关于公路桥梁设计问题的探析

【摘要】加强公路桥梁工程的建设力度，不仅促进了国民经济的稳定增长，还为人们的日常出行提供了极大的便利。与此同时，人们不单单只是关注公路桥梁工程的使用性能，更多的是关注公路桥梁的安全稳定性，这是由于近几年由于质量问题而引发的安全事故不断上升，造成了非常惨痛的后果，逐渐受到了相关各方的高度重视。本文从预应力混凝土现浇梁桥上部结构应力问题、桥梁预制梁以及板布设问题、桥梁下部柔性高墩的设计方法等方面对公路桥梁设计的问题进行了探讨分析，最后阐述了山区高速公路桥梁设计要点。

【关键词】公路桥梁设计；上部结构桥；预制梁；高墩设计；设计要点

提高公路桥梁工程的施工质量，确保公路桥梁结构的可靠度性，需要从公路桥梁的设计出发，只有制定出科学合理的设计方案，才能促使工程项目的顺利开展，有效避免安全隐患的发生。以下就公路桥梁设计中的几点问题进行探讨分析。

一、预应力混凝土现浇梁桥上部结构应力问题

预应力混凝土现浇梁桥的配束原则：

1、应选择适当的预应力束筋的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束筋，以达到合理的布置型式。避免造成因预应力束筋与锚具型式选择不当，而使结构构造尺寸加大。因为，当预应力束筋选择过小，每束的预加力不大，在大跨结构中造成布束过多，因构造尺寸限制布置不下时，则要求增大截面。反之，在跨径不大的结构中，如选择尺寸与预加力很大的单根束筋，也可能使结构受力过于集中而不利；

2、预应力束筋的布置要考虑施工的方便，也不能如钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束筋，而导致在结构中布置过多的锚具。由于每根束筋都是一巨大的集中力，这样锚下应力区受力复杂，因而必须在构造上加以保证，为此常导致结构构造复杂，而使施工不便；

3、预应力束筋的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力；

4、预应力束筋的配置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与梁桥体系，构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系；

5、预应力束筋应避免使用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束筋的效应。需要注意的是，预应力混凝土连续梁桥做结构设计时，各个截面的应力是有一定的取值范围的。最好将结构设计为全预应力结构，各个截面没有拉应力而有一定量的压应力储备。若无法通过调束使各个截面均为压应力，则允许个别截面存在拉应力，拉应力的取值以不超过2MPa为宜，即各控制截面允许出现不使截面开裂的拉应力。

二、桥梁预制梁、板布设问题

桥梁最常见的桥梁结构就是预制结构。预制结构桥梁就是桥梁的上部结构在预制场地提前预制好后，通过施工机械直接架设到桥梁的下部结构上。预制结构桥梁的优点是设计简单、施工方便快捷、节省造价。因而，可以从设计到施工上批量生产的预制结构桥梁成为桥梁设计方案的首选。但是，对于预制结构桥梁来说，它也有一些局限性。

首先，预制桥梁的上部结构理论上讲必须是标准长度跨径。因而，如何合理的应用标准跨径板、梁来布设桥孔方案是预制结构桥梁最基本的问题。

其次，预制结构板、梁除了跨径都为标准跨径外，它自身结构也都为直线结构。然而，有时由于地形地势的影响，往往其平面线型均带有一定的曲线半径，因此，直线预制的板梁如何布设到平曲线上，并且整体线型必须满足平曲线的线型布置便是预制结构又一突出的问题，也就是直线结构在曲线线形上的拟合问题。

总之，预制结构桥梁方案拟定的合理与否以及预制梁、板布置方法的优劣将会对该桥的施工进程、造价产生严重的影响。只有合理的方案拟定，科学的板、梁布置才能充分发挥预制结构标准化、装配化的优点。

需要注意的是，预制结构桥梁方案拟定好之后，在做细部设计时，最先遇到的问题就是预制板或预制梁的布置问题。预制的板、梁结构一般都是直线结构，往往就会产生出很多细节上的矛盾。如果板、梁布置的精巧合理，就可以充分发挥预制结构可批量生产的优势，加快施工进度，降低造价。反之，如果板、梁布置不当，往往非但不能提高施工效率，反而会给工程建设增加难度，影响施工进度，为了求快反而慢，增加费用，得不偿失。因而，解决好上部构造梁、板布置与平面曲线的适应关系是设计好预制结构桥梁的一个关键问题。因此，桥梁设计工作者，做预制结构桥梁设计时，在梁、板布置方法上需下功夫，选择一个更加巧妙的布置方法，尽可能的充分发挥预制结构的优点。

三、桥梁下部柔性高墩的设计方法

集成刚度法是指把单层多跨结构，逐跨浓缩为两端具有抗推的弹性支承的单跨结构，从而逐跨解析结构内力。结构抗推（拉）的刚度用一弹簧表示，利用弹簧模型的串、并联关系模拟刚度的集合。集成刚度法计算柔性桥墩的主要概念有两点，一是用串联的和并联的弹簧结构来模拟柔性墩及其支座，二是由一端岸墩起逐孔的将若干孔桥梁的总抗推刚度推算出来，称为集成刚度，用以解算全桥的位移和受力。对于连续梁桥，墩顶橡胶支座可视作水平弹性支承，故桥墩与其支座的集成刚度可认为是串联关系，而各个桥墩之间，由于有共同的上部结构连接因而位移相同受力却各自分担，可认为各个桥墩之间是并联关系。在应用集成刚度法的具体计算过程中，应该注意在首次水平力计算完毕后，应对各墩台分配到的水平力和桥梁支座摩阻力进行比较，确定是否需要再分配计算。下部墩柱水平力的计算。下部墩柱水平力主要包括汽车制动产生的水平力和温度变化产生的水平力。集成刚度法就是通过计算出一联桥墩台各自的刚度以及该联桥的总抗推刚度，通过各墩台自身刚度占该联桥总抗推刚度的比例来分配该联桥的制动力和温度力，以求解各墩台所承受的水平力。然后通过该水平力求得墩台所承受的最大弯矩，并计算出墩台的竖向力，进行配筋计算和裂缝验算，完成整个墩台的下部结构设计。

四、山区高速公路桥梁设计要点

为保证行车的舒适性，结构经久耐用而且实用，山区高速公路大、中桥一般采用先简支后连续或墩梁固接的连续――刚构混合体系。由于全刚构体系墩高相差较大，需通过调整桥墩的线刚度来改善桥墩受力，会使得桥墩的尺寸增多，美观性降低，同时施工也比较麻烦。全连续结构太长，行车舒适性差，墩台所受的水平力较大。所以应根据地形，将中间墩高较高，刚度相差不大的相邻几个桥墩固接起来，利用其柔性来适应桥墩所受的温度收缩、徐变、制动力等水平力，较矮的边墩设置滑板支座或橡胶支座，形成连续梁。这样的刚构――连续体系大大改善了高墩、矮墩的受力性能。上部构造形式的选择，应结合桥梁具体情况，综合考虑其受力特点、施工技术难度和经济性。下部结构应能满足上部结构对支撑力的要求，同时在外形上要做到与上部结构相互协调、布置均匀。

结束语

确保公路桥梁施工安全不仅可以保证施工人员生命财产安全，同时可以给施工企业带来巨大的经济效益，只有在设计、施工、管理工作中精心设计、动态反馈、及时调整、彻底落实，才能够提供公路桥梁施工的安全保障，从而保证人们的安全出行。