时间：2022-06-05 08:46:22
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇桥梁结构设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
桥梁工程的研究是当今的热议问题，尤其是对桥梁的抗震及其结构的加固，本文主要对这两大问题阐述了自己的观点，介绍了地震对桥梁的危害及改善的方法和桥梁结构加固的几种方法。
【关键词】桥梁 抗震 结构加固
桥梁是一个国家历史与文化的象征，我国自古以来在桥梁建造方面就有着光辉的成就，所建桥不计其数，对人类文明进步作出了非凡的贡献。随着我国路桥交通事业的的高速发展，桥梁工程设计理论也得以发展和完善，很快进入了一个新的时代。
桥梁一般由桥跨结构（或称桥孔结构或上部结构）、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础五大部件组成，这五大部件是桥梁承受车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构，是桥梁结构安全的保证。新的桥梁结构设计应该在桥梁的抗震及其桥梁结构的加固方面有更大的突破，以下我们就针对这两个方面进行分析：
近几年来震灾频发，随着人口密度的增加，地震灾害给我们带来的不良后果也愈发严重。 地震对桥梁的破坏主要是由于地表破坏和桥梁受震破坏引起的。其中地表破坏有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等现象。地裂会造成桥梁跨度的缩短、伸长或墩台下沉。在陡峻山区或砂性土和软粘土河岸处，强烈地震引起的塌方、岸坡滑动以及山石滚落，可使桥梁破坏。在浅层的饱和和疏松砂土处，地震作用易引起砂土液化，致使桥梁突然下沉或不均匀下沉，甚至使桥梁倾倒。在坡边土岸或古河道处，地震则往往引起岸坡滑移、开裂和崩坍等现象，造成桥梁破坏。桥梁受震破坏是由于地震使桥梁产生水平和竖直振动，造成桥梁构件的损坏和破坏,甚至使桥梁倒坍。此外,有些桥梁虽然在强度上能够承受地震的振动力，但由于桥梁上部、下部结构联结不牢，整体性差，往往会造成桥梁上部和下部结构间产生过大的相对位移，从而导致桥梁破坏。
桥梁震害的主要表现是：①墩台开裂、倾斜、折断或下沉；②支座弯扭、断裂、倾倒或脱落；③桥梁上部结构和下部结构间相对位移；④落梁。拱桥受震破坏主要表现为:①拱圈开裂;②墩台下沉；③多孔时墩身开裂、折断；④落拱。一般说来，桥梁震害在高烈度震区比低烈度震区重；岸坡滑移和地基失效处的桥梁震害比一般地基处严重。
鉴于以上震害表现，我们研究了以下几点防震措施：
一、不管对于哪种桥型，都必须充分考虑到地震情况下桥梁结构的水平运动，设置足够强大的横向限位构造。而大多数设计院在设置挡块时一般尺寸有个20～30cm宽就可以了，钢筋也仅仅配到12mm就行，靠这个小块怎能挡住来自地震的冲力。鉴于以上分析，对于高抗震地区一般小跨径的简支板梁，挡块推荐采用水平尺寸大于40cm的，对于连续梁桥，挡块应大于50cm，也可以在支座内侧设置内挡块，挡块尺寸可以更大一些。对于钢筋布置，挡块竖向与桥墩或盖梁的连接钢筋建议采用25mm的，间距150mm比较合适。
二、对于高墩桥梁，由于地震力对上部结构形成很大的水平力作用，因此墩柱的构造配筋就也显得非常重要，很多桥梁也是由于墩柱破坏造成了整座桥梁的坍塌。
对于桥梁墩柱的配筋布置，由于我国相关桥梁抗震规范的落后，造成具体设计时无法可依。很多设计单位在抗震设计时，仅按照对桥梁上部结构进行抗震验算得到水平力后对墩柱进行抗弯、抗剪验算即可，而没有考虑到抗震构造的一些配筋布置。这些构造配筋布置主要就是考虑到高抗震要求情况下，墩柱刚性抗弯不足时，形成塑性铰，仍然可能继续满足抗震要求。
根据AASHTO规范的相关抗震要求，对于抗震地区的抗震墩柱，要求其面积配筋率大于2%，对于抗震地区的非抗震墩，其面积配筋率需大于1%。根据对在一座高抗震地区桥梁设计时的对墩柱的验算，按照AASHTO规范进行抗震配筋构造布置，远大于按照水平地震力对墩柱的抗弯抗剪要求。同时，对于抗震地区的相关构件的箍筋布置。
三、高抗震要求地区，很多损坏的桥梁都是属于规范规定的重要性程度不高的范围内，而且也都是一些中小桥；但是，由于其损坏造成的损失却相当巨大。对于这些中小桥来说，提高其抗震要求所增加的费用相对非常少，最多也就是将挡块尺寸放大一些，墩柱配筋稍多一些即可。但是如果重视程度不够，造成的影响也是巨大的。这个问题涉及到经济性和安全性的合理平衡，希望新的规范中能够进一步优化。
以上三种方法可减少地震对桥梁的危害，地震我们可以防患于未然，但是，桥梁的牢靠需要我们的及时的修整及加固，举例说明：
近期，桥梁大国的中国桥梁垮塌事故频发，引起社会舆论对公共设施安全问题的关注。2011年7月11日凌晨2时10分左右，江苏盐城境内328省道通榆河桥发生垮塌，两辆货车坠落。该桥梁位于通榆河与淮河入海水道交叉处328省道上，该桥1997年3月通车，至今不足15年。2011年7月14日上午，位于福建南平市的武夷山公馆斜拉大桥突然断裂坍塌，桥上一辆旅游大巴在事故中坠落，造成1人死亡，22人受伤。该桥是通往武夷山景区的主干道，1999年11月开通，至今不足12年。虽然桥梁结构加固一直在倡导，但其存在的安全隐患仍经不起时间的沉淀，相继暴露出来。下面我们以最常见的桥梁结构形式的上部结构及其常见的加固方法进行说明：
桥梁结构加固是通过对构建补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长其使用年限。桥结构加固技术主要有：增设纵梁加固法、受压区增大截面加固法、外部预应力加固法等、锚喷混凝土加固法。
增设纵梁加固法在桥梁墩、台基础稳定，并具有足够承载能力的情况下，可采用增设承载能力高和刚度大的新纵梁，使新旧梁相连共同受力。由于应运中的车辆荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布，使原梁中所受荷载得以减少，加固后的桥梁承载能力和刚度得以提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或两侧时，兼有拓宽的作用。此法适用于梁体结构基础完好，而承载能力不能满足要求的场合或者结合桥梁的拓宽工程进行，并做好新旧梁的横向连接，一般不单独采用。
受压区增大截面加固法：当原桥上部结构构建的承载力不足，截面面积又过小，而墩台及基础较好，承载力较大，可将原有桥面铺装层凿除使其与原有主梁形成整体，对桥面板表面进行处理后再浇筑一层新的钢筋混凝土补强层，从而增大主梁的有效高度，改善桥梁荷载横向分布，用以提高梁的抗弯能力。该方法的缺陷在于凿除桥面时无法采用机械化施工手段，全部作业需要手工完成，用工量较大，工期较长，还可能对原结构造成一定的损伤。
外部预应力加固法运用预应力原理，再增设的构件或原有构件上施加一定初始应力的一种加固方法。采用对钢筋水泥或预应力混凝土梁或板的受拉区施以体外预应力进行加固，以抵消部分自然重力，可较大幅度地提高梁的承载能力，起到卸载、减小跨中挠度、减小裂缝宽度或闭合裂缝的作用。其优点在于在自重增加很小的情况下，能大幅度改善调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。此方法可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可以作为永久提高承载能力的措施，但需要重视加固后体外预应力筋的防腐问题。
关键词：公路桥梁；桥梁结构设计；结构安全；理论研究；问题；探讨
Abstract: With the development of modern bridge design technology, to need to have rich bridge design theory knowledge, try to avoid subjective experience factors effect on the design. This paper, from the current situation of bridge structure design, introduces the common bridge structure design, and the measures of structural design and the design of bridge the problems should pay attention to make analysis and discussion.
Keywords: highway bridge; bridge structure design; safety structure; theory research, problem; explore
中途分类号：U442.5文献标识码： A 文章编号：
进入21世纪，我国经济高速发展，物流运输也伴随经济的发展快速增加。在巨大的交通量之下需要大量的交通通道来保证全国的物流运输通畅。而桥梁作为不可或缺的交通通道，应用得越来越广泛。桥梁最初是作为水上纽带出现，但如今，桥梁不仅仅是水上通道，也是陆地重要的交通枢纽。
作为重要交通设施的桥梁，结构的设计是影响其使用寿命的决定性因素。在结构设计中，稍有疏忽或考虑不周，就会形成安全隐患，不仅是影响桥梁的使用寿命，而且会造成重大安全事故危及人民群众的生命财产安全。因此，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好防患设计，从而保证桥梁的安全性和耐久性，给人们的出行安全和社会经济发展提供强有力的保障措施。
一、我国桥梁结构设计的现状分析
我国桥梁建设在20世纪得到了历史性的发展：实现了跨径大超越；桥型结构和技术有创新；深水大跨桥梁建设技术成熟；桥梁美学理念有所增强。虽然我国桥梁建设发展很快，但桥梁技术的总体水平同世界领先水平相比仍存在一定差距，桥梁建设中还存在很多不足：主要表现在理念和设计、材料、工艺技术创新上；桥梁的安全耐久性是桥梁界关注的突出问题，一些桥梁所暴露出的质量缺陷，不同程度地反映出在设计、施工、材料、养护维修、运营管理等方面存在的缺憾和不足；不少桥梁桥型结构呆板、笨拙，与环境、地貌的协调不足，存在拓展空间；地区、单位之间的设计、施工、科研实力水平普遍不平衡，存在很大差异，致使桥梁设计水平差距很大。
此外，我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善。在桥梁设计领域，尤其在桥梁使用的耐久性和安全性两个方面，还有很多需要改进和有待完善的地方。桥梁结构设计的首要任务是选择经济合理的建造方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并采取规范中所规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的耐久性和安全性。
二、桥梁结构设计中存在的问题分析
目前国内的桥梁结构设计普遍有这样的倾向：很多设计人员往往只是满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，却忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、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结构的安全性。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，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。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，也没有进行专门的耐久性设计。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果；也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背；也不符合结构动态和综合经济性的要求。
1、结构的耐久性设计问题
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，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。大量的桥梁病害实例证明，除了施工和材料方面的原因，影响结构耐久性的根本因素是来自构造设计上的缺陷，与没有进行合理的耐久安全性设计有很大的关联。长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。
2、结构的疲劳损伤问题
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。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，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。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，由钢结构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结构，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处在起步阶段，特别是在某些关键部位的局部疲劳失效问题研究上还很缺乏。
3、桥梁的超载问题
桥梁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；其二是桥梁通行的实际车流量超过设计流量；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加，后者是车辆使用者违法超载营运，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结构破坏事故。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安全性。
三、桥梁结构设计问题的原因分析
关键词：公路桥梁 结构设计 耐久性
0引言
随着社会不断发展，我国公路桥梁建设事业蓬勃发展，取得了显著成果。然而，公路桥梁结构耐久性问题也随之突显，理应引起公路桥梁结构设计、工程施工和维护等相关方面的重视。本文结合多年的公路桥梁结构耐久性设计实践经验，从保证混凝土结构耐久性、保证钢筋混凝土保护层厚度、保证构造配筋科学、保证后张法预应力钢筋管道压浆质量、保证桥面铺装层防水等几个主要方面就公路桥梁结构耐久性设计进行了以下论述。
1结构设计耐久性分析
桥梁建设作为我国的基础建设项目，已经成为国家综合实力的重要体现之一。近年来，我国公路桥梁数量猛增，由于其在经济发展中起着至关重要的作用，人们对其结构耐久性设计越来越加以重视。公路桥梁结构设计的根本任务归根结底就是用最经济合理的途径保证桥梁结构的安全、耐久和适用，使桥梁结构在工程施工和使用期内承受住各种预期的荷载作用。但公路桥梁在建造和使用期间，会遭受来自于环境、有害化学物质的侵蚀，还要承受来自于车辆、风雪、地震、疲劳使用及各种外来因素作用，与此同时，桥梁本身使用的建设材料性能也在逐渐退化，受多种因素影响，桥梁结构各部分必然会有不同程度的损伤和破坏，导致公路桥梁结构耐久性差。大量病害实例表明，除工程施工、建设材料、运营管理和维护等原因外，设计缺陷是影响公路桥梁结构耐久性差的决定性因素。因此，公路桥梁结构耐久性设计在保证经济合理的前提下，还要注意桥梁结构分析、构件和连接的设计，取用规范规定的安全系数或可靠性指标，充分考虑建设材料和环境影响等因素，提高工程施工水平，加强运营管理和维护，以保证公路桥梁结构的耐久性。
2保证混凝土结构耐久性
近年来，我国公路桥梁事故频发，造成重大经济损失，产生了严重后果和影响。经调查研究证实，大多事故原因是由于设计不规范和施工质量差造成。施工过程中偷工减料、以次充好，，结构设计时态度不端正、不严谨，计算失误等等因素造成了桥梁安全隐患存在重大问题。值得深思的是，目前公路桥梁结构耐久性设计，仅仅具有参考价值，而没有计算出具体安全使用年限，更没有对桥梁结构耐久性进行专业调查研究。此种情况不仅造成了桥梁事故频发，也严重违背了国际上对桥梁结构耐久性日益重视的发展趋势。要解决桥梁结构耐久性问题，首先应该保证混凝土结构的耐久性，而提高混凝土本身的耐久性是解决这一问题的关键，这就需要在施工过程中对水灰比例、水泥使用量、强度等级等混凝土材料组成情况进行严格控制把关。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（以下简称《桥规JTG D62》）对公路桥梁结构耐久性设计做出了明确规定，要求公路桥涵应根据所处环境进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求应符合（表1）要求，这也是公路桥梁结构耐久性设计必须遵循的基本原则。
3保证钢筋混凝土保护层厚度
钢筋混凝土由钢筋和混凝土复合型建筑材料构成。保护层厚度是指从钢筋外边缘到混凝土外边缘的最短距离。钢筋混凝土保护层具有提高混凝土构件截面受力性能，保护钢筋不被锈蚀，增强耐火能力等作用。因此，保护层厚度对公路桥梁结构的耐久性、安全性、抗腐性、耐火性等起着决定性作用。我国现行规范中，已对钢筋混凝土受力钢筋保护层厚度提高了等级，可见其对桥梁结构的影响作用。正常情况下，随着时间的延长，钢筋混凝土的碳化程度会随之加深，碳化达到一定程度后，钢筋混凝土表面的强度和密度逐步降低，水蒸汽和其它有害气体随之侵入，此时保护层厚度决定了钢筋混凝土的碳化时间长短，当保护层完全碳化后，钢筋就会被锈蚀。钢筋表面被锈蚀后会产生膨胀力（在混凝土体积中会增加2～4倍），形成向外胀力，并拱裂混凝土保护层，使有害气体直接侵蚀钢筋，从而影响公路桥
梁结构安全和使用年限。由此可以看出，保证钢筋混凝土保护层的厚度是保护钢筋不被锈蚀，提高混凝土结构耐久性、安全性、抗腐性、耐火性的重要举措。《桥规JTGD62》中的普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（表2）规定与国际通用设计规范存在一些差距，设计者应根据实际情况保证钢筋混凝土保护层的厚度。
4保证后张法预应力钢筋管道压浆质量
《桥规JTGD62》中对预应力钢筋管道压浆质量有明确规定，用水泥浆抗压强度要高于30MPa，水灰比应在0.4～0.5之间，可以在试验后掺入膨胀剂以减少收缩）。除此之外，《混凝土结构耐久性设计与施工CCES01》中也有相关说明，预应力钢筋的锈蚀会破坏混凝土结构，且事先发现困难，因此设计时应特别注意，采用必要的防护手段保护。后张法预应力钢
筋管道应尽量使用具备良好密封性的高密度塑料波形管为宜，事先要对钢筋管道灌浆材料和方法进行试验验证，最大程度地减少浆体硬化后形成的气孔，并使用真空灌浆，可适时掺入阻锈剂。
5保证桥面铺装层防水
桥面铺装层的防水对桥面起着重要的保护作用，在结构设计和工程施工中要认真对待。桥面铺装层应使用密实性较好的C30以上等级混凝土，铺装层内设置钢筋网，以防混凝土开裂。或者使用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入XYPEX（赛柏斯）水泥基渗透结晶型防水材料，效果较好。公路桥面铺装层的损伤破坏以及板梁铰缝渗漏水问题，一度引起了相关部门对桥面铺装层的防水施工工艺、施工材料的注意。实践表明，选择适宜的铺装层防水形式不仅可以达到良好的防水效果，保证公路桥梁主体结构安全，更能延长桥面铺装的使用年限，降低工程造价。良好桥面铺装层的防水需具备以下特点：1、与桥面砼粘结性良好，没有起皮和脱落现象发生；2、能与沥青混凝土桥面铺装融为一体；3、没有透水现象发生，耐刺破性能强，具备应有的抗拉强度和延性适应变形能力；4、对桥面砼表面质量没有特别要求，保障施工顺利进行。
关键词：桥梁；下部结构；设计；施工技术
中图分类号：K928文献标识码： A
引言
近年来，随着经济的发展，我国的经济建设取得了非常大的进步。与其相对应的，我国的桥梁工程建设也在此过程中不断的发展着。在桥梁工程的建设中，桥梁下部结构的设计具有非常重要的作用。设计的好坏，将会直接影响着桥梁的安全和质量。进行合理的桥梁下部结构设计，可以使桥梁的上下结构协调一致，从而共同保证桥梁的整体质量。如果设计的不好，将会使桥梁的上部和下部无法进行有效的协调，从而就增加了桥梁的不稳定因素。为桥梁的安全和质量事故埋下了很多的隐患。在进行桥梁的下部结构设计时，一定要考虑到各种影响因素，保证桥梁的下部结构设计符合质量要求。
一、桥梁下部结构型式选用
1、桥墩型式
桥墩的分类方式很多，按受力不同可分为重力式桥墩和轻型桥墩;而按其结构构造可分为重力式实体桥墩、薄壁墩、空心墩、柱式墩、排架墩、框架墩等。
2、桥台结构型式
2.1轻型桥台
轻型桥台适用于小跨径桥梁，与轻型桥墩配合使用时桥跨孔数最多应在3个以下，并且桥梁整体长度最好控制在20m内，单孔跨径应小于13m。桥台台身为直立的薄壁墙且体积小、两侧有用以挡土的侧墙是轻型桥台的主要特点。可在两桥台下部设置钢筋混凝土用以支撑梁，上部结构应利用锚栓与桥台连接，构成四铰框架结构系统，并借助两端后台的土压力来保持系统稳定。
2.2钢筋混凝土薄壁桥台
钢筋混凝土薄壁桥台常用的形式有撑墙式、扶壁式和及箱式等几种，由带扶壁的侧墙、前墙以及水平底板而构成。台顶一般由竖直小墙和支于扶壁上的水平板构成，其作用是支承桥跨结构，挡土墙则是由前墙和间距为2．5-3．5m的扶壁组成。此种桥台适用于填土较低以及河床较窄的软底地基，其构造较为复杂，施工工艺难度较大，且钢筋使用量较大。
二、桥梁下部的结构设计
1、桥墩结构的设计
桥墩的选择多采用Y型薄壁墩和柱式墩，柱式墩又分方柱和圆柱，圆柱在外观质量施工上较为简便，因此广泛应用于平原地区，方柱在棱角以及视线诱导性，比较美观。就受力方面而言，在圆柱截面积与方柱截面积相同的条件下，圆柱抗弯能力小于方柱抗弯能力，方柱受力较于圆柱，方柱更好。但方柱具有墩柱和桩基间要通过帽连接的缺点，如果施工属山区，桥梁地面横坡较陡峭，还增加了柱帽结构和工程数量、加大挖方的工程量。在桥墩设计中，要充分考虑到地形、墩高以及上构结构型式。Y型薄壁墩比较美观但施工较为复杂，如墩高较高时，Y型薄壁墩施工只需要一套模板以及一个支架，Y型薄壁墩适用于地面横坡较陡但有大量模板需求的山区桥梁建设，当桥墩较矮时，桥墩则会不仅不美观还未有简单施工，因此很少被采用。
2、桥墩与路幅的关系
山区高速公路既有整体式路基也有分离式路基。道路选则重视的理念是环保、削减占地，很多设计的是整体式路基，只有中长地道等采用分离式路基外。整体式路基的双幅桥，一般下构按分幅独自设计，也即是双幅四柱。至于高墩长桥，整体式下构也即是双幅两柱是一种相对较好的挑选。比较于双幅四柱，若桥墩截面积和横向宽度适当，整体式下构横向与纵向刚度为分幅设置的2倍以上，不光可以削减开挖并且可以削减墩顶变位。整体式下构帽梁跨度相对大时，鉴于车辆双向行进时扭矩影响，要设置较强壮的帽梁。一座桥究竟运用整体式下构抑或是分幅下构，要归纳思考诸如地质、墩高和水文等多种因素。
3、高墩
通常强度控制矮桥墩的设计，然而，在有相对高的墩高的时候，一定要想到桥墩的稳定问题。“当i0/h＞30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。其中，l0是受压柱的有效长度，在0.5到2倍墩高范围内变化时，到底如何取值，这和上构重量、施工情况以及墩柱的支承刚度也就是上构与墩柱的连接方式有关。众多的计算实验说明对于多跨T梁桥(先简支后连续以及先简支后刚构)而言，i0=1.2－1.43i是墩柱的有效长度，其高度是i，当i=40m同时使用矩形截面的情况下，h≥1.2－1.43×40/30=1.6－1.907m，在h=50m时，h≥2－2.383m。墩厚在两米以上时，实心矩形截面的经济性会减少，因此能够取得一个结论，即墩柱为材料破坏时，使用实心矩形截面，它的高度要在50m以下，而墩高在50m以上时，要使用空心薄壁墩截面。使用空心薄壁墩，墩高大于65m左右时顺桥向要考虑放坡，由于在采用等宽尺寸的情况时，即便是有可操作的施工条件，为了确保桥墩的稳定，帽梁与墩柱势必会加大尺寸，这样会浪费更大的材料。
三、下部结构配筋的设计
1、盖梁配筋
盖梁配筋要选择科学的计算方法，对桥梁结构布局详细掌握后才能设计配筋方案。对于盖梁来说，其配筋设计要考虑裂缝、沉降等结构出现的病害，对钢筋的使用位置、形状、型号等合理选用。如：盖梁抗剪设计中对混凝土及箍筋承担剪力的比例均给予明确的规定，以协调分担各个结构的受力。
2、桩基配筋
对于桩基各截面的配筋，从理论上来说应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大负弯矩处进行配筋，从桩顶一直伸到最大负弯矩一半处以下一定锚固长度位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零以下一定锚固长度位置，再以下为素混凝土，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。在桩基变形较大的情况下，计算应同时考虑桩土特性及受力条件，以整体体系来分析桩的受力模式。当桩基水平变形量超出“m”法的限制范围时，地基土抗力系数m值宜采用实测值。由于“m”法基本假定与大变形量桩基受力模式存在偏差，也可以考虑其它更接近于该类桩基受力模式的计算方法进行对比计算。
四、施工过程中的问题处理
1、断桩的解决方式
解决上层断桩问题可以用挖孔接桩法，而中层断桩处理起来较为费时费力，所以一定要重点掌控，而底层则可以可设置素混凝土段，这样可以更好的对底层断桩进行处理。
2、承台、横系梁功能的探讨
连结群桩是承台的主要功能，承台型式可以在一些旧桥拆除后遇到老桥桩时灵活选取运用；横系梁的主要作用是增加桩的横向整体性，并且也是为能够在连结墩柱时调偏。桥墩较高时，可以将横系梁往上提；而在桥墩不高时，也可以取消，能够减少防护、减少开挖的费用和困难。
3、沉淀层厚度指标的选用
对沉淀层的要求要适当，方便施工过程中的控制；对桩长有比较大的影响的是清底系数的m值，一般在0.3-0.4之间比较适合。其中有些桩底的沉淀层厚度会有超标的状况发生，在浇筑之前要运用反循环清孔法清孔。
4、按需调整桩长
地质钻探资料仅仅只是反映了部分地质情形，而通常钻探描述都会与实践桩孔地质有所不同。设计人员或者监理人员应根据具体问题来分析，在桩底遇到岩面或者大孤石等无法钻进时，应允许进行变更桩长。但是设计者也不能随意改变桩长的长度，只有在承载力允许的情况下才能够对桩长进行变更。
结束语
桥梁下部结构的设计对于桥梁的整体质量具有十分重要的意义，加强桥梁下部结构的设计能够很好的保证桥梁的安全，保证桥梁的运行质量和寿命。但是对于我国目前在桥梁下部结构设计上的现状，以及我国在桥梁安全事故上的问题，政府和学界都应该鼓励在这方面进行研究，促使我国桥梁下部结构的设计更完善，促使桥梁工程的质量得到提升。
参考文献
[1]王晓莹.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[J].桥梁工程2013(17).
[2]邵容光.公路桥梁工程结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,2012.
[3]马尔立.公路桥梁墩台设计与施工[M].北京：人民交通出版社,2012.
关键词：桥梁设计，结构安全 ，理论研究
Abstract: the development of modern bridge design technology and so many countries to intensify the bridge structure design theory research. Through the brief explanation of the attention of bridge design. Modern bridge structure design of the theory and design of common problems do simple discussion.
Keywords: bridge design, the safety of the structure, theory research
中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
1 我国桥梁设计现状
总体来讲我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。
许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、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结构的安全性。
2 下部结构
内力计算为减少软土地基位移对超静定结构的影响，上部工程多采用标准梁的先简支后连续构造，这样整个工程的计算工作主要集中于下部结构，故下部结构内力计算方法的选用是否正确，考虑因素是否全面，直接关系到工程的安危，为此作以下几点分析：
2.1盖梁内力计算《墩台设计手册》中算例对墩台内力按下列方式计算：当荷载对称布置时，按杠杆法计算，当荷载偏心布置，按偏心压力法计算，两种布载状况的内力取大值控制设计。这种算法没有真正体会规范用意，仅为两种布载状况下的内力计算，不是各截面最不利状态的内力计算，所算内力存在着不安全因素。正确做法应该先画出各截面内力影响线，再对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不利横向布载，求出各截面内力最大、最小值，然后根据内力包络图进行结构配筋。近几年，有的设计单位作如下简化计算也可行，对多支座的板、箱梁桥的墩台帽计算，按活载直接作用于由墩台简化成的连续梁上进行计算，不考虑活载及二期恒载的横向分布作用。
2.2桥墩内力计算墩桩顶的最大竖向力计算同上；墩桩顶水平力计算，运用柔性墩理论中的集成刚度法，将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配；最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。
2.3桥台内力计算除了桥墩内力计算项目外，桥台竖向荷载还要增加土压力、负摩阻力、搭板自重等项；水平荷载要增加土压力，其影响复杂，需注意以下几点：
（1）钢筋混凝土薄壁台土压力计算软土地基上带基桩的薄壁台土压力计算要按深层考虑。
（2）埋置式桥台土压力计算土压力一般是以填土前原地面或冲刷线起算的，对较差土质，需根据实际土质验算，确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平压力的影响。
台后一定要选用透水、强度高、稳定性好的材料，否则，渗水后摩擦角及粘结力下降，自重增加，台实际受土压力远大于设计值，使桥台失稳。
（3）地震土压力计算地震土压力随着桥梁等级的提高而加大；计算时不考虑活载作用；连云港市地震烈度为7，地震组合力对桥台影响不如对桥墩的影响大。
（4）搭板对土压力影响设搭板桥台还应考虑搭板作用后活载土压力改变对桥台有利的影响。
（5）桥头路基沉降、滑动验算
第一，路基沉降过大：桥头跳车，台背和梁端过早损坏；加大竖向土压力及负摩阻力，桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉；路面开裂及路基渗水促使路基失稳。
第二，路基滑动：导致桥台严重破坏，此时桥台所承受水平土压力已远大于正常计算，对于桥头路基加宽、加高或处于改河、填沟段或路基外不远有沟、河的，更要注意深层滑动验算。上述两项如不满足要求，须采用切实可靠措施进行处理，尤以粉喷桩处理桥头软基效果为佳。
3 下部结构配筋
下部结构配筋首先涉及配筋方法的选用问题，故在该项中对配筋方法、盖梁配筋、桩筋及桩长设计、桥台配筋等注意事项分别进行讨论：
3.1极限法及容许应力法应用分析由于现行桥规将钢筋混凝土桥原容许应力法的弹性状态设计改按承载极限状态设计，大家对容许应力法有淡漠趋势。事实上，极限法是在等截面简支梁试验基础上获得的，其适用范围有限，有些方面还必须用容许应力法，设计者需注意根据实际情况合理选用。
3.2盖梁配筋注意事项
（1）等截面连续梁可以用极限法，但不能完全套用，负弯矩处需留有富余。
（2）变截面连续盖梁只能使用容许应力法。
（3）盖梁的抗弯配筋，两种方法均不控制设计，主要由裂缝宽度控制。
（4）抗剪设计，两种方法都对混凝土与箍筋承担剪力比例作了明确规定。这样梁体往往需要设置大量斜剪力筋给梁内布筋带来困难，配筋时可以通过多设箍筋，让混凝土与箍筋承担更多的比例，使配筋自由度大一点。
（5）盖梁配筋要注意“强剪弱弯”，大部分梁体破坏是由剪力不足造成的，对抗弯筋满足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。
（6）施工阶段应力计算多用容许应力法。
3.3桩筋及桩长设计注意事项
（1）桩筋设计目前均采用极限法进行桩体抗弯筋设计，这在规范中已有详细公式。对桩体抗裂还没有明确要求，目前说法不一，有待进一步研讨。
对于基桩各截面的配筋，从理论上讲，应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大弯矩处进行配筋，从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。连云港市桥梁工程，江苏省交通规划设计院采用的即为这种方式，而交通部第一勘察设计院将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。具体哪种配筋更合理，对于摩擦灌注桩，无论从桩体受力来看，还是从节省工程费用及降低施工难度来看，笔者认为前一种更合理：
①节省大量钢筋；
②钢筋笼少，受桩长的变更而变更；
③减少底部断桩处理的难度，减少扁担桩发生机率。浇桩时，开始几米发生卡管等事故机率高，而采用第一种方式配筋，底部断桩后，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，新沂河特大桥由省院设计，施工中就有4根素混凝土段断桩是通过重新扫孔浇筑成功的，而新沂河桥以北路段由部勘察一院设计，有两根桩出现类似情况，因钢筋笼一通到底，只能采用扁担桩处理。
（2）桩长设计桩长计算不同于桩基配筋，仍采用容许应力法，最大竖向力应按容许应力法要求计算，不需考虑极限荷载组合系数。3.4桥台配筋注意事项在连云港市老桥桥台破坏最多，主要表现在桩基、台身、台帽、背墙、耳墙等开裂，尤以根部裂缝为多，以该市魏跳桥最为典型，该桥布设三孔（20m＋30m＋20m），处于软土地质中，西幅采用框架式桥台，东幅采用带基桩U型台，桥头填土5m高，又处于改河、临河段，当时限于经费，存在压缩桥孔现象，桥台前移使墩、台缝全部顶死，背墙、耳墙、台帽、台身出现较大裂缝，桥头路基出现很大范围的不均匀沉降及滑动裂缝，后对该桥整治加固。以往桥台破坏多归结为超载，事实上也与设计时忽略某些因素有关：
（1）要求盖梁完工后与混凝土底模分开，以免增加自重。
（2）台后顺桥向水平土压力对盖梁的水平弯矩是造成盖梁跨中附近侧面竖向裂缝的主要原因，而侧水平土压力易造成耳墙根部弯裂。
（3）桥台前移使有缝桥变成无缝桥，大梁就会对桥台背墙产生巨大推力去平衡台后的土压力，两个力作用的结果导致：
①背墙从根部剪裂；②盖梁挑出部分从支撑根部斜下弯裂；③台身与盖梁、桩基与台身连接处弯裂。
（4）桥台在土压力、恒载、活载、梁反推力作用下将有很大的扭矩，使盖梁发生扭剪破坏。
（5）桥头路基下沉致使背墙、梁端受活载冲击力而过早破坏。
因此，设计中应适当加桥台强盖梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在盖梁前侧表面布置部分抗平弯钢筋；加大背墙、耳墙尺寸及配筋；加大台身尺寸及配筋；加大桩基根部配筋。
4 结语
桥梁设计是一个复杂的，系统的工程。需要丰富的理论知识，并且尽量避免主观经验因素对设计的影响。在桥梁设计过程中仍然有许多重大的理论问题需要解决。总之桥梁结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。
参考文献：
关键词：桥梁； 护舷； 船舶； 碰撞； 复合材料； 动力学特性； 非线性有限元
中图分类号： U441.4 文献标志码：B
Abstract：The finite element method is used to analyze the collision dynamics characteristics of 3 000 t ship while it collides with bridge anticollision fender. To perfect the finite element model of the anticollision fender and make it more reliable， the experimental results of the fender sample are compared with the finite element calculation results. ANSYS/LSDYNA is used to simulate the process of the collision of 3 000 t ship with three types of fenders（Dtype， ringtype and platetype）. The energy absorption results of these different fenders show that， the ship could impact the bridge pier while the fender is Dtype， which would be out of action； the deformation of the ship is serious while the fender is platetype； the ringtype fender are the best.
Key words：bridge； fender； ship； collision； composite material； dynamics characteristics； nonlinear finite element
0 引 言
虽然桥梁本体设计时一般要求能够承载一定的冲击，但若桥梁不设防撞装置，则船舶与桥梁碰撞时将直接与桥墩接触，由于二者的刚度均较大，不能通过变形吸收能量，会对桥墩产生极大的撞击力，极易造成船毁桥塌事故.[1]为桥梁设计合适的防撞护舷装置，通过吸收撞击能量降低船舶对桥墩的撞击力，对于船舶和桥梁的安全有非常重要的现实意义.
传统的桥梁防撞护舷多采用钢制金属材料或橡胶材料，不少专家学者对二者进行比较深入的研究.李元音等[2]提出用有限元非线性分析方法对码头橡胶护舷进行设计，改变单纯依赖实体试验或物理模型获得护舷力学性能的方式.李干华等[3]研究M型、D型、CY型和鼓型橡胶护舷防撞装置，并从产品结构、力学性能、安装维护和成本价格等方面进行相关的比较分析.张峰[4]以东海大桥为工程背景，总结现有规范、计算理论及计算公式的适用条件，提出适合跨海大桥撞击力的计算公式和计算方法.蒋致禹[5]结合非线性有限元仿真，研究橡胶护舷和钢质护舷在冲击作用下的变形失效，并根据耐撞性指标对钢质护舷进行优化设计.然而，不论是钢制金属材料还是橡胶材料，二者都存在一定的缺陷，前者较为笨重，安装使用不便，容易因腐蚀而造成性能下降，后者则有易老化的问题.
与传统金属材料和橡胶材料相比，复合材料具有更好的耐久性和抗腐蚀能力，吸能性能更强，压溃载荷分布也更均匀[68]，因此对复合材料防撞护舷进行研究具有重要意义.王宝来等[9]根据复合材料的特点以及基体、增强相、截面和工艺等对复合材料强度的影响，阐述复合材料的宏观强度理论中不同准则之间的差异和特点以及失效破坏准则.复合材料在撞击作用下变形过大会发生基体失效、纤维失效、纤维基体剪切失效、分层等不同形式的局部失效.这些局部失效的产生与扩展将会使复合材料结构的承载能力降低并导致最终破坏.[10]本文以复合材料内填耗能闭孔泡沫材料构成的防撞护舷为研究对象，采用ANSYS仿真计算方法在LSDYNA平台上研究3种复合材料防撞护舷结构在3 000 t船舶撞击载荷作用下的动力学特性，计算结构在碰撞过程中产生的位移、速度、应变能和最大碰撞力等，以满足使船撞力降低到52.4%以下的设计要求.
1 防撞护舷理论计算与试验结果对比
为得到护舷的单元类型和材料属性，进而得到精确的有限元模型，需要对护舷试样进行碰撞试验和有限元仿真计算.
试样模型见图1.试样表面由玻璃纤维聚酯复合材料包覆，上下表面的尺寸均为360 mm×390 mm，厚度为20 mm；内部填充物为聚氨酯泡沫，在厚度方向上通过9根直径为5 mm的柱形玻璃纤维复合材料加固稳定.在靠近试件边缘部分贯穿试件厚度方向打直径10 mm的孔，通过定位销帮助试件在夹具上定位固定.试样仿真模型见图2.
在仿真计算中，选取LSDYNA库中的Plastic Kinematic材料模拟玻璃钢板，选取Power Law材料模拟低密度聚氨酯泡沫材料；通过设置碰撞刚性球密度调整刚性半球质量，进而改变初始动能；通过调整材料模型的密度、弹性模量和初始屈服强度等参数得到不同的仿真计算结果.运用有限元计算后处理软件LSPrePost处理ANSYS/LSDYNA计算结果，得到碰撞力和碰撞能量时程曲线，见图3和4.
采用Instron CEAST9350HV试验机（见图5）通过落锤自由落体势能转化的动能冲击试件.先预估试件可承受的能量值进行试验，将未穿透试件的能量值作为参考，然后再设定能穿透试件的能量.
试验通过仪器直接得到的数据为撞击瞬间落锤的动能（即冲击能量）E0，该瞬间落锤的速率V0和落锤之后锤头的力F与时间t的关系（采集频率为1 MHz）.落锤试样之间的撞击力和碰撞能量与时间的关系曲线见图6和7.
对试验结果与仿真结果进行对比，发现碰撞力
的响应过程非常相似，仿真计算较好地反映碰撞过程中碰撞力的变化特性.对比仿真与试验的能量时间曲线，发现二者的变化过程一致，但碰撞内能的试验结果偏大.产生该误差的主要原因是试验过程中冲头最终会静止，系统认为动能完全转化为试样内能，而在仿真计算中，球体碰撞结束后将发生反弹，球体会带走部分动能而无法传递给试样.
总体说来，试验和仿真结果在工程容许的误差范围内，说明采用ANSYSLS/DYNA模拟计算新型复合材料防撞护舷的碰撞动力学特性具有足够的可靠性.
2 护舷实体结构碰撞动力学特性分析
为计算设置防撞护舷后最大碰撞力的许用值，首先需要计算未加防撞护舷时船桥之间的最大碰撞力.影响船桥撞击力的因素很多，主要包括船型、船舶排水量、船舶尺寸、行驶速度以及桥墩的尺寸、形状、强度、弹性性能等，因此理论计算非常复杂.[10]目前，国内外根据各国的实际情况采用不同的计算规范，且多是以试验为基础，对试验结果进行理论推导后得出的，因此在指定的应用范围内具有很好的适用性.[11]常用的规范包括国外的AASHTO规范、欧洲规范和Woisin修正公式以及我国的公路规范和铁路规范.本文以欧洲规范为标准，得到未加防撞护舷时3 000 t船舶要求的最大碰撞力为52.32 MN.设计目标为采用复合材料防撞护舷后船撞力应降低到原来的52.4%以下，因此设置防撞护舷后最大碰撞力的许用值取为27.42 MN.
根据相关资料，采用3 000 t船舶模型（见图8），带有球鼻艏，总长为69.8 m，宽度为12.8 m.
在ANSYS/LSDYNA平台上分别模拟3 000 t船舶以3.9 m/s的速度撞击D型、圆环型和板型护舷的碰撞动力学过程.
2.1 D型护舷碰撞特性分析
3 000 t货船撞击D型护舷示意见图9.护舷外形尺寸为4.0 m×2.5 m，半径为2.0 m.护舷外壳板厚度为5 mm，芯柱直径为5 mm，外壳与内部之间以玻璃纤维板分隔，结构内部填充聚氨酯泡沫作为耗能材料.
经有限元计算，获得撞击后护舷变形见图10.
防撞护舷碰撞过程的能量变化曲线见图11和12.在碰撞接触变形最大时刻1.63 s时，动能下降接近为0，变形能与摩擦能占总能量94.3%.防撞护舷在整个碰撞过程中通过自身的变形吸收大部分能量，起到既保护桥又保护船的目的.碰撞过程沙漏能大致控制在总能量的4%以下，表明计算具有较高的精确性.从图12可以看出：护舷吸收大部分能量，船首变形较小，说明对船舶的防护效果较好.
护舷模型几何中心在碰撞过程中沿碰撞方向位
移变化过程见图13.碰撞开始后，防撞护舷受撞击挤压后变形，船舶模型在初始速度作用下不断侵入防撞护舷，受其变形影响，位移增加速率逐渐降低，在1.63 s时刻最大程度侵入护舷，深度为0.8 m.
船舶撞击防撞护舷时碰撞力时程图见图14.最大碰撞力出现在船舶与防撞护舷产生最大变形的时刻，水平方向撞击力为47.1 MN，大于设置的许用值27.42 MN，不符合碰撞力设计要求.碰撞力较大的原因是当采用D型护舷时，随着碰撞过程的深入，护舷会移动到船首的凹陷处（见图13），致使球鼻艏部分及上部护栏直接触碰桥墩，产生较大碰撞力，使护舷失去防护作用.
2.2 圆环型护舷碰撞特性分析
3 000 t货船撞击圆环型护舷示意见图15.圆环外径为3.5 m，内径2 m，厚度0.75 m.板的厚度为5 mm，芯柱直径为5 mm.与3 000 t船舶撞击后圆环型护舷变形见图16.
防撞护舷碰撞过程能量变化时程见图17和18.在碰撞接触变形最大时刻1.60 s时，动能下降约为原来的6.1%，变形能与摩擦能占总能量的90.6%.碰撞过程沙漏能大致控制在总能量的5%以下.从图18可以看出：护舷吸收大部分能量；船首变形较小，效果较好.
船舶模型几何中心在碰撞过程中沿碰撞方向位移变化见图19.在1.6 s时刻最大程度侵入护舷，深度为3 m（注意图中船护舷接触时刻为0.4 s）.
船舶撞击防撞护舷时碰撞力时程曲线见图20.最大碰撞力出现在1.29 s，水平方向撞击力20.5 MN，小于规范要求的最大船撞力为27.42 MN的要求.
2.3 板型护舷碰撞特性分析
3 000 t货船撞击板型护舷示意见图21.板型护舷表面由玻璃钢板包覆，内部填充物为聚氨酯泡沫.护舷高8 m，厚1.2 m，玻璃钢板厚度为5 mm，芯柱直径为5 mm.撞击后护舷变形见图22.
防撞护舷碰撞过程能量变化曲线见图23.在碰撞接触变形最大时刻1.14 s时，动能下降为0，变形能与摩擦能占总能量92.9%.碰撞过程沙漏能大致控制在总能量的5%以下.从图24可以看出：护舷吸收少部分能量，船首变形较大，效果不理想.
船舶模型几何中心在碰撞过程中沿碰撞方向位移变化见图25.在1.0 s时刻最大程度侵入护舷，深度为1 m，护舷几乎被撞穿.船首变形能超过护舷，说明船体破坏较严重.
船舶撞击防撞护舷时碰撞力时程曲线见图26.
最大碰撞力出现在1.02 s，水平方向撞击力为20.3 MN，小于规范要求的最大船撞力27.42 MN，符合要求.
由表1可以看出：D型护舷不符合要求，圆环型护舷吸收的能量约是船舶的4倍，板型护舷吸收的能量约是船舶的1/2.
3 结论
通过对比分析，得到如下结论.
1）通过防撞护舷试样的有限元计算与试验结果对比，发现在ANSYS/LSDYNA平台上模拟船舶与护舷碰撞的动力学特性具有较高的精度.
2）通过对3 000 t船舶与D型、圆环型和板型护舷的碰撞过程进行对比发现：对于有球鼻艏的大型船舶，采用D型护舷时船舶会直接与桥墩碰撞，使防撞护舷完全失去作用；对于板型护舷，碰撞力能满足要求，但大部分碰撞能量将由船舶吸收，船舶变形严重；采用圆环型防撞护舷时，最大碰撞力相对较小，且碰撞能量大部分被护舷吸收，船舶变形较小，能起到保护船舶与桥墩的作用.因此，圆环型防撞护舷的综合性能最好.
参考文献：
[1]秦进， 魏东海. 浅谈内河通航桥梁桥墩防撞设计[J]. 北方交通， 2011， 1（7）： 3336.
QIN Jin， WEI Donghai. brief discussion on anticollision design of piers of navigable bridges in inland rivers[J]. Northern Communications， 2011， 1（7）： 3336.
[2]李元音， 刘永绣， 何健. 用数值分析方法进行橡胶护舷的结构设计[J]. 港工技术， 1997， 34（2）： 3945.
LI Yuanyin， LIU Yongxiu， HE Jian. Design of rubber fenders structural by numerical calculation[J]. Port Engineering Technology， 1997， 34（2）： 3945.
[3]李干华， 王大展. 各种橡胶护舷防撞装置在修船码头的应用分析[J]. 广东造船， 2009， 28（6）： 5759.
LI Ganhua， WANG Dazhan. Application study on rubber fender in ship repair wharf[J]. Guangdong Shipbuilding， 2009， 28（6）： 5759.
[4]张峰. 跨海大桥桥墩防撞技术[D]. 上海： 同济大学， 2007.
[5]蒋致禹. 船舶护舷结构的碰撞研究[D]. 上海： 上海交通大学， 2010.
[6]万志敏， 赵桂范， 杜星文. 复合材料结构的能量吸收[J]. 材料科学与工艺， 2001， 9（3） ： 247249.
WAN Zhimin， ZHAO Guifan， DU Xingwen. Energy absorption in structures of composite materials[J]. Materials Science and Technology， 2001， 9（3） ： 247249.
[7]SRIVASTAVA V K. Impact behaviour of sandwich GFRPfoamGFRP composites[J]. International Journal of Composite Materials， 2012， 2（4）： 6366.
[8]YUEN S C K， NURICK G N， STARKE R A. The energy absorption characteristics of doublecell tubular profiles[J]. Latin American Journal of Solids and Structures， 2008， 5（4）： 289317.
[9]王宝来， 吴世平， 梁军. 复合材料失效及其强度理论[J]. 失效分析与预防， 2006， 1（2）： 1319.
WANG Baolai， WU Shiping， LIANG Jun. Strength theory and failure analysis of composite materials[J]. Failure Analysis and Prevention， 2006， 1（2）： 1319.
[10]李伟占. 复合材料层合板损伤失效模拟分析[D]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学， 2012.
[11]张颖. 高桩码头船舶撞击力的动力分析[D]. 天津： 天津大学， 2010.
1．1耐久性设计标准偏低
虽然说混凝土耐久性与桥梁结构安全性都会受到环境影响，但桥梁缺陷和病害等问题主要是由于设计不合理造成。很多桥梁投入使用后，不重视维护，桥梁管理也不到位。在桥梁设计过程中，对于混凝土耐久性问题没有进行充分考虑，偏向考虑结构强度和承载能力，只重视主体设计，不重视细节方面的设计，从而导致混凝土耐久性偏低［1］。桥梁设计通常比较注重结构安全性和强度问题，对于结构材料的选择及构造设计不够重视，没有根据建设环境，制定混凝土耐久性标准，技术措施不到位。再加上环境的影响，导致桥梁耐久性不足。
1．2受到环境因素的影响
环境是影响混凝土耐久性的重要原因，也是最主要的原因之一。混凝土材料特性和环境原因影响，会导致混凝土裂缝现象，使钢筋受到锈蚀，致使混凝土脱落、损坏等现象出现。长期以往循环，可导致钢筋及混凝土面积逐渐缩小，降低结构性能，使结构承载力降低，结构耐久性不足。这些问题的出现，与设计也有一定关系，如果桥梁设计采用的钢筋保护层较薄，厚度达不到要求，或混凝土水胶比过大，都会导致混凝土破损问题。
2桥梁耐久性设计方法
在桥梁建设规定中，提出了关于桥梁耐久性的设计要求，制定了相关的技术标准和设计规范，表明混凝土桥梁结构设计应根据建设环境、极限状态及设计年限等，制定耐久性设计要求。总的来说，桥梁结构耐久性设计主要注意以下几点。
2．1混凝土性能及强度应符合桥梁结构设计要求
桥梁结构设计除了要重视混凝土性能和强度外，还要重视混凝土的耐久性，确保桥梁在环境影响下，仍然具有较好的抗腐蚀、抗碳化作用，及较高的抗冻融性和抗渗性。因此，在进行桥梁结构设计时，应以结构所处环境、使用性能等，制定混凝土要求标准，选择耐久性合适的混凝土，在添加剂方面，一定要合理应用，确保混凝土抗破损能力，提高其密实度［2］。如果桥梁建在一些靠海区域，可采用耐久性较高的混凝土进行桥梁底部建设。应严格按照混凝土的配比，以及相关的技术标准，确保混凝土中的碱含量及氯离子含量符合设计要求，强度等级可满足设计需求，水胶比符合限制标准，严格控制水泥用量，采用质量合格的原材料，只有这样，才能保证混凝的土耐久性标准。如果桥梁受到恶劣环境影响，决定桥梁结构强度的是混凝土耐久性，而不是桥梁承载力。例如，一些北方地区，邻近海边，环境因素较复杂，对桥梁结构的影响较大，如果混凝土耐久性差，就会降低结构强度。如果桥梁结构所处环境变化较大，应同时满足不同环境下，桥梁对于混凝土耐久性及结构强度要求。如果构件经常处于潮湿环境，接触水源，应按照冻融环境要求，来设计伸缩缝，确保其墩帽顶面耐久性;如果桥梁是跨海桥梁，长期受到氯盐侵蚀，预应力及钢筋混凝土的水泥，应尽量选择低氯离子水泥，并采用引气剂进行墩柱建设，除此之外，还要制定防腐防侵蚀相关措施，提高局部强度。
2．2注意细节设计，防止裂缝出现
如果桥梁所处环境较为复杂，应尽量设计简洁的混凝土构件外形，避免过多暴露混凝土的棱角和表面，混凝土棱角尽量采用圆角代替。结构在布置方面和形状设计方面，应注意通风问题，以便混凝土养护和振捣。根据排水要求设计混凝土表面形状，结构缝应进行合理设计，尤其是构造设计，避免由于荷载增加，应力聚集，导致变形现象。一些水位变动较大、干湿交替部位，以及受到氯盐侵蚀的部位，应及时采取防护措施，避免构件受到侵蚀。可进行憎水处理和防水处理，或通过表明涂层措施防止腐蚀。
2．3确保混凝土保护层的设计符合要求，增加其厚度
采用厚度适宜的保护层，不仅可以降低混凝土碳化速度，还可以避免氯离子扩散，有效提高混凝土耐久性。因此，为了防止钢筋出现锈蚀现象，应尽量采用厚度较大的保护层。
2．4做好桥面的防水设计和排水设计
在进行高架立交桥及主桥的桥面纵坡设计时，应考虑横坡及纵坡斜度，设计排水设施，如泄水孔，确保桥梁交通安全，解决桥面积水，确保排水系统的有效性。桥面应设计防水层，如柔性防水层、刚性防水层等，如果条件允许，也可以同时设计两种防水层，提高桥梁的防水效果［3］。
2．5在附属构造及结构设计方面，应注重细节
很多桥梁在上部结构设计过程中，采用纵横湿接头与预制简支梁进行连接，对于后期混凝土的耐久性没有过多要求，导致结构强度降低。这样的设计容易导致混凝土收缩，出现裂缝，甚至导致渗水漏水现象，腐蚀混凝土，造成混凝土损坏。因此，在进行附属构造或结构设计时，应尽量避免这种设计方式，如果必须采用这种设计结构，那么应做好防护措施，将膨胀剂添加在后浇带部分混凝土中，避免混凝土出现收缩现象，以此提高混凝土耐久性［4］。主梁与伸缩缝之间的连接处，容易出现破损，混凝土耐久性要求较高，因此，应采用耐久性较好的混凝土进行施工，并在混凝土中添加适量纤维增韧材料或膨胀剂，同时，合理设计构造钢筋及伸缩装置，使两者合理连接。构件部分与后浇部分应选用等级相同的混凝土，以达到金属锚具封闭效果，避免预应力改变。
2．6强化钢筋构造，避免混凝土裂缝出现
混凝土一旦出现裂缝，就会导致水渗入及气渗入，腐蚀钢筋混凝土，降低混凝土耐久性。因此，应重视裂缝控制，尽量提高混凝土耐久性。设计桥梁混凝土结构时，以预应力混凝土结构为主，增加抗裂设计，合理布置钢筋构造，避免构造间距或直径过大，产生裂缝。
3结束语
关键词：减隔震技术；桥梁结构；设计；实践应用
随着我国交通基础建设的不断推进，各类公路铁路桥梁建设成为了地方交通工程建设的重要内容。为了确实提高桥梁建设质量与寿命，技术人员在设计施工中采用了大量的技术措施与手段，开展了专业性技术研究创新工作。在这一研究中，减隔震技术的应用对于提高桥梁抗震性能，进而确保桥梁桥体在严重地质灾害下，其整体结构依然得到保障。在桥梁设计实践中，这一技术得到了设计者的认可，并得到了较为广泛的应用。因此，我们结合减隔震技术特点，对其在实践设计中的应用开展专项研究，为这一技术的优势的发挥提供有效理论支持。
1 减隔震技术类型及技术原理
1.1 减隔震技术的主要类型
在桥梁设计实践中，这一技术可以分为减震与隔震两个技术原理。（1）减震技术原理。减震技术主要是利用阻尼与耗能构件，在桥梁抗震主要部位改变其结构动力性，进而实现抗震性能的提升。同时研究者还发现，耗能构件在抗震过程中还可以利用自身结构特点，吸收强力震动带来的破坏性能量，进而为桥梁结构受到的震动破坏提供缓冲，确保其整体的稳定性与完整性。（2）隔震技术原理。隔震技术则是通过特殊结构造型设计，提高桥体抗震性能。其在设计中采用了较为明显的震动周期结构，使桥梁在震动发生时可以确保整体结构适应地震能量输入，为震动情况下的桥梁提供缓冲保证其整体结构不受到严重破坏。
1.2 减隔震技术在使用中的原理分析
减隔震技术抗震性能是通过其装置性能实现的，因此在实际的使用中技术人员将其研究重点放在间隔震装置原理中，确保其抗震性能的发挥。在实验汉中技术人员发现，减隔震装置的主要技术原理就是将地震作用力进行分散处理，降低其对桥体的破坏作用。在设计过程中，其主要的设计工作包括以下两点。（1）抗震装置延性设计。抗震延性设计是指在桥体的重要位置，设计抗震性塑性铰结构，并对桥体结构进行详细化的构造设计，提高桥体的整体延性。（2）桥体结构控制技术设计。桥体结构控制技术是桥梁设计的重要组成内容。根据桥体实际情况等因素，设计者会采用不同的技术措施开展设计。
2 减隔震技术在设计中的使用条件
虽然减隔震技术对于提高壳体抗震性有着良好的促进作用，但是在实际应用中这一技术也受到一定的条件制约。因此在设计开始前，技术必须根据桥梁设计方案，工程所在区域的实际情况等因素进行全面的技术分析，已确定是否使用减隔震技术。应该我们多年的设计经验分析，减隔震技术在桥梁设计中的应用应符合以下条件。（1）施工周期短的桥梁工程。由于减隔震技术缺陷，是其难以适应施工周期较长的桥梁工程。因此在设计中，技术人员需要对工程规模进行有效评估，确保工程周期符合减隔震技术的使用条件。（2）高频波地震区域。在实验中研究者发现，减隔震技术在使用中对于抵御高频波地震，且破坏能量高度集中的地震作用最为有效与明显。因此在设计中，技术人员需要与地质勘查人员进行沟通与分析，根据施工地区地震情况，确定是否使用减隔震技术。（3）桥梁结构整齐。桥梁结构是否规范，是设计中能否采用减隔震技术的重要因素。因此设计人员需要对桥梁初期设计方案进行研究，确保结构规范度符合减隔震技术使用条件。同时技术人员还需要对桥梁墩部高度进行分析，避免因高度过高或过低，影响减隔震技术的使用。（4）桥体角度方向与运动规律符合技术要求。在桥梁设计与施工开始前，技术人员需要对设计方案与施工实际情况开展实验研究。研究内容包括了桥体的角度方向，地面运动规律以及运动特点等，进行详细的观察与技术数据分析。只有在实验结果符合技术要求与设计要求的情况下，才能在设计与施工中使用减隔震技术。
3 当前我国减隔震技术应用现状
减隔震技术已经在国际桥梁施工领域得到了广泛应用，但是由于我国引进这一技术时间较晚，因此技术尚未完善。（1）减隔震技术规范依然有待完善。由于我国在减隔震技术研究方面与实践经验方面的不足，因此在技术领域尚未形成完善的技术规范。特别是在减隔震技术设计与施工结构细节与构造方面，其技术规范不善缺陷依然较大。这种技术规范问题的出现，对于减隔震技术实用效果有着极为严重的影响。（2）配套技术研究依然落后。减隔震技术的使用不仅是单独的建筑技术，还需要材料技术、地质勘查技术的配合。但是在我国桥梁设计与建设中，其配套技术研究依然较为落后，影响了这一技术的推广使用。如在减隔震技术应用中对于橡胶产品质量要求较高。但是我国当前大部分建筑类橡胶产品质量较低，难以达到减隔震装置使用要求。因此在设计研究中，设计者必须利用设计方案与工艺方案确定橡胶产品质量。（3）技术人员水平依然有待提高。由于我国这一技术应用较晚，因此其设计与施工技术人员缺乏相关的技术资料与实践工作经验。如在设计过程中，大部分技术人员在选择减隔震装置与安装技术过程中，经常出现判断性错误，造成减隔震技术使用效果下降问题的出现。
4 减隔震装置实际应用分析
在当前的减隔震技术应用中，减隔震装置应用发挥着重要作用。因此在技术研究中，减隔震装置应用研究占据着重要位置。因此我们结合当前各类减隔震技术装置的实际应用，开展了专业技术研究。（1）铅芯橡皮支座装置。这一装置主要是将一至多个98%以上高纯度的铅芯，安插到高质量橡胶中制成的减隔震装置。其主要工作原理是通过技术装置截面积以及铅芯直径配置，完成减隔震阻尼过程。这一装置在减隔震实际应用中，具有与轴承配合灵活性大，使用耐久性强的特征。（2）粘滞阻尼减隔震装置。这一装置是利用活塞装置，通过活塞的前后运动中产生压力差，推动装置中的粘滞流体进入节流孔。在这一过程中，减隔震装置会产生阻尼力和耗能，进而降低地震对桥梁的破坏力。在实际的应用过程中，这一装置具有以下特征。一是桥墩受力较小。由于粘滞性阻尼装置在使用中具有较强的受力性特点，因此在地震中其对桥体，特别是桥墩的应力较小。因而在地震过程中，粘滞阻尼器对于桥墩的破坏性较小。二是不影响桥梁正常使用。由于粘滞阻尼装置应力较小，因此其对桥梁日常使用不会造成影响。这也是这一装置受到技术设计人员欢迎的主要原因。（3）高阻尼橡胶支座装置。高阻尼橡胶是指在石墨、塑料纤维以及其他添加剂，形成阻尼性较高减隔震阻尼装置。这一装置在虽然在使用中具有耗能性高的特点，但是也存在减震过程中发热的问题。（4）滑动摩擦型阻尼支座。这一装置是利用聚四氯乙烯材料与不锈钢材料摩擦系数小的原理，在地震过程中通过摩擦力与惯性差，形成桥体的滑移运动对桥体进行保护。在实际应用中，这一装置经常被应用在中型减隔震装置设计中。（5）金属阻尼减震装置。这类装置利用屈服点低或弹性较低的金属材料，制成的阻尼装置。这类装置在我国桥梁设计使用较少。
参考文献
[1]刘佳钰，张军.有关减隔震技术在桥梁结构设计中的应用浅析[J].城市道桥与防洪，2014（11）.
[2]邱金亮，方水平.减隔震技术在桥梁结构设计中的应用[J].黑龙江交通科技，2014（9）.
关键词：连续箱梁；结构设计；优化设计：变截面
中图分类号：U448.21+3
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2011)08-0155-02
1 引言
在桥梁设计中，设计者经常会面对如何选择各构件的断面尺寸等问题，如何将各构件断面尺寸等拟定得合适，如何修正断面的初始尺寸使其具有足够的承载能力，又能节省材料用量，主要靠设计人员的经验及参考已有的设计实例，一个桥梁结构，经修改后的设计是否最优，缺乏理论上的根据，把结构的优化方法引入结构设计中，它能够给结构设计的最优性以明确的科学的根据。笔者认为，可以从以下几个方面着手采取措施进行结构优化：
1.1合理布置桥跨。预应力砼连续梁式桥，由于其连续变形的特点，边跨与中跨之比是否合适直接影响到结构的受力合理性。若边跨与中跨之比太大，边跨结构的纵向刚度偏小，与中跨结构的刚度不匹配，在恒载与活载作用下，边跨会出现较大的主拉应力。同时，若边跨与中跨之比过小，会使中跨跨中弯矩过大，而边跨支点可能会出现向上的负反力。
1.2合理确定腹板、顶板及底板厚度。腹板的最小厚度首先要满足构造需要，并最终取决于受力要求。美国和欧洲规范也只给出预应力管道间的最小净距、保护层厚度，未明确腹板的最小厚度。目前，对于中等以上跨径的预应力砼梁式桥，随着跨径的不同和构造要求、受力需要，腹板的厚度一般为35～60cm。在连续梁桥中，对于底板，其厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的1／10～1／12；跨中底板厚度一般为20～25cm，以满足跨中正负弯矩变化及板内配置预应力钢筋和普通钢筋的要求。对于顶板，其厚度既要满足桥面横向弯矩的要求又要满足布置纵、横向预应力钢筋的要求。
下面笔者结合具体实例，对预应力砼连续箱梁桥梁结构设计中的优化过程及措施进行如下分析探讨。
2 工程概况
某主桥为三跨一联预应力砼变截面连续箱梁，由独立的上下行两幅桥组成。为更好地贴合现状河岸线，降低水中墩对原有河道的不良影响，同时亦为满足通航净空的要求，主桥左右两幅桥采用边跨反对称的布跨方式。左幅桥跨径布置为(108+166+95)m，右幅桥跨径布置为(95+166+108)m，见图1。主桥桥面全宽33m，中间设2m的中央分隔带。上部结构由两个独立的单箱单室截面构成，两箱梁中心距17，5m，主梁采用C60砼，箱梁横断面图见图2。
3 预应力砼连续箱梁桥梁结构设计及优化措施
由于主桥跨径较大，为增加桥梁整体刚度。并使各项应力满足规范要求，在箱梁截面尺寸、梁底曲线拟定、腹板厚度、顶板、底板厚度拟定和T构悬臂梁段布置等问题上作了对比分析。通过多次试算，在满足规范要求的前提下，寻求各项指标的较优组合。
3.1箱梁截面尺寸
箱梁采用直腹板，箱梁顶板宽15.5m。底板宽8m，两侧悬臂段各长3.75m。悬臂端部厚度16cm，悬臂根部厚度65cm。根据以往的工程经验，变截面连续梁桥支点梁高一般采用主跨跨径的(1／15-1／20)，跨中梁高采用主跨跨径的(1／30-1／50)。本桥跨中和边跨直线段箱梁梁高均采用3.8m，为主跨跨径的1／43.7。支点梁高采用9.0m(主跨跨径的1／18.4)、9.5m(主跨跨径的1／17.5)和10.0m(主跨跨径的1／16.6)进行比较。梁底曲线拟用二次抛物线，比较结果见表1。
由表1可知，在跨中梁高一定的条件下，随着支点梁高的增大，跨中截面弯矩和挠度减小，支点截面的砼最大压应力减小。但是，支点截面采用9m梁高的方案导致砼的压应力超限，不满足规范要求。支点梁高由9.5m变化到10m，上述指标的提高很小，但是材料用量增加较多。在满足桥下通航的条件下，增大支点截面梁高导致坡长的加长或坡度的增大，前者势必进一步增加工程造价。本桥的侧引桥受规划和平面线型所限，不宜增大纵坡。因此，在满足规范要求的前提下，综合考虑了经济性和行车舒适性，支点梁高采用9.5m进行后续设计。
3.2梁底曲线拟定
变截面梁的梁底变化曲线可采用圆弧线、抛物线或折线等。本设计拟用抛物线作为梁底曲线，通过采用不同形式的抛物线指数，分析其对结构的影响。比较结果见表2。
由表2可知，梁底抛物线指数由1.6变化到2.0，跨中弯矩变化不大，跨中挠度和支点截面上缘应力受影响较大。随着梁底抛物线指数的增大，跨中挠度变大，但都在规范容许的范围内。指数在1.6～1.8之间时，支点上缘出现拉应力，不满足本桥安全预应力设计的要求。
3.3腹板厚度拟定
箱梁腹板的主要作用是承受结构的弯曲剪应力与扭转剪应力所引起的主拉应力。腹板的最小厚度应满足剪切极限强度的要求，也应满足钢束管道的布置和砼浇注的要求。由于墩顶预应力钢束竖弯锚固在腹板上，还应考虑满足锚下局部应力的要求，设计中比较了不同的腹板厚度方案，结果见表3。
由表3可知，三种腹板厚度方案对支点截面弯矩影响不大，不控制其设计。但方案三(50-70-90)cm导致支点截面上缘出现拉应力，不满足要求。方案一(50-70)cm和方案二(50-70-80)cm导致的截面上缘应力均在规范容许范围内。综合考虑主墩根部附近腹板抗剪的需要和预应力钢束锚固的要求，设计中采用方案二。
3.4顶板、底板厚度拟定
箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，确定箱梁顶板厚度主要考虑两个因素：桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力束、横向预应力束的构造要求。前者与箱梁腹板的间距及集中活载大小有关。
鉴于本桥箱梁断面的腹板中心距最大可达7m、顶板采用型号较大的预应力钢束以及顶板横向预应力钢束的线形要求，顶板厚度采用28cm。连续梁跨中区段，截面主要承受正弯矩，对预应力砼连续梁，底板中需配置一定数量的预应力束筋与普通钢筋。当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面将承受很大的压应力，箱型截面的底板应提供足够大的承压面积。此外，底板除承受自身荷载外，还承受一定的施工荷载。用悬臂法施工箱梁时，底板还承受挂篮底模梁后吊点的反力。设计时对前述因素予以综合考虑，跨中底板厚度采用28cm，按二次抛物线的规律加厚至根部截面
的110cm。
3.5T构悬臂梁段布置
考虑到本桥跨径较大，箱梁截面面积也较大，为使顶板预应力钢束布置尽量靠近腹板并充分利用悬臂梗托的空间、减少顶板钢束的束数。因此设计时考虑通过两个途径来解决此问题。一是采用较大型号的钢束从而减少通过同一截面的钢束束数，二是通过增加梁段长度未减少“T构”悬臂段的个数，从而减少挂篮施工阶段顶板预应力钢束的对数。
第一种“T构”悬臂梁段布置方式：四个“T构”的悬臂各有21对梁段。墩顶截面布置了66束顶板预应力钢束，对称布置于箱梁顶板梗托处。每束顶板束采用21φ515.2mm的钢绞线；28束腹板预应力钢束对称布置于箱梁两侧腹板，每束腹板束采用21φ515.2mm的钢绞线。
第二种“T构”悬臂梁段布置方式：四个“T构”的悬臂各有19对梁段。墩顶截面布置了56束顶板预应力钢束，对称布置于箱梁顶板梗托处，通过⑩梁段的T1-T10束采用27φ515.2mm的钢绞线。其余顶板束采用21φ515.2mm的钢绞线；
24束腹板预应力钢束对称布置于箱梁两侧腹板，每束腹板束采用27φ515.2mm的钢绞线。表4给出两种不同“T构”悬臂梁段布置方式的结构计算结果。图3给出了在短期荷载效应组合工况下，结构上缘、下缘最小正应力(以截面受压为正，受拉为负)的计算结果。
从表4的计算结果和图3的应力图形对比可得：尽管两种悬臂梁段划分方式通过墩顶截面的预应力钢绞线丝数接近，采用第一种“T构”悬臂梁段布置方式较采用第二种“T构”悬臂梁段布置方式的结构应力变化平缓。但是，对于大跨度预应力砼连续梁，在有限的箱梁截面里布置过多的预应力钢束也存在诸多不足：
首先，顶板预应力束并不能集中布置在腹板两侧的梗托加厚处。这样容易造成在张拉预应力钢束时顶板和悬臂较薄处砼开裂。其次，顶板预应力钢束
布置距离腹板太远也不利于通过腹板传力。再次，在同一截面内布置过多预应力束使得截面砼有所削弱，施工时也难以较好地保证箱梁模板内预应力管道的空隙处砼浇注的有效性。综合以上分析，在各种应力状态满足设计要求的情况下选用第二种“T构”悬臂梁段布置方式。
4 结语
综上所述，在120～170m跨度范围内，预应力连续箱梁桥梁以其造价低廉、施工方便等优点而具有优势，已在现代公路桥梁占有愈未愈大的比重。在预应力连续箱梁桥梁结构设计中应结合实际工程情况，在桥宽、跨径等条件不变的情况下，利用桥梁结构分析程序和设计常量的取定，对桥梁上部结构进行优化设计，从而实现较好经济性上的科学合理的设计目的。
参考文献：
[1]中交公路规划设计院.JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范[s].北京：人民交通出版社，2004.
[2]禹智淘，韩大建.基于可靠度的桥梁结构优化设计[J].广东工业大学学报，2002，19.
关键词：高速公路；桥梁；下部结构设计
Abstract: Promoting the development of the transport undertakings is an important guarantee to accelerate the achievement of the modern city. Bridge and culvert construction costs in general, accounted for an average of 10% -20% of the total highway cost. Especially in modern high-grade highways and urban construction of the Viaduct, the bridge not only on the size of the project is a huge, and it is often the key to ensure that across the board as soon as possible.
Key words: highways; bridge; substructure design
中图分类号：TU997 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
桥梁总体结构简单来说就是分为上部结构（桥跨结构）及下部结构（桥墩和桥台）。桥墩和桥台是支承桥跨机构并将恒载和车辆等活载传至地基的建筑物。通常设置在桥两端的称为桥台。桥墩和桥台是确保桥梁能安全使用的关键，在桥梁设计中起着非常重要的作用，下面我以高速公路桥梁为例，简述我对高速公路桥梁下部结构设计的一些看法。
山区高速公路有整体式路基，也有分离式路基。现在道路选线提倡减少占地，提倡环保、与景观协调的理念，除了中长隧道等需设置分离式路基外，越来越多的高速公路采用整体式路基。整体式路基的双幅桥，一般情况下，下部结构按分幅单独设计，即双幅四柱。对于高墩长桥，为了减少开挖，增强边坡稳定性，节约材料，降低造价，整体式下部结构即双幅两柱不失为一种较好的选择。与双幅四柱相比，在桥墩截面积及横向宽度相当的情况下，整体式下构横向和纵向刚度是分幅设置的两倍以上，除了可以减少开挖，节约材料、施工面少外，还能减少墩顶变位。当然整体式下构帽梁跨度较大，还须考虑车辆双向行驶时扭矩影响，帽梁的尺寸相应要更大一些。因此，一座桥究竟是采用整体式下构还是分幅下构，需结合桥位处地形、地质、水文、墩高等多方面因素综合考虑。高速公路桥梁墩柱高度较矮的桥墩（h＜40m）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。圆柱施工中外观质量易控制，且与桩基衔接方便，平原地区用的较多。但从美观上来说，方柱有棱有角，与上构梁体协调，有一定的视线诱导性，较美观。从受力上看，截面积相等的方柱和圆柱，方柱抗弯刚度大于圆柱，受力优于圆柱，当体系为连续刚构时，方柱可以方便地通过调整两个方向的尺寸来调整墩柱的刚度，从而达到调整墩柱受力的目的。圆柱为各向同性，调整起来效果差一些。方柱的缺点则是墩柱与桩基之间需通过桩帽连接，增加了工程数量，并且山区桥梁地面横坡都较陡，增加柱帽构造需要增加挖方工程量，引起边坡不稳。因此，在设计中应根据地形、上构结构形式、墩高等因素综合考虑选用方柱或是圆柱。
Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型，美观性较好，但施工稍显复杂。墩高较矮时，其施工既复杂又不美观所以少采用。当墩高较高时Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一个支架，对于地面横坡较陡，搭支架困难，模板需求量大的山区桥梁，Y型薄壁墩具有显著的优势。从预算定额中也可以看出，同高度的柱式墩与Y型薄壁墩相比，Y型薄壁墩的基价低。另外采用双柱墩时，由于地面横坡较陡，两个墩柱高度经常相差较大，由于线刚度EI/L差距大，导致一个墩两个墩柱受力差异较大，采用Y型薄壁墩，只一个墩柱，就避免了上述缺陷。也有人认为，上部的Y型承托节约材料并不多，却施工麻烦，宜设计为实体，权衡施工进度和质量、安全和节省材料及美观之间的关系，也未尝不可。不管外形如何，墩高较高时，采用独柱双支座外部形状Y型的薄壁墩较为适宜。
高速公路桥梁一般矮桥墩的设计由强度控制，但当墩高较高时，就必须得考虑桥墩的稳定问题。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）关于偏心受压柱条文说明5.3.10条指出，“当l0/h＞30时，构件已由材料破坏变为失稳破坏。” l0为受压柱的有效长度，在0.5~2倍墩高之间变化，究竟取值多少，与施工状态、上构重量、上构和墩柱的连接方式即墩柱的支承刚度有关。大量的计算实验表明对于先简支后刚构（墩顶与上构为钢板焊接）和先简支后连续（墩顶与上构为橡胶支座连接）的多跨T梁桥来说，墩柱的有效长度l0=1.2~1.43l，l为墩柱高度，当l=40m且采用矩形截面时，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m时h≥2~2.383m，当墩厚大于2m时，实心矩形截面经济性降低，所以可以得出一个结论：墩柱为材料破坏时，采用实心矩形截面，其高度不宜超过50m。当墩高大于50m时，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超过65m左右时顺桥向应考虑放坡，因为采用等宽尺寸时施工虽然方便，但为了保证桥墩的稳定，墩柱和帽梁必将尺寸加大很多，这样材料会浪费较大。
桥梁下部结构设计中除了下部结构形式的选择是需要设计人员慎重考虑外，桥梁下部结构关乎整个桥梁体系的安全性及耐久性，也是需要我们去注意的。
危及桥梁工程的安全问题除施工管理及施工质量外，设计人员更应该从设计层面最大限度的屏蔽安全风险。多方面入手，增强桥梁的安全性及使用耐久性。在桥梁设计领域，特别是关于桥梁结构设计和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。
结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。我们不能只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、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结构的安全性。有的结构整体性和延性不足，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、构件截面过薄；这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。不少桥梁、虽然满足了设计规范的强度要求，仅用了5～10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。
国内从上世纪90年代开始重视了对结构耐久性的研究，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行的，对如何从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接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，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注。结构的耐久性设计与常规的结构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发展。需要指出的是，很多这类问题与没有进行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，影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上（也即设计上）的缺陷。
不同的环境、使用条件和不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。因此，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构透彻的了解、本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
关键词：鱼腹式梁结构；桥梁结构；模型设计
中图分类号：U443 文献标识码：A
桥梁构造形式简洁、轻巧，符合未来桥梁的发展与规划，满通功能的需要。在桥梁模型的设计与制作过程中主要有斜拉桥、悬索桥和桁架结构桥三种类型，由于斜拉桥和悬索桥是柔性体系，挠度大，不易制作，且铅发丝线的松紧比较难以控制，桁架桥模型制作工艺简单方便，承载能力好，制作精度高等优势就体现出来了。在保证结构受力合理的前提下，采用了简单的正交异性板梁结构，朴实大方的结构中体现了新颖的造型特色。
结构模型设计中，结构的破坏往往不是结构本身材料达到了受力极限，而是节点的破坏。为了减小节点处的诸多不确定因素，采用板式结构的三跨连续梁，大大降低了节点破坏的风险。为了降低结构的挠度，采用两片主梁，用正交异性板的形式分担结构受力荷载，降低结构自身挠度和形变。
模型的简单三维效果图
对于静力荷载，可以直接在每跨跨中施加6kg的等效荷载，即60N的节点荷载。对于小车产生的动荷载，由于定义较为负载，为了简化计算，本组采用静力荷载工况，计算小车移动中最不利位置附近时的受力情况。
下图是在MIDAS中分析出的结构在静力荷载作用结构的位移等值线图，从图中可以清晰地看到最大位移量为2.34mm，发生在边跨的跨中位置附近。
静力荷载作用结构的位移等值线图
静力荷载作用最大位移处位移等值线图
最大应力发生在边跨跨中附近的下翼缘，最大值1.7MPa。
下图是在MIDAS中分析出的结构在小车荷载处于最不利位置时的位移等值线图，从图中可以清晰地看到最大位移量为5.39mm，发生在中跨的跨中位置附近。
小车荷载处于最不利位置时的位移等值线图
小车荷载处于最不利位置时最大位移处位移等值线图
最大应力发生在中跨的跨中附近的下翼缘，最大值2.76MPa。
Abstract: Mountain Highway, because of the complex terrain, geological, has multiple structures, bridge tunnel large proportion characteristics. Therefore, the quality of mountain highway design largely depends on the bridge design. This paper elaborates the problems that should be noted in mountain highway bridge design from aspects of the principles of highway bridge design, bridge design, and design problems.
关键词:山区;高速公路;设计;结构
Key words: mountain area;freeway;design;structure
中图分类号:U44文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)22-0086-01
0引言
随着我国经济的高速发展,地区之间的人员、物资往来越来越密切。这就要求我国建设更多更高等级的公路才能满足公路运输的要求。而修建高速公路无疑成了提高公路运输能力的最佳选择。由于我国高速公路规划的路线大部分都要经过山岭重丘地区,这一地区多河流和峡谷。因此,整条高速公路中,有相当一部分要通过桥梁来进行连接。
1高速公路桥梁设计原则分析
通常山区的地理、地貌环境比较复杂,在这些地区修建高速公路连接用的桥梁,需要遵循以下原则:
1.1 建设成本最低原则建设成本最低原则是指在山区高速公路桥梁修建时,在保证桥梁质量的前提下,尽可能使桥梁的造价达到最低。通常降低桥梁造价方法有:通过改变桥梁设计结构来降低造价、因地制宜选择桥梁建筑材料来降低造价、选择最佳施工方案来降低桥梁造价等。
1.2 环境保护原则环境保护原则是指在桥梁结构设计、桥梁修建位置的选择及施工方法的选择时,尽可能最大程度的降低对周围环境的破坏。
1.3 修建的桥梁必须达到国家规定的技术标准和规范这一原则的提出,主要是确保桥梁的质量和使用寿命。
2桥梁结构设计
桥梁结构的设计主要包括外部结构的设计和桥梁的抗压抗震等设计。桥梁外部结构的设计主要是指桥梁外形的设计,如将桥台设计成U型。桥梁的抗压、抗震及承载力设计主要是桥梁设计时必须要通过一定的数学模型分析及软件仿真等,来对桥梁的这些指标进行测试,看是否达到了设计要求。从垂直方向来看整个桥梁的设计,桥梁结构的设计可以分为上部结构设计和下部结构设计。
2.1 上部结构设计根据本人多年从事山区高速公路桥梁设计及施工的经验可知,目前山区高速公路的桥梁上部结构主要有简支梁板式桥、连续梁桥和先简支后连续式桥三种。
①简支梁板式桥。通常简支梁在公路桥的修建中具有广泛的应用。这主要由于简支梁的结构简单,受力分析简单,施工方便。②连续梁桥在修建桥长较长、弹孔跨径较大的大桥时,一般采用连续梁桥。常用的连续梁桥有连续箱梁桥和连续钢构梁桥。③先简支后连续式桥。先简支后连续式桥一般适用于中小跨径桥梁。这种结构的形成方法主要有两种,一是连续桥段按钢筋混凝土结构设计,一种是连续段按预应力结构设计,前一种方法因缺点较多,已趋于淘汰。当前先简支后连续式桥的形成方法主要是将简支梁预制安装到位,然后在墩顶位置现浇连续段形成整体,再通过预应力钢索张拉后,经支座转换形成连续体系。新型的先简支后连续桥克服了传统简支桥使用寿命低、维修费用高、耗材多、造价高以及传统连续桥造价高、工期长的缺点,具有施工方便、工期短、经济效益高等优点。
2.2 下部结构设计山区高速公路路线平曲线多、平面半径小、纵坡大,受这些地形、地势条件的限制,山区桥梁的设计难度较大。一般来说,桥梁下部结构设计主要一下几个问题。①墩高与跨径的关系20m跨径桥梁墩高一般为12m-20m,30m跨径桥梁墩高一般为18m-30m,40m跨径墩高一般为24m-40m是比较合理的[2]。在实际设计中,应根据桥梁长度、桥墩高度等,选取若干上部结构跨径,进行综合经济比较,从而得出适合的上下部结构比例。②桥墩 高度较短的桥墩多采用柱子式墩,柱式墩常分为圆墩和方墩,设计时应综合考虑多方面因素选择桥墩。高墩设计时应考虑稳定性问题。矮墩的稳定性基本可以保证,其截面尺寸一般由强度设计控制。③桥梁基础的设计 基础是桥梁下部结构的重要组成部分,在桥梁结构物的设计与施工中占有极为重要的地位,对结构物的安全使用和工程造价有很大的影响。常用的基础形式为扩大基础与桩基础。桩基础多为嵌岩桩和柱桩,地质较差的地段可采用摩擦桩;扩大基础或称明挖基础属直接基础,是将基础底板设在直接承载地基上,来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。
3桥梁设计中需要注意的问题
除上述问题外,还应在设计中注意一下问题:
3.1 结构设计上的特殊考虑,如曲线、大纵坡长桥下的高墩变位控制;墩弯曲稳定性计算问题;陡边坡上的桥墩设计等。
3.2 野外勘察期间收集基础材料,如水文资料的收集、软基的勘察、净空四角空间的复核计算等。因为山区高速公路的路线一般较高,设计水位一般不控制路线纵断面和桥梁标高,易忽视水文资料的收集;软基勘察的忽视可造成基础设计或构造物移位的变更。
3.3 建设管理以及施工方面的问题。对采用等跨结构的较长桥梁,应根据地形、地物条件采用灵活桥跨布置,不宜强求采用全桥等跨、全桥斜交、全桥错孔等方式;对地形起伏变化较大的桥梁,桥墩应结合运营状态的应力和变形条件,尽量采用统一的型式,但不能绝对统一;现在设计单跨20m～40m跨径的特大桥往往采用预制安装连续刚构结构,但在使用过程中也存在一些问题等。
3.4 其它方面的细节问题,如单跨20m～40m跨径的特大桥,设计多按150m～200m一般采用结构连续,设160型伸缩缝;曲线段桥梁的设计应引起充分注意,最好不要简单地以折线桥处理;桥梁单幅两侧由于预埋构件的需要,一般均设计为混凝土构造,若未重视桥面排水设施的设计造成桥面集水,不仅会影响桥面结构的使用,还会造成行车安全事故等。
4结束语
山区高速公路桥梁设计与平原地区桥梁的设计有很大的不同,有许多地方值得探讨,本文仅涉及了其中较少的部分。随着经济的发展,对山区高速公路的需求也会更多,这就要求我们要加强这方面的研究。
参考文献:
[1]薛翔,周安平.浅析先简支后连续桥梁设计特点相关研究.MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME, 2009(25).
