广东省冶金建筑设计研究院
摘要：桥梁的结构设计直接决定了桥梁的质量和运行效果，是保障人们出行安全的关键。因此，桥梁设计者必须要严格遵循国家规定的桥梁质量标准进行设计，在保障桥梁耐久性和实用性的基础上，适当满足人们对桥梁美观性的要求。文章结合作者多年来的工作经验，首先从我国桥梁设计的现状入手，并针对桥梁结构设计存在的问题，着重探讨了桥梁结构设计的工作要点，以期能为所需者提供借鉴。
关键词：桥梁结构；设计；问题
1我国桥梁设计的现状
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。
2桥梁结构设计存在的问题
2.1桥梁结构的耐久性达不到要求
一方面桥梁的耐久性受初期设计影响，另一方面施工过程中的环境因素和操作问题也会对桥梁耐久性造成影响。耐久性直接影响着桥梁的后期使用效果，一旦耐久性受损，修复起来也比较困难。比如2006年甘肃岷县洮河大桥发生上部结构自南向北意外坍塌事故，就是由于使用年限过久，导致结构材料力学性能降低，结构整体承载能力下降造成的。这就要求设计人员在初期设计时，对机构设计中的细节问题加以重视，对施工过程中可能遇到的种种因素进行全面考虑，完善桥梁的结构设计规划。
2.2桥梁结构设计超载问题
在桥梁的实际使用过程中，一些数据可能并不一定在原来的桥梁结构设计范围内，出现荷载超出原定允许范围的情况。超载会致使桥梁荷载应力幅值变大，导致桥梁结构的疲劳损伤等，如果在设计桥梁的过程中没有考虑到超载的问题，可能会对桥梁结构造成不可恢复的损坏，影响桥梁的整体质量，严重的可能会导致安全事故的发生。比如2011年武夷山公馆大桥坍塌事故、2012年哈尔滨机场高速阳明滩大桥主桥坍塌事故，其主要原因都是由超载所致，因此设计人员在进行桥梁设计时，要考虑到超载的可能性，适当调整桥梁的受力范围。
2.3桥梁结构设计疲劳损伤问题
在不同的地域，桥梁有不同的用途，但承受车辆的荷载和风荷载是所有桥梁都必须具备的功能。这两种荷载都属于是动荷载，因此会在桥梁结构内部形成循环应力，而桥梁长期受到这种循环应力的反复作用，会致使结构产生疲劳损伤。再加上在桥梁的具体施工过程中，会受到各种不确定因素的影响，在桥梁结构的内部材料上会存在不均匀或者不连续的现象，因此，设计人员在进行桥梁设计时，要充分认识到材料均匀性和连续性的重要性，密切注意施工过程中的各种不安全因素，考虑后期使用中车辆荷载的作用力影响，避免桥梁在投入使用之后出现结构的疲劳损伤，导致大面积的裂纹产生，造成严重的后果，威胁人们的生命财产安全。
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3桥梁结构设计的工作要点
主桥和南北两侧引桥三部分组成的广州市珠江某大桥，场地的地震烈度为8度、基本地震的加速度为0.20g。文章依据珠江某大桥的技术特点，论述了桥梁设计方案、结构特点、总体布置、抗震设计和施工方法等。
3.1跨径的布置及体系
矮塔斜拉桥的边跨与主跨跨径比值合理取值范围为0.5~0.76。结合现场的情况，满足跨越要求、工程风险和施工难度都需要考虑，对上下部结构的技术经济合理性还要兼顾，主桥跨径布置为85m+145m+85m。对于塔、梁、墩的连接上来说，固结体系和支座体系是矮塔斜拉桥的主要体系。在固结体系中，塔柱、桥墩、主梁互为固结，形成多点弹性支承的刚构体系，对独塔或墩高较大的情况适用。支座体系中，塔、梁固结，主梁支承在桥墩上面，可看做多点弹性支承的连续梁。本桥由于桥墩较矮，所以选择塔梁固结、梁下设置支座的支座体系。
3.2结构特点
珠江某特大桥主桥主要结构参数相对规范《公路斜拉桥设计细则》而言，塔高更高、梁高更小，塔高、梁高等重要结构参数突破规范规定，进行了创新性的尝试，并且更加经济、合理，大大节省了拉索用量，减小了结构重力，降低了地震力，属于高塔型矮塔斜拉桥。
3.2.1塔高
在塔高方面，根据“细则”规定，矮塔斜拉桥桥面以上塔高与跨径之比应为1/8～1/12，对于本桥来讲，推荐塔高应在12．1～18．1m之间。实际采用桥塔的结构高为20m，塔高与跨径之比为1／7．25。根据计算结果，在主梁和斜拉索应力相同的情况下，主塔的高度20m与推荐范围内的较低桥塔塔高13m时相比较，主梁应力和挠度的变化范围都稍减小在汽车的荷载作用下，增加斜拉索的应力变幅，但是，减少大约89t的斜拉索用量，即使得钢绞线的用量减少了37％。结构的所有指标都满足要求在相对塔高为13m，塔高为20m的情况下，但大幅的减少了斜拉索用量。即选用高塔型矮塔斜拉桥更加经济，在对斜拉索活载应力变幅较小满足的前提之下，所以选取塔高为20m的高塔型矮塔斜拉桥方案。
3.2.2梁高
梁高与结构的施工性能、力学性能等环节有着很大的关系。应选用箱形截面的混凝土梁，选用1/35～1/45的梁高与跨径比，也就是说规范推荐的主梁在3．22～4．14m。本桥主梁采用标准的梁高为3.0m，即1/48．3的梁高与跨径比。比较推荐范围的梁高3.5m时，主梁和斜拉索应力水平大致相同的情况下在成桥和使用的阶段，主梁梁高3.0m与梁高3.5m比较，汽车荷载作用下前者的主梁应力和挠度、斜拉索应力变幅都稍增大；混凝土的用量减少，普通钢筋用量也减少前者比后者。事实上，选用较小的梁高也就是选用较高桥塔的结果。
3.3抗震设计方法
预应力小箱梁结构是珠江某特大桥引桥采用的结构，设置多铅芯隔震橡胶支座在引桥的每个墩柱上面，起到隔震的作用。经过计算，使墩底减少约50％剪力和弯矩使用多铅芯隔震橡胶支座，使桥梁的抗震性能很大程度得到提高。设置拟摩擦黏滞流体阻尼器在大桥主桥上面，经过计算，使得墩底减少约60％的剪力和弯矩使用拟摩擦黏滞流体阻尼器。减隔震的设计，对结构的抗震性能大程度的提高，有效地使桥墩的截面积和用筋量减少，使得地震高烈度区桥梁的造价成本降低。
4结论
综上所述，桥梁的结构设计是一项复杂且系统性的工作，目前我国在桥梁设计方面还存在很大问题，不利于桥梁建设的发展。因此，桥梁设计人员要积极探索新的方法，总结经验，理论与实践相结合。对桥梁应用中出现的问题逐个击破，提高桥梁设计水平，保障桥梁的整体质量和后期运行效果，使桥梁在交通运输中的作用得以全面发挥，促进我国经济建设的发展。
参考文献：
[1]隋松志.浅论现代桥梁结构设计[J].建筑工程技术与设计，2014（06）：210~211.
[2]徐徉.桥梁结构设计问题分析[J].中国新技术新产品，2011（21）：80~82.
[3]白瑾.关于桥梁结构设计问题分析[J].中国新技术新产品，2012（14）：63~65.
论文作者:叶映兰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/14
标签：桥梁论文; 结构论文; 结构设计论文; 荷载论文; 应力论文; 耐久性论文; 斜拉桥论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;