時間：2022-06-05 08:46:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇橋梁結構設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
橋梁工程的研究是當今的熱議問題，尤其是對橋梁的抗震及其結構的加固，本文主要對這兩大問題闡述了自己的觀點，介紹了地震對橋梁的危害及改善的方法和橋梁結構加固的幾種方法。
【關鍵詞】橋梁 抗震 結構加固
橋梁是一個國家歷史與文化的象征，我國自古以來在橋梁建造方面就有著光輝的成就，所建橋不計其數，對人類文明進步作出了非凡的貢獻。隨著我國路橋交通事業的的高速發展，橋梁工程設計理論也得以發展和完善，很快進入了一個新的時代。
橋梁一般由橋跨結構（或稱橋孔結構或上部結構）、支座系統、橋墩、橋臺、墩臺基礎五大部件組成，這五大部件是橋梁承受車輛運輸荷載的橋跨上部結構與下部結構，是橋梁結構安全的保證。新的橋梁結構設計應該在橋梁的抗震及其橋梁結構的加固方面有更大的突破，以下我們就針對這兩個方面進行分析：
近幾年來震災頻發，隨著人口密度的增加，地震災害給我們帶來的不良后果也愈發嚴重。 地震對橋梁的破壞主要是由于地表破壞和橋梁受震破壞引起的。其中地表破壞有地裂、滑坡、塌方、岸坡滑移和砂土液化等現象。地裂會造成橋梁跨度的縮短、伸長或墩臺下沉。在陡峻山區或砂性土和軟粘土河岸處，強烈地震引起的塌方、岸坡滑動以及山石滾落，可使橋梁破壞。在淺層的飽和和疏松砂土處，地震作用易引起砂土液化，致使橋梁突然下沉或不均勻下沉，甚至使橋梁傾倒。在坡邊土岸或古河道處，地震則往往引起岸坡滑移、開裂和崩坍等現象，造成橋梁破壞。橋梁受震破壞是由于地震使橋梁產生水平和豎直振動，造成橋梁構件的損壞和破壞,甚至使橋梁倒坍。此外,有些橋梁雖然在強度上能夠承受地震的振動力，但由于橋梁上部、下部結構聯結不牢，整體性差，往往會造成橋梁上部和下部結構間產生過大的相對位移，從而導致橋梁破壞。
橋梁震害的主要表現是：①墩臺開裂、傾斜、折斷或下沉；②支座彎扭、斷裂、傾倒或脫落；③橋梁上部結構和下部結構間相對位移；④落梁。拱橋受震破壞主要表現為:①拱圈開裂;②墩臺下沉；③多孔時墩身開裂、折斷；④落拱。一般說來，橋梁震害在高烈度震區比低烈度震區重；岸坡滑移和地基失效處的橋梁震害比一般地基處嚴重。
鑒于以上震害表現，我們研究了以下幾點防震措施：
一、不管對于哪種橋型，都必須充分考慮到地震情況下橋梁結構的水平運動，設置足夠強大的橫向限位構造。而大多數設計院在設置擋塊時一般尺寸有個20～30cm寬就可以了，鋼筋也僅僅配到12mm就行，靠這個小塊怎能擋住來自地震的沖力。鑒于以上分析，對于高抗震地區一般小跨徑的簡支板梁，擋塊推薦采用水平尺寸大于40cm的，對于連續梁橋，擋塊應大于50cm，也可以在支座內側設置內擋塊，擋塊尺寸可以更大一些。對于鋼筋布置，擋塊豎向與橋墩或蓋梁的連接鋼筋建議采用25mm的，間距150mm比較合適。
二、對于高墩橋梁，由于地震力對上部結構形成很大的水平力作用，因此墩柱的構造配筋就也顯得非常重要，很多橋梁也是由于墩柱破壞造成了整座橋梁的坍塌。
對于橋梁墩柱的配筋布置，由于我國相關橋梁抗震規范的落后，造成具體設計時無法可依。很多設計單位在抗震設計時，僅按照對橋梁上部結構進行抗震驗算得到水平力后對墩柱進行抗彎、抗剪驗算即可，而沒有考慮到抗震構造的一些配筋布置。這些構造配筋布置主要就是考慮到高抗震要求情況下，墩柱剛性抗彎不足時，形成塑性鉸，仍然可能繼續滿足抗震要求。
根據AASHTO規范的相關抗震要求，對于抗震地區的抗震墩柱，要求其面積配筋率大于2%，對于抗震地區的非抗震墩，其面積配筋率需大于1%。根據對在一座高抗震地區橋梁設計時的對墩柱的驗算，按照AASHTO規范進行抗震配筋構造布置，遠大于按照水平地震力對墩柱的抗彎抗剪要求。同時，對于抗震地區的相關構件的箍筋布置。
三、高抗震要求地區，很多損壞的橋梁都是屬于規范規定的重要性程度不高的范圍內，而且也都是一些中小橋；但是，由于其損壞造成的損失卻相當巨大。對于這些中小橋來說，提高其抗震要求所增加的費用相對非常少，最多也就是將擋塊尺寸放大一些，墩柱配筋稍多一些即可。但是如果重視程度不夠，造成的影響也是巨大的。這個問題涉及到經濟性和安全性的合理平衡，希望新的規范中能夠進一步優化。
以上三種方法可減少地震對橋梁的危害，地震我們可以防患于未然，但是，橋梁的牢靠需要我們的及時的修整及加固，舉例說明：
近期，橋梁大國的中國橋梁垮塌事故頻發，引起社會輿論對公共設施安全問題的關注。2011年7月11日凌晨2時10分左右，江蘇鹽城境內328省道通榆河橋發生垮塌，兩輛貨車墜落。該橋梁位于通榆河與淮河入海水道交叉處328省道上，該橋1997年3月通車，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館斜拉大橋突然斷裂坍塌，橋上一輛旅游大巴在事故中墜落，造成1人死亡，22人受傷。該橋是通往武夷山景區的主干道，1999年11月開通，至今不足12年。雖然橋梁結構加固一直在倡導，但其存在的安全隱患仍經不起時間的沉淀，相繼暴露出來。下面我們以最常見的橋梁結構形式的上部結構及其常見的加固方法進行說明：
橋梁結構加固是通過對構建補強和結構性能的改善來恢復或提高現有橋梁的承載能力，以延長其使用年限。橋結構加固技術主要有：增設縱梁加固法、受壓區增大截面加固法、外部預應力加固法等、錨噴混凝土加固法。
增設縱梁加固法在橋梁墩、臺基礎穩定，并具有足夠承載能力的情況下，可采用增設承載能力高和剛度大的新縱梁，使新舊梁相連共同受力。由于應運中的車輛荷載在新增主梁后的橋梁結構中重新分布，使原梁中所受荷載得以減少，加固后的橋梁承載能力和剛度得以提高。當增設的縱梁位于主梁的一側或兩側時，兼有拓寬的作用。此法適用于梁體結構基礎完好，而承載能力不能滿足要求的場合或者結合橋梁的拓寬工程進行，并做好新舊梁的橫向連接，一般不單獨采用。
受壓區增大截面加固法：當原橋上部結構構建的承載力不足，截面面積又過小，而墩臺及基礎較好，承載力較大，可將原有橋面鋪裝層鑿除使其與原有主梁形成整體，對橋面板表面進行處理后再澆筑一層新的鋼筋混凝土補強層，從而增大主梁的有效高度，改善橋梁荷載橫向分布，用以提高梁的抗彎能力。該方法的缺陷在于鑿除橋面時無法采用機械化施工手段，全部作業需要手工完成，用工量較大，工期較長，還可能對原結構造成一定的損傷。
外部預應力加固法運用預應力原理，再增設的構件或原有構件上施加一定初始應力的一種加固方法。采用對鋼筋水泥或預應力混凝土梁或板的受拉區施以體外預應力進行加固，以抵消部分自然重力，可較大幅度地提高梁的承載能力，起到卸載、減小跨中撓度、減小裂縫寬度或閉合裂縫的作用。其優點在于在自重增加很小的情況下，能大幅度改善調整原結構的受力狀況，提高剛度及抗裂性。由于自重增加小，減小了對墩臺及基礎受力狀況的影響，可節省對墩臺及基礎的加固量。此方法可在不限制通行的條件下進行加固施工，既可作為橋梁通過重車的臨時加固手段，也可以作為永久提高承載能力的措施，但需要重視加固后體外預應力筋的防腐問題。
關鍵詞：公路橋梁；橋梁結構設計；結構安全；理論研究；問題；探討
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
中途分類號：U442.5文獻標識碼： A 文章編號：
進入21世紀，我國經濟高速發展，物流運輸也伴隨經濟的發展快速增加。在巨大的交通量之下需要大量的交通通道來保證全國的物流運輸通暢。而橋梁作為不可或缺的交通通道，應用得越來越廣泛。橋梁最初是作為水上紐帶出現，但如今，橋梁不僅僅是水上通道，也是陸地重要的交通樞紐。
作為重要交通設施的橋梁，結構的設計是影響其使用壽命的決定性因素。在結構設計中，稍有疏忽或考慮不周，就會形成安全隱患，不僅是影響橋梁的使用壽命，而且會造成重大安全事故危及人民群眾的生命財產安全。因此，除了加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念、結構體系和構造的角度做好防患設計，從而保證橋梁的安全性和耐久性，給人們的出行安全和社會經濟發展提供強有力的保障措施。
一、我國橋梁結構設計的現狀分析
我國橋梁建設在20世紀得到了歷史性的發展：實現了跨徑大超越；橋型結構和技術有創新；深水大跨橋梁建設技術成熟；橋梁美學理念有所增強。雖然我國橋梁建設發展很快，但橋梁技術的總體水平同世界領先水平相比仍存在一定差距，橋梁建設中還存在很多不足：主要表現在理念和設計、材料、工藝技術創新上；橋梁的安全耐久性是橋梁界關注的突出問題，一些橋梁所暴露出的質量缺陷，不同程度地反映出在設計、施工、材料、養護維修、運營管理等方面存在的缺憾和不足；不少橋梁橋型結構呆板、笨拙，與環境、地貌的協調不足，存在拓展空間；地區、單位之間的設計、施工、科研實力水平普遍不平衡，存在很大差異，致使橋梁設計水平差距很大。
此外，我國的橋梁設計理論和結構構造體系仍不夠完善。在橋梁設計領域，尤其在橋梁使用的耐久性和安全性兩個方面，還有很多需要改進和有待完善的地方。橋梁結構設計的首要任務是選擇經濟合理的建造方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并采取規范中所規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的耐久性和安全性。
二、橋梁結構設計中存在的問題分析
目前國內的橋梁結構設計普遍有這樣的傾向：很多設計人員往往只是滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，卻忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計。這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發、結構使用性能差、使用壽命短的不良后果；也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背；也不符合結構動態和綜合經濟性的要求。
1、結構的耐久性設計問題
橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。大量的橋梁病害實例證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的根本因素是來自構造設計上的缺陷，與沒有進行合理的耐久安全性設計有很大的關聯。長期以來，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。
2、結構的疲勞損傷問題
橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋得不到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的。疲勞損傷過去一直被認為是鋼橋設計中的核心問題，由鋼結構疲勞引起的鋼材開裂案例較多，亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來，疲勞損傷的研究已進入混凝土結構，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動態性能和疲勞性能的研究還處在起步階段，特別是在某些關鍵部位的局部疲勞失效問題研究上還很缺乏。
3、橋梁的超載問題
橋梁超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負載運營；其二是橋梁通行的實際車流量超過設計流量；另一種是車輛違規超載。前兩種產生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加，后者是車輛使用者違法超載營運，后兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內部 損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性。
三、橋梁結構設計問題的原因分析
關鍵詞：公路橋梁 結構設計 耐久性
0引言
隨著社會不斷發展，我國公路橋梁建設事業蓬勃發展，取得了顯著成果。然而，公路橋梁結構耐久性問題也隨之突顯，理應引起公路橋梁結構設計、工程施工和維護等相關方面的重視。本文結合多年的公路橋梁結構耐久性設計實踐經驗，從保證混凝土結構耐久性、保證鋼筋混凝土保護層厚度、保證構造配筋科學、保證后張法預應力鋼筋管道壓漿質量、保證橋面鋪裝層防水等幾個主要方面就公路橋梁結構耐久性設計進行了以下論述。
1結構設計耐久性分析
橋梁建設作為我國的基礎建設項目，已經成為國家綜合實力的重要體現之一。近年來，我國公路橋梁數量猛增，由于其在經濟發展中起著至關重要的作用，人們對其結構耐久性設計越來越加以重視。公路橋梁結構設計的根本任務歸根結底就是用最經濟合理的途徑保證橋梁結構的安全、耐久和適用，使橋梁結構在工程施工和使用期內承受住各種預期的荷載作用。但公路橋梁在建造和使用期間，會遭受來自于環境、有害化學物質的侵蝕，還要承受來自于車輛、風雪、地震、疲勞使用及各種外來因素作用，與此同時，橋梁本身使用的建設材料性能也在逐漸退化，受多種因素影響，橋梁結構各部分必然會有不同程度的損傷和破壞，導致公路橋梁結構耐久性差。大量病害實例表明，除工程施工、建設材料、運營管理和維護等原因外，設計缺陷是影響公路橋梁結構耐久性差的決定性因素。因此，公路橋梁結構耐久性設計在保證經濟合理的前提下，還要注意橋梁結構分析、構件和連接的設計，取用規范規定的安全系數或可靠性指標，充分考慮建設材料和環境影響等因素，提高工程施工水平，加強運營管理和維護，以保證公路橋梁結構的耐久性。
2保證混凝土結構耐久性
近年來，我國公路橋梁事故頻發，造成重大經濟損失，產生了嚴重后果和影響。經調查研究證實，大多事故原因是由于設計不規范和施工質量差造成。施工過程中偷工減料、以次充好，，結構設計時態度不端正、不嚴謹，計算失誤等等因素造成了橋梁安全隱患存在重大問題。值得深思的是，目前公路橋梁結構耐久性設計，僅僅具有參考價值，而沒有計算出具體安全使用年限，更沒有對橋梁結構耐久性進行專業調查研究。此種情況不僅造成了橋梁事故頻發，也嚴重違背了國際上對橋梁結構耐久性日益重視的發展趨勢。要解決橋梁結構耐久性問題，首先應該保證混凝土結構的耐久性，而提高混凝土本身的耐久性是解決這一問題的關鍵，這就需要在施工過程中對水灰比例、水泥使用量、強度等級等混凝土材料組成情況進行嚴格控制把關。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）（以下簡稱《橋規JTG D62》）對公路橋梁結構耐久性設計做出了明確規定，要求公路橋涵應根據所處環境進行耐久性設計，結構混凝土耐久性的基本要求應符合（表1）要求，這也是公路橋梁結構耐久性設計必須遵循的基本原則。
3保證鋼筋混凝土保護層厚度
鋼筋混凝土由鋼筋和混凝土復合型建筑材料構成。保護層厚度是指從鋼筋外邊緣到混凝土外邊緣的最短距離。鋼筋混凝土保護層具有提高混凝土構件截面受力性能，保護鋼筋不被銹蝕，增強耐火能力等作用。因此，保護層厚度對公路橋梁結構的耐久性、安全性、抗腐性、耐火性等起著決定性作用。我國現行規范中，已對鋼筋混凝土受力鋼筋保護層厚度提高了等級，可見其對橋梁結構的影響作用。正常情況下，隨著時間的延長，鋼筋混凝土的碳化程度會隨之加深，碳化達到一定程度后，鋼筋混凝土表面的強度和密度逐步降低，水蒸汽和其它有害氣體隨之侵入，此時保護層厚度決定了鋼筋混凝土的碳化時間長短，當保護層完全碳化后，鋼筋就會被銹蝕。鋼筋表面被銹蝕后會產生膨脹力（在混凝土體積中會增加2～4倍），形成向外脹力，并拱裂混凝土保護層，使有害氣體直接侵蝕鋼筋，從而影響公路橋
梁結構安全和使用年限。由此可以看出，保證鋼筋混凝土保護層的厚度是保護鋼筋不被銹蝕，提高混凝土結構耐久性、安全性、抗腐性、耐火性的重要舉措。《橋規JTGD62》中的普通鋼筋和預應力直線鋼筋最小混凝土保護層厚度（表2）規定與國際通用設計規范存在一些差距，設計者應根據實際情況保證鋼筋混凝土保護層的厚度。
4保證后張法預應力鋼筋管道壓漿質量
《橋規JTGD62》中對預應力鋼筋管道壓漿質量有明確規定，用水泥漿抗壓強度要高于30MPa，水灰比應在0.4～0.5之間，可以在試驗后摻入膨脹劑以減少收縮）。除此之外，《混凝土結構耐久性設計與施工CCES01》中也有相關說明，預應力鋼筋的銹蝕會破壞混凝土結構，且事先發現困難，因此設計時應特別注意，采用必要的防護手段保護。后張法預應力鋼
筋管道應盡量使用具備良好密封性的高密度塑料波形管為宜，事先要對鋼筋管道灌漿材料和方法進行試驗驗證，最大程度地減少漿體硬化后形成的氣孔，并使用真空灌漿，可適時摻入阻銹劑。
5保證橋面鋪裝層防水
橋面鋪裝層的防水對橋面起著重要的保護作用，在結構設計和工程施工中要認真對待。橋面鋪裝層應使用密實性較好的C30以上等級混凝土，鋪裝層內設置鋼筋網，以防混凝土開裂。或者使用復合纖維混凝土和在混凝土中摻入XYPEX（賽柏斯）水泥基滲透結晶型防水材料，效果較好。公路橋面鋪裝層的損傷破壞以及板梁鉸縫滲漏水問題，一度引起了相關部門對橋面鋪裝層的防水施工工藝、施工材料的注意。實踐表明，選擇適宜的鋪裝層防水形式不僅可以達到良好的防水效果，保證公路橋梁主體結構安全，更能延長橋面鋪裝的使用年限，降低工程造價。良好橋面鋪裝層的防水需具備以下特點：1、與橋面砼粘結性良好，沒有起皮和脫落現象發生；2、能與瀝青混凝土橋面鋪裝融為一體；3、沒有透水現象發生，耐刺破性能強，具備應有的抗拉強度和延性適應變形能力；4、對橋面砼表面質量沒有特別要求，保障施工順利進行。
關鍵詞：橋梁；下部結構；設計；施工技術
中圖分類號：K928文獻標識碼： A
引言
近年來，隨著經濟的發展，我國的經濟建設取得了非常大的進步。與其相對應的，我國的橋梁工程建設也在此過程中不斷的發展著。在橋梁工程的建設中，橋梁下部結構的設計具有非常重要的作用。設計的好壞，將會直接影響著橋梁的安全和質量。進行合理的橋梁下部結構設計，可以使橋梁的上下結構協調一致，從而共同保證橋梁的整體質量。如果設計的不好，將會使橋梁的上部和下部無法進行有效的協調，從而就增加了橋梁的不穩定因素。為橋梁的安全和質量事故埋下了很多的隱患。在進行橋梁的下部結構設計時，一定要考慮到各種影響因素，保證橋梁的下部結構設計符合質量要求。
一、橋梁下部結構型式選用
1、橋墩型式
橋墩的分類方式很多，按受力不同可分為重力式橋墩和輕型橋墩;而按其結構構造可分為重力式實體橋墩、薄壁墩、空心墩、柱式墩、排架墩、框架墩等。
2、橋臺結構型式
2.1輕型橋臺
輕型橋臺適用于小跨徑橋梁，與輕型橋墩配合使用時橋跨孔數最多應在3個以下，并且橋梁整體長度最好控制在20m內，單孔跨徑應小于13m。橋臺臺身為直立的薄壁墻且體積小、兩側有用以擋土的側墻是輕型橋臺的主要特點。可在兩橋臺下部設置鋼筋混凝土用以支撐梁，上部結構應利用錨栓與橋臺連接，構成四鉸框架結構系統，并借助兩端后臺的土壓力來保持系統穩定。
2.2鋼筋混凝土薄壁橋臺
鋼筋混凝土薄壁橋臺常用的形式有撐墻式、扶壁式和及箱式等幾種，由帶扶壁的側墻、前墻以及水平底板而構成。臺頂一般由豎直小墻和支于扶壁上的水平板構成，其作用是支承橋跨結構，擋土墻則是由前墻和間距為2．5-3．5m的扶壁組成。此種橋臺適用于填土較低以及河床較窄的軟底地基，其構造較為復雜，施工工藝難度較大，且鋼筋使用量較大。
二、橋梁下部的結構設計
1、橋墩結構的設計
橋墩的選擇多采用Y型薄壁墩和柱式墩，柱式墩又分方柱和圓柱，圓柱在外觀質量施工上較為簡便，因此廣泛應用于平原地區，方柱在棱角以及視線誘導性，比較美觀。就受力方面而言，在圓柱截面積與方柱截面積相同的條件下，圓柱抗彎能力小于方柱抗彎能力，方柱受力較于圓柱，方柱更好。但方柱具有墩柱和樁基間要通過帽連接的缺點，如果施工屬山區，橋梁地面橫坡較陡峭，還增加了柱帽結構和工程數量、加大挖方的工程量。在橋墩設計中，要充分考慮到地形、墩高以及上構結構型式。Y型薄壁墩比較美觀但施工較為復雜，如墩高較高時，Y型薄壁墩施工只需要一套模板以及一個支架，Y型薄壁墩適用于地面橫坡較陡但有大量模板需求的山區橋梁建設，當橋墩較矮時，橋墩則會不僅不美觀還未有簡單施工，因此很少被采用。
2、橋墩與路幅的關系
山區高速公路既有整體式路基也有分離式路基。道路選則重視的理念是環保、削減占地，很多設計的是整體式路基，只有中長地道等采用分離式路基外。整體式路基的雙幅橋，一般下構按分幅獨自設計，也即是雙幅四柱。至于高墩長橋，整體式下構也即是雙幅兩柱是一種相對較好的挑選。比較于雙幅四柱，若橋墩截面積和橫向寬度適當，整體式下構橫向與縱向剛度為分幅設置的2倍以上，不光可以削減開挖并且可以削減墩頂變位。整體式下構帽梁跨度相對大時，鑒于車輛雙向行進時扭矩影響，要設置較強壯的帽梁。一座橋究竟運用整體式下構抑或是分幅下構，要歸納思考諸如地質、墩高和水文等多種因素。
3、高墩
通常強度控制矮橋墩的設計，然而，在有相對高的墩高的時候，一定要想到橋墩的穩定問題。“當i0/h＞30時，構件已由材料破壞變為失穩破壞。其中，l0是受壓柱的有效長度，在0.5到2倍墩高范圍內變化時，到底如何取值，這和上構重量、施工情況以及墩柱的支承剛度也就是上構與墩柱的連接方式有關。眾多的計算實驗說明對于多跨T梁橋(先簡支后連續以及先簡支后剛構)而言，i0=1.2－1.43i是墩柱的有效長度，其高度是i，當i=40m同時使用矩形截面的情況下，h≥1.2－1.43×40/30=1.6－1.907m，在h=50m時，h≥2－2.383m。墩厚在兩米以上時，實心矩形截面的經濟性會減少，因此能夠取得一個結論，即墩柱為材料破壞時，使用實心矩形截面，它的高度要在50m以下，而墩高在50m以上時，要使用空心薄壁墩截面。使用空心薄壁墩，墩高大于65m左右時順橋向要考慮放坡，由于在采用等寬尺寸的情況時，即便是有可操作的施工條件，為了確保橋墩的穩定，帽梁與墩柱勢必會加大尺寸，這樣會浪費更大的材料。
三、下部結構配筋的設計
1、蓋梁配筋
蓋梁配筋要選擇科學的計算方法，對橋梁結構布局詳細掌握后才能設計配筋方案。對于蓋梁來說，其配筋設計要考慮裂縫、沉降等結構出現的病害，對鋼筋的使用位置、形狀、型號等合理選用。如：蓋梁抗剪設計中對混凝土及箍筋承擔剪力的比例均給予明確的規定，以協調分擔各個結構的受力。
2、樁基配筋
對于樁基各截面的配筋，從理論上來說應根據樁內彎矩包絡圖進行計算布置。通常是根據最大負彎矩處進行配筋，從樁頂一直伸到最大負彎矩一半處以下一定錨固長度位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零以下一定錨固長度位置，再以下為素混凝土，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。在樁基變形較大的情況下，計算應同時考慮樁土特性及受力條件，以整體體系來分析樁的受力模式。當樁基水平變形量超出“m”法的限制范圍時，地基土抗力系數m值宜采用實測值。由于“m”法基本假定與大變形量樁基受力模式存在偏差，也可以考慮其它更接近于該類樁基受力模式的計算方法進行對比計算。
四、施工過程中的問題處理
1、斷樁的解決方式
解決上層斷樁問題可以用挖孔接樁法，而中層斷樁處理起來較為費時費力，所以一定要重點掌控，而底層則可以可設置素混凝土段，這樣可以更好的對底層斷樁進行處理。
2、承臺、橫系梁功能的探討
連結群樁是承臺的主要功能，承臺型式可以在一些舊橋拆除后遇到老橋樁時靈活選取運用；橫系梁的主要作用是增加樁的橫向整體性，并且也是為能夠在連結墩柱時調偏。橋墩較高時，可以將橫系梁往上提；而在橋墩不高時，也可以取消，能夠減少防護、減少開挖的費用和困難。
3、沉淀層厚度指標的選用
對沉淀層的要求要適當，方便施工過程中的控制；對樁長有比較大的影響的是清底系數的m值，一般在0.3-0.4之間比較適合。其中有些樁底的沉淀層厚度會有超標的狀況發生，在澆筑之前要運用反循環清孔法清孔。
4、按需調整樁長
地質鉆探資料僅僅只是反映了部分地質情形，而通常鉆探描述都會與實踐樁孔地質有所不同。設計人員或者監理人員應根據具體問題來分析，在樁底遇到巖面或者大孤石等無法鉆進時，應允許進行變更樁長。但是設計者也不能隨意改變樁長的長度，只有在承載力允許的情況下才能夠對樁長進行變更。
結束語
橋梁下部結構的設計對于橋梁的整體質量具有十分重要的意義，加強橋梁下部結構的設計能夠很好的保證橋梁的安全，保證橋梁的運行質量和壽命。但是對于我國目前在橋梁下部結構設計上的現狀，以及我國在橋梁安全事故上的問題，政府和學界都應該鼓勵在這方面進行研究，促使我國橋梁下部結構的設計更完善，促使橋梁工程的質量得到提升。
參考文獻
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[3]馬爾立.公路橋梁墩臺設計與施工[M].北京：人民交通出版社,2012.
關鍵詞：橋梁設計，結構安全 ，理論研究
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
中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A 文章編號：
1 我國橋梁設計現狀
總體來講我國的橋梁設計理論和結構構造體系仍不夠完善，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。
許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。
2 下部結構
內力計算為減少軟土地基位移對超靜定結構的影響，上部工程多采用標準梁的先簡支后連續構造，這樣整個工程的計算工作主要集中于下部結構，故下部結構內力計算方法的選用是否正確，考慮因素是否全面，直接關系到工程的安危，為此作以下幾點分析：
2.1蓋梁內力計算《墩臺設計手冊》中算例對墩臺內力按下列方式計算：當荷載對稱布置時，按杠桿法計算，當荷載偏心布置，按偏心壓力法計算，兩種布載狀況的內力取大值控制設計。這種算法沒有真正體會規范用意，僅為兩種布載狀況下的內力計算，不是各截面最不利狀態的內力計算，所算內力存在著不安全因素。正確做法應該先畫出各截面內力影響線，再對應影響線用杠桿法及偏心法進行最不利橫向布載，求出各截面內力最大、最小值，然后根據內力包絡圖進行結構配筋。近幾年，有的設計單位作如下簡化計算也可行，對多支座的板、箱梁橋的墩臺帽計算，按活載直接作用于由墩臺簡化成的連續梁上進行計算，不考慮活載及二期恒載的橫向分布作用。
2.2橋墩內力計算墩樁頂的最大豎向力計算同上；墩樁頂水平力計算，運用柔性墩理論中的集成剛度法，將橋面汽車制動力及梁體混凝土收縮、徐變、溫差、地震產生的水平力在全聯墩臺進行分配；最后根據不同組合的墩樁頂水平力、彎距及對應樁頂豎向力進行樁基各截面內力計算。
2.3橋臺內力計算除了橋墩內力計算項目外，橋臺豎向荷載還要增加土壓力、負摩阻力、搭板自重等項；水平荷載要增加土壓力，其影響復雜，需注意以下幾點：
（1）鋼筋混凝土薄壁臺土壓力計算軟土地基上帶基樁的薄壁臺土壓力計算要按深層考慮。
（2）埋置式橋臺土壓力計算土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的，對較差土質，需根據實際土質驗算，確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平壓力的影響。
臺后一定要選用透水、強度高、穩定性好的材料，否則，滲水后摩擦角及粘結力下降，自重增加，臺實際受土壓力遠大于設計值，使橋臺失穩。
（3）地震土壓力計算地震土壓力隨著橋梁等級的提高而加大；計算時不考慮活載作用；連云港市地震烈度為7，地震組合力對橋臺影響不如對橋墩的影響大。
（4）搭板對土壓力影響設搭板橋臺還應考慮搭板作用后活載土壓力改變對橋臺有利的影響。
（5）橋頭路基沉降、滑動驗算
第一，路基沉降過大：橋頭跳車，臺背和梁端過早損壞；加大豎向土壓力及負摩阻力，橋臺蓋梁開裂及樁基不均勻下沉；路面開裂及路基滲水促使路基失穩。
第二，路基滑動：導致橋臺嚴重破壞，此時橋臺所承受水平土壓力已遠大于正常計算，對于橋頭路基加寬、加高或處于改河、填溝段或路基外不遠有溝、河的，更要注意深層滑動驗算。上述兩項如不滿足要求，須采用切實可靠措施進行處理，尤以粉噴樁處理橋頭軟基效果為佳。
3 下部結構配筋
下部結構配筋首先涉及配筋方法的選用問題，故在該項中對配筋方法、蓋梁配筋、樁筋及樁長設計、橋臺配筋等注意事項分別進行討論：
3.1極限法及容許應力法應用分析由于現行橋規將鋼筋混凝土橋原容許應力法的彈性狀態設計改按承載極限狀態設計，大家對容許應力法有淡漠趨勢。事實上，極限法是在等截面簡支梁試驗基礎上獲得的，其適用范圍有限，有些方面還必須用容許應力法，設計者需注意根據實際情況合理選用。
3.2蓋梁配筋注意事項
（1）等截面連續梁可以用極限法，但不能完全套用，負彎矩處需留有富余。
（2）變截面連續蓋梁只能使用容許應力法。
（3）蓋梁的抗彎配筋，兩種方法均不控制設計，主要由裂縫寬度控制。
（4）抗剪設計，兩種方法都對混凝土與箍筋承擔剪力比例作了明確規定。這樣梁體往往需要設置大量斜剪力筋給梁內布筋帶來困難，配筋時可以通過多設箍筋，讓混凝土與箍筋承擔更多的比例，使配筋自由度大一點。
（5）蓋梁配筋要注意“強剪弱彎”，大部分梁體破壞是由剪力不足造成的，對抗彎筋滿足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。
（6）施工階段應力計算多用容許應力法。
3.3樁筋及樁長設計注意事項
（1）樁筋設計目前均采用極限法進行樁體抗彎筋設計，這在規范中已有詳細公式。對樁體抗裂還沒有明確要求，目前說法不一，有待進一步研討。
對于基樁各截面的配筋，從理論上講，應根據樁內彎矩包絡圖進行計算布置。通常是根據最大彎矩處進行配筋，從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長位置，再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。連云港市橋梁工程，江蘇省交通規劃設計院采用的即為這種方式，而交通部第一勘察設計院將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。具體哪種配筋更合理，對于摩擦灌注樁，無論從樁體受力來看，還是從節省工程費用及降低施工難度來看，筆者認為前一種更合理：
①節省大量鋼筋；
②鋼筋籠少，受樁長的變更而變更；
③減少底部斷樁處理的難度，減少扁擔樁發生機率。澆樁時，開始幾米發生卡管等事故機率高，而采用第一種方式配筋，底部斷樁后，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，新沂河特大橋由省院設計，施工中就有4根素混凝土段斷樁是通過重新掃孔澆筑成功的，而新沂河橋以北路段由部勘察一院設計，有兩根樁出現類似情況，因鋼筋籠一通到底，只能采用扁擔樁處理。
（2）樁長設計樁長計算不同于樁基配筋，仍采用容許應力法，最大豎向力應按容許應力法要求計算，不需考慮極限荷載組合系數。3.4橋臺配筋注意事項在連云港市老橋橋臺破壞最多，主要表現在樁基、臺身、臺帽、背墻、耳墻等開裂，尤以根部裂縫為多，以該市魏跳橋最為典型，該橋布設三孔（20m＋30m＋20m），處于軟土地質中，西幅采用框架式橋臺，東幅采用帶基樁U型臺，橋頭填土5m高，又處于改河、臨河段，當時限于經費，存在壓縮橋孔現象，橋臺前移使墩、臺縫全部頂死，背墻、耳墻、臺帽、臺身出現較大裂縫，橋頭路基出現很大范圍的不均勻沉降及滑動裂縫，后對該橋整治加固。以往橋臺破壞多歸結為超載，事實上也與設計時忽略某些因素有關：
（1）要求蓋梁完工后與混凝土底模分開，以免增加自重。
（2）臺后順橋向水平土壓力對蓋梁的水平彎矩是造成蓋梁跨中附近側面豎向裂縫的主要原因，而側水平土壓力易造成耳墻根部彎裂。
（3）橋臺前移使有縫橋變成無縫橋，大梁就會對橋臺背墻產生巨大推力去平衡臺后的土壓力，兩個力作用的結果導致：
①背墻從根部剪裂；②蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂；③臺身與蓋梁、樁基與臺身連接處彎裂。
（4）橋臺在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很大的扭矩，使蓋梁發生扭剪破壞。
（5）橋頭路基下沉致使背墻、梁端受活載沖擊力而過早破壞。
因此，設計中應適當加橋臺強蓋梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在蓋梁前側表面布置部分抗平彎鋼筋；加大背墻、耳墻尺寸及配筋；加大臺身尺寸及配筋；加大樁基根部配筋。
4 結語
橋梁設計是一個復雜的，系統的工程。需要豐富的理論知識，并且盡量避免主觀經驗因素對設計的影響。在橋梁設計過程中仍然有許多重大的理論問題需要解決。總之橋梁結構設計、評估及維修決策之中尚有許多細致的工作要做。
參考文獻：
關鍵詞：橋梁； 護舷； 船舶； 碰撞； 復合材料； 動力學特性； 非線性有限元
中圖分類號： U441.4 文獻標志碼：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
雖然橋梁本體設計時一般要求能夠承載一定的沖擊，但若橋梁不設防撞裝置，則船舶與橋梁碰撞時將直接與橋墩接觸，由于二者的剛度均較大，不能通過變形吸收能量，會對橋墩產生極大的撞擊力，極易造成船毀橋塌事故.[1]為橋梁設計合適的防撞護舷裝置，通過吸收撞擊能量降低船舶對橋墩的撞擊力，對于船舶和橋梁的安全有非常重要的現實意義.
傳統的橋梁防撞護舷多采用鋼制金屬材料或橡膠材料，不少專家學者對二者進行比較深入的研究.李元音等[2]提出用有限元非線性分析方法對碼頭橡膠護舷進行設計，改變單純依賴實體試驗或物理模型獲得護舷力學性能的方式.李干華等[3]研究M型、D型、CY型和鼓型橡膠護舷防撞裝置，并從產品結構、力學性能、安裝維護和成本價格等方面進行相關的比較分析.張峰[4]以東海大橋為工程背景，總結現有規范、計算理論及計算公式的適用條件，提出適合跨海大橋撞擊力的計算公式和計算方法.蔣致禹[5]結合非線性有限元仿真，研究橡膠護舷和鋼質護舷在沖擊作用下的變形失效，并根據耐撞性指標對鋼質護舷進行優化設計.然而，不論是鋼制金屬材料還是橡膠材料，二者都存在一定的缺陷，前者較為笨重，安裝使用不便，容易因腐蝕而造成性能下降，后者則有易老化的問題.
與傳統金屬材料和橡膠材料相比，復合材料具有更好的耐久性和抗腐蝕能力，吸能性能更強，壓潰載荷分布也更均勻[68]，因此對復合材料防撞護舷進行研究具有重要意義.王寶來等[9]根據復合材料的特點以及基體、增強相、截面和工藝等對復合材料強度的影響，闡述復合材料的宏觀強度理論中不同準則之間的差異和特點以及失效破壞準則.復合材料在撞擊作用下變形過大會發生基體失效、纖維失效、纖維基體剪切失效、分層等不同形式的局部失效.這些局部失效的產生與擴展將會使復合材料結構的承載能力降低并導致最終破壞.[10]本文以復合材料內填耗能閉孔泡沫材料構成的防撞護舷為研究對象，采用ANSYS仿真計算方法在LSDYNA平臺上研究3種復合材料防撞護舷結構在3 000 t船舶撞擊載荷作用下的動力學特性，計算結構在碰撞過程中產生的位移、速度、應變能和最大碰撞力等，以滿足使船撞力降低到52.4%以下的設計要求.
1 防撞護舷理論計算與試驗結果對比
為得到護舷的單元類型和材料屬性，進而得到精確的有限元模型，需要對護舷試樣進行碰撞試驗和有限元仿真計算.
試樣模型見圖1.試樣表面由玻璃纖維聚酯復合材料包覆，上下表面的尺寸均為360 mm×390 mm，厚度為20 mm；內部填充物為聚氨酯泡沫，在厚度方向上通過9根直徑為5 mm的柱形玻璃纖維復合材料加固穩定.在靠近試件邊緣部分貫穿試件厚度方向打直徑10 mm的孔，通過定位銷幫助試件在夾具上定位固定.試樣仿真模型見圖2.
在仿真計算中，選取LSDYNA庫中的Plastic Kinematic材料模擬玻璃鋼板，選取Power Law材料模擬低密度聚氨酯泡沫材料；通過設置碰撞剛性球密度調整剛性半球質量，進而改變初始動能；通過調整材料模型的密度、彈性模量和初始屈服強度等參數得到不同的仿真計算結果.運用有限元計算后處理軟件LSPrePost處理ANSYS/LSDYNA計算結果，得到碰撞力和碰撞能量時程曲線，見圖3和4.
采用Instron CEAST9350HV試驗機（見圖5）通過落錘自由落體勢能轉化的動能沖擊試件.先預估試件可承受的能量值進行試驗，將未穿透試件的能量值作為參考，然后再設定能穿透試件的能量.
試驗通過儀器直接得到的數據為撞擊瞬間落錘的動能（即沖擊能量）E0，該瞬間落錘的速率V0和落錘之后錘頭的力F與時間t的關系（采集頻率為1 MHz）.落錘試樣之間的撞擊力和碰撞能量與時間的關系曲線見圖6和7.
對試驗結果與仿真結果進行對比，發現碰撞力
的響應過程非常相似，仿真計算較好地反映碰撞過程中碰撞力的變化特性.對比仿真與試驗的能量時間曲線，發現二者的變化過程一致，但碰撞內能的試驗結果偏大.產生該誤差的主要原因是試驗過程中沖頭最終會靜止，系統認為動能完全轉化為試樣內能，而在仿真計算中，球體碰撞結束后將發生反彈，球體會帶走部分動能而無法傳遞給試樣.
總體說來，試驗和仿真結果在工程容許的誤差范圍內，說明采用ANSYSLS/DYNA模擬計算新型復合材料防撞護舷的碰撞動力學特性具有足夠的可靠性.
2 護舷實體結構碰撞動力學特性分析
為計算設置防撞護舷后最大碰撞力的許用值，首先需要計算未加防撞護舷時船橋之間的最大碰撞力.影響船橋撞擊力的因素很多，主要包括船型、船舶排水量、船舶尺寸、行駛速度以及橋墩的尺寸、形狀、強度、彈性性能等，因此理論計算非常復雜.[10]目前，國內外根據各國的實際情況采用不同的計算規范，且多是以試驗為基礎，對試驗結果進行理論推導后得出的，因此在指定的應用范圍內具有很好的適用性.[11]常用的規范包括國外的AASHTO規范、歐洲規范和Woisin修正公式以及我國的公路規范和鐵路規范.本文以歐洲規范為標準，得到未加防撞護舷時3 000 t船舶要求的最大碰撞力為52.32 MN.設計目標為采用復合材料防撞護舷后船撞力應降低到原來的52.4%以下，因此設置防撞護舷后最大碰撞力的許用值取為27.42 MN.
根據相關資料，采用3 000 t船舶模型（見圖8），帶有球鼻艏，總長為69.8 m，寬度為12.8 m.
在ANSYS/LSDYNA平臺上分別模擬3 000 t船舶以3.9 m/s的速度撞擊D型、圓環型和板型護舷的碰撞動力學過程.
2.1 D型護舷碰撞特性分析
3 000 t貨船撞擊D型護舷示意見圖9.護舷外形尺寸為4.0 m×2.5 m，半徑為2.0 m.護舷外殼板厚度為5 mm，芯柱直徑為5 mm，外殼與內部之間以玻璃纖維板分隔，結構內部填充聚氨酯泡沫作為耗能材料.
經有限元計算，獲得撞擊后護舷變形見圖10.
防撞護舷碰撞過程的能量變化曲線見圖11和12.在碰撞接觸變形最大時刻1.63 s時，動能下降接近為0，變形能與摩擦能占總能量94.3%.防撞護舷在整個碰撞過程中通過自身的變形吸收大部分能量，起到既保護橋又保護船的目的.碰撞過程沙漏能大致控制在總能量的4%以下，表明計算具有較高的精確性.從圖12可以看出：護舷吸收大部分能量，船首變形較小，說明對船舶的防護效果較好.
護舷模型幾何中心在碰撞過程中沿碰撞方向位
移變化過程見圖13.碰撞開始后，防撞護舷受撞擊擠壓后變形，船舶模型在初始速度作用下不斷侵入防撞護舷，受其變形影響，位移增加速率逐漸降低，在1.63 s時刻最大程度侵入護舷，深度為0.8 m.
船舶撞擊防撞護舷時碰撞力時程圖見圖14.最大碰撞力出現在船舶與防撞護舷產生最大變形的時刻，水平方向撞擊力為47.1 MN，大于設置的許用值27.42 MN，不符合碰撞力設計要求.碰撞力較大的原因是當采用D型護舷時，隨著碰撞過程的深入，護舷會移動到船首的凹陷處（見圖13），致使球鼻艏部分及上部護欄直接觸碰橋墩，產生較大碰撞力，使護舷失去防護作用.
2.2 圓環型護舷碰撞特性分析
3 000 t貨船撞擊圓環型護舷示意見圖15.圓環外徑為3.5 m，內徑2 m，厚度0.75 m.板的厚度為5 mm，芯柱直徑為5 mm.與3 000 t船舶撞擊后圓環型護舷變形見圖16.
防撞護舷碰撞過程能量變化時程見圖17和18.在碰撞接觸變形最大時刻1.60 s時，動能下降約為原來的6.1%，變形能與摩擦能占總能量的90.6%.碰撞過程沙漏能大致控制在總能量的5%以下.從圖18可以看出：護舷吸收大部分能量；船首變形較小，效果較好.
船舶模型幾何中心在碰撞過程中沿碰撞方向位移變化見圖19.在1.6 s時刻最大程度侵入護舷，深度為3 m（注意圖中船護舷接觸時刻為0.4 s）.
船舶撞擊防撞護舷時碰撞力時程曲線見圖20.最大碰撞力出現在1.29 s，水平方向撞擊力20.5 MN，小于規范要求的最大船撞力為27.42 MN的要求.
2.3 板型護舷碰撞特性分析
3 000 t貨船撞擊板型護舷示意見圖21.板型護舷表面由玻璃鋼板包覆，內部填充物為聚氨酯泡沫.護舷高8 m，厚1.2 m，玻璃鋼板厚度為5 mm，芯柱直徑為5 mm.撞擊后護舷變形見圖22.
防撞護舷碰撞過程能量變化曲線見圖23.在碰撞接觸變形最大時刻1.14 s時，動能下降為0，變形能與摩擦能占總能量92.9%.碰撞過程沙漏能大致控制在總能量的5%以下.從圖24可以看出：護舷吸收少部分能量，船首變形較大，效果不理想.
船舶模型幾何中心在碰撞過程中沿碰撞方向位移變化見圖25.在1.0 s時刻最大程度侵入護舷，深度為1 m，護舷幾乎被撞穿.船首變形能超過護舷，說明船體破壞較嚴重.
船舶撞擊防撞護舷時碰撞力時程曲線見圖26.
最大碰撞力出現在1.02 s，水平方向撞擊力為20.3 MN，小于規范要求的最大船撞力27.42 MN，符合要求.
由表1可以看出：D型護舷不符合要求，圓環型護舷吸收的能量約是船舶的4倍，板型護舷吸收的能量約是船舶的1/2.
3 結論
通過對比分析，得到如下結論.
1）通過防撞護舷試樣的有限元計算與試驗結果對比，發現在ANSYS/LSDYNA平臺上模擬船舶與護舷碰撞的動力學特性具有較高的精度.
2）通過對3 000 t船舶與D型、圓環型和板型護舷的碰撞過程進行對比發現：對于有球鼻艏的大型船舶，采用D型護舷時船舶會直接與橋墩碰撞，使防撞護舷完全失去作用；對于板型護舷，碰撞力能滿足要求，但大部分碰撞能量將由船舶吸收，船舶變形嚴重；采用圓環型防撞護舷時，最大碰撞力相對較小，且碰撞能量大部分被護舷吸收，船舶變形較小，能起到保護船舶與橋墩的作用.因此，圓環型防撞護舷的綜合性能最好.
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1．1耐久性設計標準偏低
雖然說混凝土耐久性與橋梁結構安全性都會受到環境影響，但橋梁缺陷和病害等問題主要是由于設計不合理造成。很多橋梁投入使用后，不重視維護，橋梁管理也不到位。在橋梁設計過程中，對于混凝土耐久性問題沒有進行充分考慮，偏向考慮結構強度和承載能力，只重視主體設計，不重視細節方面的設計，從而導致混凝土耐久性偏低［1］。橋梁設計通常比較注重結構安全性和強度問題，對于結構材料的選擇及構造設計不夠重視，沒有根據建設環境，制定混凝土耐久性標準，技術措施不到位。再加上環境的影響，導致橋梁耐久性不足。
1．2受到環境因素的影響
環境是影響混凝土耐久性的重要原因，也是最主要的原因之一。混凝土材料特性和環境原因影響，會導致混凝土裂縫現象，使鋼筋受到銹蝕，致使混凝土脫落、損壞等現象出現。長期以往循環，可導致鋼筋及混凝土面積逐漸縮小，降低結構性能，使結構承載力降低，結構耐久性不足。這些問題的出現，與設計也有一定關系，如果橋梁設計采用的鋼筋保護層較薄，厚度達不到要求，或混凝土水膠比過大，都會導致混凝土破損問題。
2橋梁耐久性設計方法
在橋梁建設規定中，提出了關于橋梁耐久性的設計要求，制定了相關的技術標準和設計規范，表明混凝土橋梁結構設計應根據建設環境、極限狀態及設計年限等，制定耐久性設計要求。總的來說，橋梁結構耐久性設計主要注意以下幾點。
2．1混凝土性能及強度應符合橋梁結構設計要求
橋梁結構設計除了要重視混凝土性能和強度外，還要重視混凝土的耐久性，確保橋梁在環境影響下，仍然具有較好的抗腐蝕、抗碳化作用，及較高的抗凍融性和抗滲性。因此，在進行橋梁結構設計時，應以結構所處環境、使用性能等，制定混凝土要求標準，選擇耐久性合適的混凝土，在添加劑方面，一定要合理應用，確保混凝土抗破損能力，提高其密實度［2］。如果橋梁建在一些靠海區域，可采用耐久性較高的混凝土進行橋梁底部建設。應嚴格按照混凝土的配比，以及相關的技術標準，確保混凝土中的堿含量及氯離子含量符合設計要求，強度等級可滿足設計需求，水膠比符合限制標準，嚴格控制水泥用量，采用質量合格的原材料，只有這樣，才能保證混凝的土耐久性標準。如果橋梁受到惡劣環境影響，決定橋梁結構強度的是混凝土耐久性，而不是橋梁承載力。例如，一些北方地區，鄰近海邊，環境因素較復雜，對橋梁結構的影響較大，如果混凝土耐久性差，就會降低結構強度。如果橋梁結構所處環境變化較大，應同時滿足不同環境下，橋梁對于混凝土耐久性及結構強度要求。如果構件經常處于潮濕環境，接觸水源，應按照凍融環境要求，來設計伸縮縫，確保其墩帽頂面耐久性;如果橋梁是跨海橋梁，長期受到氯鹽侵蝕，預應力及鋼筋混凝土的水泥，應盡量選擇低氯離子水泥，并采用引氣劑進行墩柱建設，除此之外，還要制定防腐防侵蝕相關措施，提高局部強度。
2．2注意細節設計，防止裂縫出現
如果橋梁所處環境較為復雜，應盡量設計簡潔的混凝土構件外形，避免過多暴露混凝土的棱角和表面，混凝土棱角盡量采用圓角代替。結構在布置方面和形狀設計方面，應注意通風問題，以便混凝土養護和振搗。根據排水要求設計混凝土表面形狀，結構縫應進行合理設計，尤其是構造設計，避免由于荷載增加，應力聚集，導致變形現象。一些水位變動較大、干濕交替部位，以及受到氯鹽侵蝕的部位，應及時采取防護措施，避免構件受到侵蝕。可進行憎水處理和防水處理，或通過表明涂層措施防止腐蝕。
2．3確保混凝土保護層的設計符合要求，增加其厚度
采用厚度適宜的保護層，不僅可以降低混凝土碳化速度，還可以避免氯離子擴散，有效提高混凝土耐久性。因此，為了防止鋼筋出現銹蝕現象，應盡量采用厚度較大的保護層。
2．4做好橋面的防水設計和排水設計
在進行高架立交橋及主橋的橋面縱坡設計時，應考慮橫坡及縱坡斜度，設計排水設施，如泄水孔，確保橋梁交通安全，解決橋面積水，確保排水系統的有效性。橋面應設計防水層，如柔性防水層、剛性防水層等，如果條件允許，也可以同時設計兩種防水層，提高橋梁的防水效果［3］。
2．5在附屬構造及結構設計方面，應注重細節
很多橋梁在上部結構設計過程中，采用縱橫濕接頭與預制簡支梁進行連接，對于后期混凝土的耐久性沒有過多要求，導致結構強度降低。這樣的設計容易導致混凝土收縮，出現裂縫，甚至導致滲水漏水現象，腐蝕混凝土，造成混凝土損壞。因此，在進行附屬構造或結構設計時，應盡量避免這種設計方式，如果必須采用這種設計結構，那么應做好防護措施，將膨脹劑添加在后澆帶部分混凝土中，避免混凝土出現收縮現象，以此提高混凝土耐久性［4］。主梁與伸縮縫之間的連接處，容易出現破損，混凝土耐久性要求較高，因此，應采用耐久性較好的混凝土進行施工，并在混凝土中添加適量纖維增韌材料或膨脹劑，同時，合理設計構造鋼筋及伸縮裝置，使兩者合理連接。構件部分與后澆部分應選用等級相同的混凝土，以達到金屬錨具封閉效果，避免預應力改變。
2．6強化鋼筋構造，避免混凝土裂縫出現
混凝土一旦出現裂縫，就會導致水滲入及氣滲入，腐蝕鋼筋混凝土，降低混凝土耐久性。因此，應重視裂縫控制，盡量提高混凝土耐久性。設計橋梁混凝土結構時，以預應力混凝土結構為主，增加抗裂設計，合理布置鋼筋構造，避免構造間距或直徑過大，產生裂縫。
3結束語
關鍵詞：減隔震技術；橋梁結構；設計；實踐應用
隨著我國交通基礎建設的不斷推進，各類公路鐵路橋梁建設成為了地方交通工程建設的重要內容。為了確實提高橋梁建設質量與壽命，技術人員在設計施工中采用了大量的技術措施與手段，開展了專業性技術研究創新工作。在這一研究中，減隔震技術的應用對于提高橋梁抗震性能，進而確保橋梁橋體在嚴重地質災害下，其整體結構依然得到保障。在橋梁設計實踐中，這一技術得到了設計者的認可，并得到了較為廣泛的應用。因此，我們結合減隔震技術特點，對其在實踐設計中的應用開展專項研究，為這一技術的優勢的發揮提供有效理論支持。
1 減隔震技術類型及技術原理
1.1 減隔震技術的主要類型
在橋梁設計實踐中，這一技術可以分為減震與隔震兩個技術原理。（1）減震技術原理。減震技術主要是利用阻尼與耗能構件，在橋梁抗震主要部位改變其結構動力性，進而實現抗震性能的提升。同時研究者還發現，耗能構件在抗震過程中還可以利用自身結構特點，吸收強力震動帶來的破壞性能量，進而為橋梁結構受到的震動破壞提供緩沖，確保其整體的穩定性與完整性。（2）隔震技術原理。隔震技術則是通過特殊結構造型設計，提高橋體抗震性能。其在設計中采用了較為明顯的震動周期結構，使橋梁在震動發生時可以確保整體結構適應地震能量輸入，為震動情況下的橋梁提供緩沖保證其整體結構不受到嚴重破壞。
1.2 減隔震技術在使用中的原理分析
減隔震技術抗震性能是通過其裝置性能實現的，因此在實際的使用中技術人員將其研究重點放在間隔震裝置原理中，確保其抗震性能的發揮。在實驗漢中技術人員發現，減隔震裝置的主要技術原理就是將地震作用力進行分散處理，降低其對橋體的破壞作用。在設計過程中，其主要的設計工作包括以下兩點。（1）抗震裝置延性設計。抗震延性設計是指在橋體的重要位置，設計抗震性塑性鉸結構，并對橋體結構進行詳細化的構造設計，提高橋體的整體延性。（2）橋體結構控制技術設計。橋體結構控制技術是橋梁設計的重要組成內容。根據橋體實際情況等因素，設計者會采用不同的技術措施開展設計。
2 減隔震技術在設計中的使用條件
雖然減隔震技術對于提高殼體抗震性有著良好的促進作用，但是在實際應用中這一技術也受到一定的條件制約。因此在設計開始前，技術必須根據橋梁設計方案，工程所在區域的實際情況等因素進行全面的技術分析，已確定是否使用減隔震技術。應該我們多年的設計經驗分析，減隔震技術在橋梁設計中的應用應符合以下條件。（1）施工周期短的橋梁工程。由于減隔震技術缺陷，是其難以適應施工周期較長的橋梁工程。因此在設計中，技術人員需要對工程規模進行有效評估，確保工程周期符合減隔震技術的使用條件。（2）高頻波地震區域。在實驗中研究者發現，減隔震技術在使用中對于抵御高頻波地震，且破壞能量高度集中的地震作用最為有效與明顯。因此在設計中，技術人員需要與地質勘查人員進行溝通與分析，根據施工地區地震情況，確定是否使用減隔震技術。（3）橋梁結構整齊。橋梁結構是否規范，是設計中能否采用減隔震技術的重要因素。因此設計人員需要對橋梁初期設計方案進行研究，確保結構規范度符合減隔震技術使用條件。同時技術人員還需要對橋梁墩部高度進行分析，避免因高度過高或過低，影響減隔震技術的使用。（4）橋體角度方向與運動規律符合技術要求。在橋梁設計與施工開始前，技術人員需要對設計方案與施工實際情況開展實驗研究。研究內容包括了橋體的角度方向，地面運動規律以及運動特點等，進行詳細的觀察與技術數據分析。只有在實驗結果符合技術要求與設計要求的情況下，才能在設計與施工中使用減隔震技術。
3 當前我國減隔震技術應用現狀
減隔震技術已經在國際橋梁施工領域得到了廣泛應用，但是由于我國引進這一技術時間較晚，因此技術尚未完善。（1）減隔震技術規范依然有待完善。由于我國在減隔震技術研究方面與實踐經驗方面的不足，因此在技術領域尚未形成完善的技術規范。特別是在減隔震技術設計與施工結構細節與構造方面，其技術規范不善缺陷依然較大。這種技術規范問題的出現，對于減隔震技術實用效果有著極為嚴重的影響。（2）配套技術研究依然落后。減隔震技術的使用不僅是單獨的建筑技術，還需要材料技術、地質勘查技術的配合。但是在我國橋梁設計與建設中，其配套技術研究依然較為落后，影響了這一技術的推廣使用。如在減隔震技術應用中對于橡膠產品質量要求較高。但是我國當前大部分建筑類橡膠產品質量較低，難以達到減隔震裝置使用要求。因此在設計研究中，設計者必須利用設計方案與工藝方案確定橡膠產品質量。（3）技術人員水平依然有待提高。由于我國這一技術應用較晚，因此其設計與施工技術人員缺乏相關的技術資料與實踐工作經驗。如在設計過程中，大部分技術人員在選擇減隔震裝置與安裝技術過程中，經常出現判斷性錯誤，造成減隔震技術使用效果下降問題的出現。
4 減隔震裝置實際應用分析
在當前的減隔震技術應用中，減隔震裝置應用發揮著重要作用。因此在技術研究中，減隔震裝置應用研究占據著重要位置。因此我們結合當前各類減隔震技術裝置的實際應用，開展了專業技術研究。（1）鉛芯橡皮支座裝置。這一裝置主要是將一至多個98%以上高純度的鉛芯，安插到高質量橡膠中制成的減隔震裝置。其主要工作原理是通過技術裝置截面積以及鉛芯直徑配置，完成減隔震阻尼過程。這一裝置在減隔震實際應用中，具有與軸承配合靈活性大，使用耐久性強的特征。（2）粘滯阻尼減隔震裝置。這一裝置是利用活塞裝置，通過活塞的前后運動中產生壓力差，推動裝置中的粘滯流體進入節流孔。在這一過程中，減隔震裝置會產生阻尼力和耗能，進而降低地震對橋梁的破壞力。在實際的應用過程中，這一裝置具有以下特征。一是橋墩受力較小。由于粘滯性阻尼裝置在使用中具有較強的受力性特點，因此在地震中其對橋體，特別是橋墩的應力較小。因而在地震過程中，粘滯阻尼器對于橋墩的破壞性較小。二是不影響橋梁正常使用。由于粘滯阻尼裝置應力較小，因此其對橋梁日常使用不會造成影響。這也是這一裝置受到技術設計人員歡迎的主要原因。（3）高阻尼橡膠支座裝置。高阻尼橡膠是指在石墨、塑料纖維以及其他添加劑，形成阻尼性較高減隔震阻尼裝置。這一裝置在雖然在使用中具有耗能性高的特點，但是也存在減震過程中發熱的問題。（4）滑動摩擦型阻尼支座。這一裝置是利用聚四氯乙烯材料與不銹鋼材料摩擦系數小的原理，在地震過程中通過摩擦力與慣性差，形成橋體的滑移運動對橋體進行保護。在實際應用中，這一裝置經常被應用在中型減隔震裝置設計中。（5）金屬阻尼減震裝置。這類裝置利用屈服點低或彈性較低的金屬材料，制成的阻尼裝置。這類裝置在我國橋梁設計使用較少。
參考文獻
[1]劉佳鈺，張軍.有關減隔震技術在橋梁結構設計中的應用淺析[J].城市道橋與防洪，2014（11）.
[2]邱金亮，方水平.減隔震技術在橋梁結構設計中的應用[J].黑龍江交通科技，2014（9）.
關鍵詞：連續箱梁；結構設計；優化設計：變截面
中圖分類號：U448.21+3
文獻標識碼：B
文章編號：1008-0422(2011)08-0155-02
1 引言
在橋梁設計中，設計者經常會面對如何選擇各構件的斷面尺寸等問題，如何將各構件斷面尺寸等擬定得合適，如何修正斷面的初始尺寸使其具有足夠的承載能力，又能節省材料用量，主要靠設計人員的經驗及參考已有的設計實例，一個橋梁結構，經修改后的設計是否最優，缺乏理論上的根據，把結構的優化方法引入結構設計中，它能夠給結構設計的最優性以明確的科學的根據。筆者認為，可以從以下幾個方面著手采取措施進行結構優化：
1.1合理布置橋跨。預應力砼連續梁式橋，由于其連續變形的特點，邊跨與中跨之比是否合適直接影響到結構的受力合理性。若邊跨與中跨之比太大，邊跨結構的縱向剛度偏小，與中跨結構的剛度不匹配，在恒載與活載作用下，邊跨會出現較大的主拉應力。同時，若邊跨與中跨之比過小，會使中跨跨中彎矩過大，而邊跨支點可能會出現向上的負反力。
1.2合理確定腹板、頂板及底板厚度。腹板的最小厚度首先要滿足構造需要，并最終取決于受力要求。美國和歐洲規范也只給出預應力管道間的最小凈距、保護層厚度，未明確腹板的最小厚度。目前，對于中等以上跨徑的預應力砼梁式橋，隨著跨徑的不同和構造要求、受力需要，腹板的厚度一般為35～60cm。在連續梁橋中，對于底板，其厚度隨負彎矩的增大而逐漸加厚至根部，根部底板厚度一般為根部梁高的1／10～1／12；跨中底板厚度一般為20～25cm，以滿足跨中正負彎矩變化及板內配置預應力鋼筋和普通鋼筋的要求。對于頂板，其厚度既要滿足橋面橫向彎矩的要求又要滿足布置縱、橫向預應力鋼筋的要求。
下面筆者結合具體實例，對預應力砼連續箱梁橋梁結構設計中的優化過程及措施進行如下分析探討。
2 工程概況
某主橋為三跨一聯預應力砼變截面連續箱梁，由獨立的上下行兩幅橋組成。為更好地貼合現狀河岸線，降低水中墩對原有河道的不良影響，同時亦為滿足通航凈空的要求，主橋左右兩幅橋采用邊跨反對稱的布跨方式。左幅橋跨徑布置為(108+166+95)m，右幅橋跨徑布置為(95+166+108)m，見圖1。主橋橋面全寬33m，中間設2m的中央分隔帶。上部結構由兩個獨立的單箱單室截面構成，兩箱梁中心距17，5m，主梁采用C60砼，箱梁橫斷面圖見圖2。
3 預應力砼連續箱梁橋梁結構設計及優化措施
由于主橋跨徑較大，為增加橋梁整體剛度。并使各項應力滿足規范要求，在箱梁截面尺寸、梁底曲線擬定、腹板厚度、頂板、底板厚度擬定和T構懸臂梁段布置等問題上作了對比分析。通過多次試算，在滿足規范要求的前提下，尋求各項指標的較優組合。
3.1箱梁截面尺寸
箱梁采用直腹板，箱梁頂板寬15.5m。底板寬8m，兩側懸臂段各長3.75m。懸臂端部厚度16cm，懸臂根部厚度65cm。根據以往的工程經驗，變截面連續梁橋支點梁高一般采用主跨跨徑的(1／15-1／20)，跨中梁高采用主跨跨徑的(1／30-1／50)。本橋跨中和邊跨直線段箱梁梁高均采用3.8m，為主跨跨徑的1／43.7。支點梁高采用9.0m(主跨跨徑的1／18.4)、9.5m(主跨跨徑的1／17.5)和10.0m(主跨跨徑的1／16.6)進行比較。梁底曲線擬用二次拋物線，比較結果見表1。
由表1可知，在跨中梁高一定的條件下，隨著支點梁高的增大，跨中截面彎矩和撓度減小，支點截面的砼最大壓應力減小。但是，支點截面采用9m梁高的方案導致砼的壓應力超限，不滿足規范要求。支點梁高由9.5m變化到10m，上述指標的提高很小，但是材料用量增加較多。在滿足橋下通航的條件下，增大支點截面梁高導致坡長的加長或坡度的增大，前者勢必進一步增加工程造價。本橋的側引橋受規劃和平面線型所限，不宜增大縱坡。因此，在滿足規范要求的前提下，綜合考慮了經濟性和行車舒適性，支點梁高采用9.5m進行后續設計。
3.2梁底曲線擬定
變截面梁的梁底變化曲線可采用圓弧線、拋物線或折線等。本設計擬用拋物線作為梁底曲線，通過采用不同形式的拋物線指數，分析其對結構的影響。比較結果見表2。
由表2可知，梁底拋物線指數由1.6變化到2.0，跨中彎矩變化不大，跨中撓度和支點截面上緣應力受影響較大。隨著梁底拋物線指數的增大，跨中撓度變大，但都在規范容許的范圍內。指數在1.6～1.8之間時，支點上緣出現拉應力，不滿足本橋安全預應力設計的要求。
3.3腹板厚度擬定
箱梁腹板的主要作用是承受結構的彎曲剪應力與扭轉剪應力所引起的主拉應力。腹板的最小厚度應滿足剪切極限強度的要求，也應滿足鋼束管道的布置和砼澆注的要求。由于墩頂預應力鋼束豎彎錨固在腹板上，還應考慮滿足錨下局部應力的要求，設計中比較了不同的腹板厚度方案，結果見表3。
由表3可知，三種腹板厚度方案對支點截面彎矩影響不大，不控制其設計。但方案三(50-70-90)cm導致支點截面上緣出現拉應力，不滿足要求。方案一(50-70)cm和方案二(50-70-80)cm導致的截面上緣應力均在規范容許范圍內。綜合考慮主墩根部附近腹板抗剪的需要和預應力鋼束錨固的要求，設計中采用方案二。
3.4頂板、底板厚度擬定
箱型截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位，確定箱梁頂板厚度主要考慮兩個因素：橋面板橫向彎矩的受力要求和布置縱向預應力束、橫向預應力束的構造要求。前者與箱梁腹板的間距及集中活載大小有關。
鑒于本橋箱梁斷面的腹板中心距最大可達7m、頂板采用型號較大的預應力鋼束以及頂板橫向預應力鋼束的線形要求，頂板厚度采用28cm。連續梁跨中區段，截面主要承受正彎矩，對預應力砼連續梁，底板中需配置一定數量的預應力束筋與普通鋼筋。當采用懸臂施工方法時，梁的下緣特別是靠近橋墩的截面將承受很大的壓應力，箱型截面的底板應提供足夠大的承壓面積。此外，底板除承受自身荷載外，還承受一定的施工荷載。用懸臂法施工箱梁時，底板還承受掛籃底模梁后吊點的反力。設計時對前述因素予以綜合考慮，跨中底板厚度采用28cm，按二次拋物線的規律加厚至根部截面
的110cm。
3.5T構懸臂梁段布置
考慮到本橋跨徑較大，箱梁截面面積也較大，為使頂板預應力鋼束布置盡量靠近腹板并充分利用懸臂梗托的空間、減少頂板鋼束的束數。因此設計時考慮通過兩個途徑來解決此問題。一是采用較大型號的鋼束從而減少通過同一截面的鋼束束數，二是通過增加梁段長度未減少“T構”懸臂段的個數，從而減少掛籃施工階段頂板預應力鋼束的對數。
第一種“T構”懸臂梁段布置方式：四個“T構”的懸臂各有21對梁段。墩頂截面布置了66束頂板預應力鋼束，對稱布置于箱梁頂板梗托處。每束頂板束采用21φ515.2mm的鋼絞線；28束腹板預應力鋼束對稱布置于箱梁兩側腹板，每束腹板束采用21φ515.2mm的鋼絞線。
第二種“T構”懸臂梁段布置方式：四個“T構”的懸臂各有19對梁段。墩頂截面布置了56束頂板預應力鋼束，對稱布置于箱梁頂板梗托處，通過⑩梁段的T1-T10束采用27φ515.2mm的鋼絞線。其余頂板束采用21φ515.2mm的鋼絞線；
24束腹板預應力鋼束對稱布置于箱梁兩側腹板，每束腹板束采用27φ515.2mm的鋼絞線。表4給出兩種不同“T構”懸臂梁段布置方式的結構計算結果。圖3給出了在短期荷載效應組合工況下，結構上緣、下緣最小正應力(以截面受壓為正，受拉為負)的計算結果。
從表4的計算結果和圖3的應力圖形對比可得：盡管兩種懸臂梁段劃分方式通過墩頂截面的預應力鋼絞線絲數接近，采用第一種“T構”懸臂梁段布置方式較采用第二種“T構”懸臂梁段布置方式的結構應力變化平緩。但是，對于大跨度預應力砼連續梁，在有限的箱梁截面里布置過多的預應力鋼束也存在諸多不足：
首先，頂板預應力束并不能集中布置在腹板兩側的梗托加厚處。這樣容易造成在張拉預應力鋼束時頂板和懸臂較薄處砼開裂。其次，頂板預應力鋼束
布置距離腹板太遠也不利于通過腹板傳力。再次，在同一截面內布置過多預應力束使得截面砼有所削弱，施工時也難以較好地保證箱梁模板內預應力管道的空隙處砼澆注的有效性。綜合以上分析，在各種應力狀態滿足設計要求的情況下選用第二種“T構”懸臂梁段布置方式。
4 結語
綜上所述，在120～170m跨度范圍內，預應力連續箱梁橋梁以其造價低廉、施工方便等優點而具有優勢，已在現代公路橋梁占有愈未愈大的比重。在預應力連續箱梁橋梁結構設計中應結合實際工程情況，在橋寬、跨徑等條件不變的情況下，利用橋梁結構分析程序和設計常量的取定，對橋梁上部結構進行優化設計，從而實現較好經濟性上的科學合理的設計目的。
參考文獻：
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[2]禹智淘，韓大建.基于可靠度的橋梁結構優化設計[J].廣東工業大學學報，2002，19.
關鍵詞：高速公路；橋梁；下部結構設計
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
中圖分類號：TU997 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
橋梁總體結構簡單來說就是分為上部結構（橋跨結構）及下部結構（橋墩和橋臺）。橋墩和橋臺是支承橋跨機構并將恒載和車輛等活載傳至地基的建筑物。通常設置在橋兩端的稱為橋臺。橋墩和橋臺是確保橋梁能安全使用的關鍵，在橋梁設計中起著非常重要的作用，下面我以高速公路橋梁為例，簡述我對高速公路橋梁下部結構設計的一些看法。
山區高速公路有整體式路基，也有分離式路基。現在道路選線提倡減少占地，提倡環保、與景觀協調的理念，除了中長隧道等需設置分離式路基外，越來越多的高速公路采用整體式路基。整體式路基的雙幅橋，一般情況下，下部結構按分幅單獨設計，即雙幅四柱。對于高墩長橋，為了減少開挖，增強邊坡穩定性，節約材料，降低造價，整體式下部結構即雙幅兩柱不失為一種較好的選擇。與雙幅四柱相比，在橋墩截面積及橫向寬度相當的情況下，整體式下構橫向和縱向剛度是分幅設置的兩倍以上，除了可以減少開挖，節約材料、施工面少外，還能減少墩頂變位。當然整體式下構帽梁跨度較大，還須考慮車輛雙向行駛時扭矩影響，帽梁的尺寸相應要更大一些。因此，一座橋究竟是采用整體式下構還是分幅下構，需結合橋位處地形、地質、水文、墩高等多方面因素綜合考慮。高速公路橋梁墩柱高度較矮的橋墩（h＜40m）多采用柱式墩或Y型薄壁墩，其中又以柱式墩最常用。
柱式墩分圓柱和方柱。圓柱施工中外觀質量易控制，且與樁基銜接方便，平原地區用的較多。但從美觀上來說，方柱有棱有角，與上構梁體協調，有一定的視線誘導性，較美觀。從受力上看，截面積相等的方柱和圓柱，方柱抗彎剛度大于圓柱，受力優于圓柱，當體系為連續剛構時，方柱可以方便地通過調整兩個方向的尺寸來調整墩柱的剛度，從而達到調整墩柱受力的目的。圓柱為各向同性，調整起來效果差一些。方柱的缺點則是墩柱與樁基之間需通過樁帽連接，增加了工程數量，并且山區橋梁地面橫坡都較陡，增加柱帽構造需要增加挖方工程量，引起邊坡不穩。因此，在設計中應根據地形、上構結構形式、墩高等因素綜合考慮選用方柱或是圓柱。
Y型墩薄壁是獨柱雙支座的一種墩型，美觀性較好，但施工稍顯復雜。墩高較矮時，其施工既復雜又不美觀所以少采用。當墩高較高時Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一個支架，對于地面橫坡較陡，搭支架困難，模板需求量大的山區橋梁，Y型薄壁墩具有顯著的優勢。從預算定額中也可以看出，同高度的柱式墩與Y型薄壁墩相比，Y型薄壁墩的基價低。另外采用雙柱墩時，由于地面橫坡較陡，兩個墩柱高度經常相差較大，由于線剛度EI/L差距大，導致一個墩兩個墩柱受力差異較大，采用Y型薄壁墩，只一個墩柱，就避免了上述缺陷。也有人認為，上部的Y型承托節約材料并不多，卻施工麻煩，宜設計為實體，權衡施工進度和質量、安全和節省材料及美觀之間的關系，也未嘗不可。不管外形如何，墩高較高時，采用獨柱雙支座外部形狀Y型的薄壁墩較為適宜。
高速公路橋梁一般矮橋墩的設計由強度控制，但當墩高較高時，就必須得考慮橋墩的穩定問題。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62—2004）關于偏心受壓柱條文說明5.3.10條指出，“當l0/h＞30時，構件已由材料破壞變為失穩破壞。” l0為受壓柱的有效長度，在0.5~2倍墩高之間變化，究竟取值多少，與施工狀態、上構重量、上構和墩柱的連接方式即墩柱的支承剛度有關。大量的計算實驗表明對于先簡支后剛構（墩頂與上構為鋼板焊接）和先簡支后連續（墩頂與上構為橡膠支座連接）的多跨T梁橋來說，墩柱的有效長度l0=1.2~1.43l，l為墩柱高度，當l=40m且采用矩形截面時，h≥1.2~1.43×40/30=1.6~1.907m，h=50m時h≥2~2.383m，當墩厚大于2m時，實心矩形截面經濟性降低，所以可以得出一個結論：墩柱為材料破壞時，采用實心矩形截面，其高度不宜超過50m。當墩高大于50m時，宜采用空心薄壁墩截面。采用空心薄壁墩，墩高超過65m左右時順橋向應考慮放坡，因為采用等寬尺寸時施工雖然方便，但為了保證橋墩的穩定，墩柱和帽梁必將尺寸加大很多，這樣材料會浪費較大。
橋梁下部結構設計中除了下部結構形式的選擇是需要設計人員慎重考慮外，橋梁下部結構關乎整個橋梁體系的安全性及耐久性，也是需要我們去注意的。
危及橋梁工程的安全問題除施工管理及施工質量外，設計人員更應該從設計層面最大限度的屏蔽安全風險。多方面入手，增強橋梁的安全性及使用耐久性。在橋梁設計領域，特別是關于橋梁結構設計和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。
結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。我們不能只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性小；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄；這些都削弱了結構耐久性，會嚴重影響結構的安全性。不少橋梁、雖然滿足了設計規范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現實的一個安全問題，設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。
國內從上世紀90年代開始重視了對結構耐久性的研究，也取得了不少成果。這些研究大多是從材料和統計分析的角度進行的，對如何從結構和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性卻很少有人研究。而且，長期以來，人們一直偏重于結構計算方法的研究，卻忽視了對總體構造和細節處理方面的關注。結構的耐久性設計與常規的結構設計有著本質的區別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發展。需要指出的是，很多這類問題與沒有進行合理的耐久性設計有關，這也促使人們重新認識橋梁的耐久性問題。大量的病害實例也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上（也即設計上）的缺陷。
不同的環境、使用條件和不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿足規范的要求外，還要求設計人員具有對結構透徹的了解、本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。
關鍵詞：魚腹式梁結構；橋梁結構；模型設計
中圖分類號：U443 文獻標識碼：A
橋梁構造形式簡潔、輕巧，符合未來橋梁的發展與規劃，滿通功能的需要。在橋梁模型的設計與制作過程中主要有斜拉橋、懸索橋和桁架結構橋三種類型，由于斜拉橋和懸索橋是柔性體系，撓度大，不易制作，且鉛發絲線的松緊比較難以控制，桁架橋模型制作工藝簡單方便，承載能力好，制作精度高等優勢就體現出來了。在保證結構受力合理的前提下，采用了簡單的正交異性板梁結構，樸實大方的結構中體現了新穎的造型特色。
結構模型設計中，結構的破壞往往不是結構本身材料達到了受力極限，而是節點的破壞。為了減小節點處的諸多不確定因素，采用板式結構的三跨連續梁，大大降低了節點破壞的風險。為了降低結構的撓度，采用兩片主梁，用正交異性板的形式分擔結構受力荷載，降低結構自身撓度和形變。
模型的簡單三維效果圖
對于靜力荷載，可以直接在每跨跨中施加6kg的等效荷載，即60N的節點荷載。對于小車產生的動荷載，由于定義較為負載，為了簡化計算，本組采用靜力荷載工況，計算小車移動中最不利位置附近時的受力情況。
下圖是在MIDAS中分析出的結構在靜力荷載作用結構的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為2.34mm，發生在邊跨的跨中位置附近。
靜力荷載作用結構的位移等值線圖
靜力荷載作用最大位移處位移等值線圖
最大應力發生在邊跨跨中附近的下翼緣，最大值1.7MPa。
下圖是在MIDAS中分析出的結構在小車荷載處于最不利位置時的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為5.39mm，發生在中跨的跨中位置附近。
小車荷載處于最不利位置時的位移等值線圖
小車荷載處于最不利位置時最大位移處位移等值線圖
最大應力發生在中跨的跨中附近的下翼緣，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.
關鍵詞:山區;高速公路;設計;結構
Key words: mountain area;freeway;design;structure
中圖分類號:U44文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)22-0086-01
0引言
隨著我國經濟的高速發展,地區之間的人員、物資往來越來越密切。這就要求我國建設更多更高等級的公路才能滿足公路運輸的要求。而修建高速公路無疑成了提高公路運輸能力的最佳選擇。由于我國高速公路規劃的路線大部分都要經過山嶺重丘地區,這一地區多河流和峽谷。因此,整條高速公路中,有相當一部分要通過橋梁來進行連接。
1高速公路橋梁設計原則分析
通常山區的地理、地貌環境比較復雜,在這些地區修建高速公路連接用的橋梁,需要遵循以下原則:
1.1 建設成本最低原則建設成本最低原則是指在山區高速公路橋梁修建時,在保證橋梁質量的前提下,盡可能使橋梁的造價達到最低。通常降低橋梁造價方法有:通過改變橋梁設計結構來降低造價、因地制宜選擇橋梁建筑材料來降低造價、選擇最佳施工方案來降低橋梁造價等。
1.2 環境保護原則環境保護原則是指在橋梁結構設計、橋梁修建位置的選擇及施工方法的選擇時,盡可能最大程度的降低對周圍環境的破壞。
1.3 修建的橋梁必須達到國家規定的技術標準和規范這一原則的提出,主要是確保橋梁的質量和使用壽命。
2橋梁結構設計
橋梁結構的設計主要包括外部結構的設計和橋梁的抗壓抗震等設計。橋梁外部結構的設計主要是指橋梁外形的設計,如將橋臺設計成U型。橋梁的抗壓、抗震及承載力設計主要是橋梁設計時必須要通過一定的數學模型分析及軟件仿真等,來對橋梁的這些指標進行測試,看是否達到了設計要求。從垂直方向來看整個橋梁的設計,橋梁結構的設計可以分為上部結構設計和下部結構設計。
2.1 上部結構設計根據本人多年從事山區高速公路橋梁設計及施工的經驗可知,目前山區高速公路的橋梁上部結構主要有簡支梁板式橋、連續梁橋和先簡支后連續式橋三種。
①簡支梁板式橋。通常簡支梁在公路橋的修建中具有廣泛的應用。這主要由于簡支梁的結構簡單,受力分析簡單,施工方便。②連續梁橋在修建橋長較長、彈孔跨徑較大的大橋時,一般采用連續梁橋。常用的連續梁橋有連續箱梁橋和連續鋼構梁橋。③先簡支后連續式橋。先簡支后連續式橋一般適用于中小跨徑橋梁。這種結構的形成方法主要有兩種,一是連續橋段按鋼筋混凝土結構設計,一種是連續段按預應力結構設計,前一種方法因缺點較多,已趨于淘汰。當前先簡支后連續式橋的形成方法主要是將簡支梁預制安裝到位,然后在墩頂位置現澆連續段形成整體,再通過預應力鋼索張拉后,經支座轉換形成連續體系。新型的先簡支后連續橋克服了傳統簡支橋使用壽命低、維修費用高、耗材多、造價高以及傳統連續橋造價高、工期長的缺點,具有施工方便、工期短、經濟效益高等優點。
2.2 下部結構設計山區高速公路路線平曲線多、平面半徑小、縱坡大,受這些地形、地勢條件的限制,山區橋梁的設計難度較大。一般來說,橋梁下部結構設計主要一下幾個問題。①墩高與跨徑的關系20m跨徑橋梁墩高一般為12m-20m,30m跨徑橋梁墩高一般為18m-30m,40m跨徑墩高一般為24m-40m是比較合理的[2]。在實際設計中,應根據橋梁長度、橋墩高度等,選取若干上部結構跨徑,進行綜合經濟比較,從而得出適合的上下部結構比例。②橋墩 高度較短的橋墩多采用柱子式墩,柱式墩常分為圓墩和方墩,設計時應綜合考慮多方面因素選擇橋墩。高墩設計時應考慮穩定性問題。矮墩的穩定性基本可以保證,其截面尺寸一般由強度設計控制。③橋梁基礎的設計 基礎是橋梁下部結構的重要組成部分,在橋梁結構物的設計與施工中占有極為重要的地位,對結構物的安全使用和工程造價有很大的影響。常用的基礎形式為擴大基礎與樁基礎。樁基礎多為嵌巖樁和柱樁,地質較差的地段可采用摩擦樁;擴大基礎或稱明挖基礎屬直接基礎,是將基礎底板設在直接承載地基上,來自上部結構的荷載通過基礎底板直接傳遞給承載地基。
3橋梁設計中需要注意的問題
除上述問題外,還應在設計中注意一下問題:
3.1 結構設計上的特殊考慮,如曲線、大縱坡長橋下的高墩變位控制;墩彎曲穩定性計算問題;陡邊坡上的橋墩設計等。
3.2 野外勘察期間收集基礎材料,如水文資料的收集、軟基的勘察、凈空四角空間的復核計算等。因為山區高速公路的路線一般較高,設計水位一般不控制路線縱斷面和橋梁標高,易忽視水文資料的收集;軟基勘察的忽視可造成基礎設計或構造物移位的變更。
3.3 建設管理以及施工方面的問題。對采用等跨結構的較長橋梁,應根據地形、地物條件采用靈活橋跨布置,不宜強求采用全橋等跨、全橋斜交、全橋錯孔等方式;對地形起伏變化較大的橋梁,橋墩應結合運營狀態的應力和變形條件,盡量采用統一的型式,但不能絕對統一;現在設計單跨20m～40m跨徑的特大橋往往采用預制安裝連續剛構結構,但在使用過程中也存在一些問題等。
3.4 其它方面的細節問題,如單跨20m～40m跨徑的特大橋,設計多按150m～200m一般采用結構連續,設160型伸縮縫;曲線段橋梁的設計應引起充分注意,最好不要簡單地以折線橋處理;橋梁單幅兩側由于預埋構件的需要,一般均設計為混凝土構造,若未重視橋面排水設施的設計造成橋面集水,不僅會影響橋面結構的使用,還會造成行車安全事故等。
4結束語
山區高速公路橋梁設計與平原地區橋梁的設計有很大的不同,有許多地方值得探討,本文僅涉及了其中較少的部分。隨著經濟的發展,對山區高速公路的需求也會更多,這就要求我們要加強這方面的研究。
參考文獻:
[1]薛翔,周安平.淺析先簡支后連續橋梁設計特點相關研究.MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME, 2009(25).
