中也得到較多應(yīng)用。2.3、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性問題目前，國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)只重視橋梁的安全問題而忽視耐久性指標(biāo)，只重視橋梁結(jié)構(gòu)的建造而忽視結(jié)構(gòu)的維護(hù)。橋梁也沒有明確的使用年限，因此一般只能滿足交付使用最初的幾年，對(duì)后期養(yǎng)護(hù)維修的考慮偏少。而這往往給交通帶來不利影響，引起

6、不利的社會(huì)影響。根據(jù)已建工程的相關(guān)資料，造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的原因有: 橋梁設(shè)計(jì)的耐久性標(biāo)準(zhǔn)低，橋梁設(shè)計(jì)時(shí)主要關(guān)注橋梁的安全性，而沒有對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性提出具體要求；施工過程片面追求工程進(jìn)度，過于追求混凝土的強(qiáng)度和趕工期，使強(qiáng)度得到提升而橋梁耐久性卻不足；橋梁使用過程中缺乏正常的檢測維修，很難發(fā)現(xiàn)橋梁在運(yùn)營過程中存在的隱患，也無法采取相應(yīng)的維護(hù)措施。我國是一個(gè)幅員遼闊的國家，很多地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在一定的差異，各種混凝土在橋梁的使用情況非常普遍。因此，可以對(duì)橋梁混凝土的各種指標(biāo)及結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行必要要求和區(qū)分，比方說混凝土的水灰比、抗凍性、抗?jié)B性、裂縫控制等多方面進(jìn)行嚴(yán)格的要求和規(guī)范。施工時(shí)，還

7、要對(duì)所使用的原材料的質(zhì)量以及施工過程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，盡量減少混凝土性能的變化，從而有效地提升混凝土的質(zhì)量，保證橋梁的安全性和耐久性。由于高性能混凝土具有較高的工作性、耐久性、穩(wěn)定性以及強(qiáng)度，因此橋梁設(shè)計(jì)時(shí)宜盡量采用高性能混凝土和強(qiáng)度較高的鋼筋設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)橋梁混凝土的強(qiáng)度提升，保證橋梁的耐久性。在我國，一些地區(qū)已經(jīng)將高性能混凝土的研究和推廣作為提升城市橋梁耐久性的有效對(duì)策。2.4、城市橋梁管線過橋設(shè)計(jì)過橋管線雖然是城市橋梁的附屬設(shè)施，但對(duì)城市的生產(chǎn)生活有著重要的影響作用。而在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中卻經(jīng)常出現(xiàn)過橋過線預(yù)留空間不足的現(xiàn)象。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員只有掌握了過橋管線的基本種類、數(shù)量以及規(guī)格等資料

8、，才能夠在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮管線，并為管線預(yù)留相應(yīng)的空間及相關(guān)的必要構(gòu)件等，從而避免管線設(shè)計(jì)的缺陷，造成二次施工對(duì)橋梁造成的損壞。隨著城市人口不斷地增長，城市需要進(jìn)行不定期改造。如果原來的管道不能滿足要求，則只能進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容后的管道通常會(huì)裸露在橋體之外，給交通安全埋下隱患，同時(shí)也影響了橋梁的美觀。如圖 l 所示，給水管等過橋管線可從人行道下抽空的橋圖1 管線從人行道下抽掉的橋板位置中通過板位置中通過或從挑出的蓋梁管廊上通過。采用這種管線過橋方法可以保證管線與橋梁成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，并將管線隱藏在橋梁內(nèi)部，同時(shí)不影響橋梁的整體外觀。2.5、橋面排水設(shè)計(jì)問題目前我國在進(jìn)行橋面排水設(shè)計(jì)時(shí)存在的主要問題

9、有：橋面縱橫坡設(shè)置不合理；雨水口或泄水孔設(shè)置不合理；排水設(shè)施構(gòu)造細(xì)節(jié)不當(dāng)。這些問題往往都會(huì)造成橋面排水不暢，造成積水，嚴(yán)重的還會(huì)影響行人和車輛的交通安全。針對(duì)這此缺陷，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì):根據(jù)計(jì)算雨水量，計(jì)算確定橋面排水管數(shù)量；根據(jù)橋梁斷面形式確定排水方式；注重構(gòu)造細(xì)節(jié)的處理；注重與景觀設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)。橋面排水是橋梁工程的附屬構(gòu)造，在實(shí)際設(shè)計(jì)中常常被忽視，但不處理好往往影響橋梁本身的使用，還很容易引起橋梁自身的景觀，造成的后果往往也是人們所預(yù)料不到的。因此應(yīng)讓雨水第一時(shí)間通過集中排水流出橋外，同時(shí)輔以橋面散排，避免橋面積水，影響通行安全。2.6、城市橋梁的抗震設(shè)計(jì)城市橋梁抗震設(shè)計(jì)中存

10、在的主要問題就是橋梁結(jié)構(gòu)的整體性和延性不夠。橋梁的整體性是提高橋梁強(qiáng)度的有效途徑，而橋梁延性則是防止橋梁在地震中倒塌或者斷裂的保障。合理的橋梁抗震設(shè)計(jì)要求橋梁具有良好的強(qiáng)度性能以及延性要求，具體原則如下：選擇合適的建筑場地是保證橋梁抗震性能的前提，在選擇場地的時(shí)候要避免選在地震過程中可能會(huì)出現(xiàn)地基失效的松軟區(qū)域，地基的基礎(chǔ)要相對(duì)堅(jiān)硬，盡量選擇遠(yuǎn)離地震斷裂帶，否則極易出現(xiàn)地震震害。此外要保證橋梁具有良好的整體性，增強(qiáng)橋梁自身的強(qiáng)度，在地震發(fā)生的時(shí)候減少零碎構(gòu)件的掉落。結(jié)構(gòu)宜設(shè)計(jì)成對(duì)稱形式，讓結(jié)構(gòu)均勻地承受地震力，避免在強(qiáng)烈震動(dòng)作用下，出現(xiàn)單側(cè)傾覆的現(xiàn)象。提高橋梁結(jié)構(gòu)的延性一般可通過設(shè)置塑性鉸或者

11、采用減隔震支座來實(shí)現(xiàn)。以達(dá)到耗散能量，延長周期達(dá)到減少地震力的目的，這是避免地震中出現(xiàn)脆性破壞的最佳方式。為了安全起見，引入橋梁延性抗震設(shè)計(jì)和能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)，并對(duì)橋梁進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)，同時(shí)增加橋梁局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施設(shè)計(jì)。設(shè)置多道抗震防線，在地震發(fā)生時(shí)，當(dāng)一道抗震防線遭到破壞后，還有另外其他的防線進(jìn)行保護(hù)，這樣才能有效地避免地震引起的橋梁坍塌現(xiàn)象?！窘Y(jié)語】總之，從一定意義上講，城市橋梁代表了一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及現(xiàn)代化程度，而城市橋梁的設(shè)計(jì)往往起著決定性的作用。如何在城市現(xiàn)有條件下設(shè)計(jì)出符合性更好的橋梁是擺在每一個(gè)設(shè)計(jì)者面前需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。從工程全局的角度出發(fā)，以城市參與者為著眼點(diǎn)控制好每一個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，往往能從根本上解決城市橋梁的各種工程問題，創(chuàng)作出更多更好的精品工程?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范s，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，20