橋梁設計要點分析
2015-05-25
1 引言
橋梁是路線的重要組成部分，隨著我國交通網(wǎng)的不斷完善，越來越多的橋梁將被建設。橋梁，尤其是大、中橋梁對當?shù)卣?、?jīng)濟、國防等都具有重要意義。所設計橋梁應能滿足使用任務、性質和將來的發(fā)展的需要。因此，如何設計出安全可靠、經(jīng)濟合理、技術先進以及環(huán)保美觀的橋梁就顯示相當重要了。為此，本文對橋梁設計的要點進行了簡要的分析。
2 橋梁設計的基本原則
2.1 使用上的要求
橋梁必須適用。要有足夠的承載能力和橋面凈空，既能保證車輛和行人的安全暢通，又能滿足將來交通里增長的需要；建在通航河流或需跨越其他路線的橋梁，橋下凈空應滿足泄洪、安全通航或通車的要求；靠近村鎮(zhèn)、城市、鐵路及水利設施的橋梁，應適當考慮綜合利用，滿足其他工程設施的需要(如管線工程等)；建成的橋梁要保證使用年限，并便于檢查和維修。
2.2 經(jīng)濟上的要求
橋梁設計應體現(xiàn)經(jīng)濟上的合理性。一切設計必須經(jīng)過詳細周密的技術經(jīng)濟比較。使橋梁的總造價和材料等消耗為最??；選用的橋梁結構形式要便于制造和架設，應盡量采用先進工藝技術和施工機械，以減少勞動強度。加快施工進度，保證工程質量和施工安全；采用的建筑材料應因地制宜，就地取材，并具有良好的耐久性，盡可能降低日后營運養(yǎng)護費用，取得最佳經(jīng)濟效果。
2.3 安全上的要求
保證整個橋梁結構及其各個構件在制造、運輸、安裝和使用過程中具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。橋梁結構的強度應使全部構件及其連接構造的材料抗力或承載能力具有足夠的安全儲備。對于剛度的要求，應使橋梁在荷載作用下的變形不超過規(guī)范規(guī)定的容許值，以免撓度過大而影響行駛、危及橋梁結構的安全。結構的穩(wěn)定性，是要使橋梁結構在各種外力作用下，具有能保持原來的形狀和位置的能力。結構的耐久性，是要使橋梁結構在正常的使用年限內不過早地發(fā)生破壞而影響正常使用，例如橋梁裂縫寬度不超過規(guī)范規(guī)定的容許值等。
2.4 美觀上的要求
橋梁建筑不僅是交通工程中的重點建筑物，而且也是美化環(huán)境的點綴品。一座橋梁應具有優(yōu)美的外形，既能達到橋梁自身和諧，又能與周圍環(huán)境協(xié)調。對城市橋梁和游覽地區(qū)的橋梁，更要考慮橋梁美學的要求。設計者應結合自然環(huán)境精心比選方案、精心設計、精心施工，以期在增加投資不多的條件下，取得橋梁美觀的效果。
2.5 環(huán)保上的要求
橋梁設計必須考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求，包括生態(tài)、水、空氣、噪聲等各方面，應從橋位選擇、橋跨布置、基礎方案、墩身外形、施工方法、施工組織設計等多方面全面考慮環(huán)境要求，采取必要的工程控制措施，并建立環(huán)境監(jiān)測保護體系，將不利影響減至最小。
3 橋梁縱、橫斷面設計及平面布置
3.1 橋梁縱斷面設計
橋梁縱斷面設計主要確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋面標高與橋下凈空，橋上與橋頭的縱坡布置以及基礎的埋置深度等。
?。?）橋梁總跨徑的確定。跨河橋橋梁總跨徑一般根據(jù)水文計算，并結合橋位地形、斷面形態(tài)、河床地質、橋頭引道填土高度等綜合分析確定。由于橋梁墩臺和橋頭路堤壓縮了河床，使橋下過水斷面減少，流速加大，引起河床沖刷，要求橋梁總跨徑必須保證橋下有足夠的排洪面積，使河床不致遭受過大的沖刷。另一方面，為了使總跨徑不致過大而增加橋梁的總長度，以節(jié)省總投資。又允許有一定的沖刷。因此，橋梁的總跨徑應根據(jù)具體情況經(jīng)過全面分析加以確定。例如，對于非堅硬巖層上修筑的淺基礎橋梁，總跨徑應該大一些，以避免路堤壓縮河床，造成較大沖刷；對于深埋基礎，一般允許較大的沖刷，總跨徑就可適當減小。
（2）橋梁的分孔。橋梁總跨徑確定以后，還需進行分孔布置。對于一座較大的橋梁，應當分幾孔，每孔的跨徑應當多大，通航孔如何布置。這些問題要根據(jù)通航要求、水文情況、地形與地質條件、施工技術以及美觀等具體情況。通過技術經(jīng)濟等方面綜合分析后加以確定。
對于通航河流，首先要確定通航孔跨徑以滿足通航要求。當通航凈寬大于按經(jīng)濟造價所確定的跨徑時，一般將通航孔的跨徑按通航凈寬來確定，其余的橋孔跨徑則選用經(jīng)濟跨徑。但對于變遷性河流，鑒于航道位置可能發(fā)生變化，則需多設幾個通航孔;在平原地區(qū)的寬闊河流上修建多孔橋時，通常在主槽部分按需要布置跨徑較大的通航孔，而在兩旁淺灘部分則按經(jīng)濟跨徑進行分孔。
橋梁分孔是一個非常復雜的問題，各孔跨徑的確定需要綜合考慮各種因家。通常標準設計或新建橋涵，當跨徑在100m以下時，宜采用標準跨徑。為了避開不利的地質段(如巖石破碎帶、裂隙、溶洞等)，可將橋基位置移開，也可適當加大跨徑。在有些體系中，為了結構受力合理和用材經(jīng)濟，分孔布置時要考慮合理的跨徑比例。在山區(qū)歡在水深流急的江河上建橋時，往往采用大跨徑橋梁跨越深谷，以便減少中間橋墩。從戰(zhàn)備要求出發(fā)，需要將全橋各孔的跨徑做成一樣，并且跨徑不能太大，以便于搶修和互換。各孔跨徑的選擇還與施工能力有關，有時選用較大跨徑雖然在技術.上和經(jīng)濟上是合理的，但由于缺乏足夠的施工技術機械設備，也不得不將跨徑減小。除此之外，橋梁的分孔既要自身和諧又要與自然環(huán)境協(xié)調，在整體規(guī)劃橋梁分孔時還必須重視美觀上的要求。
?。?）橋面標高與橋下凈空的確定。橋面的標高主要根據(jù)橋梁所在路線縱斷面設計中的規(guī)定，按照計算水位或最高流冰水位加安全高度、橋下通航(或通車)凈空、兩岸接線標高需要來確定。無鉸拱橋的拱腳允許被設計洪水俺沒，但不宜超過拱圈高度的2/3、且拱頂?shù)酌嬷劣嬎闼坏膬舾卟坏眯∮?.0m。當河流有形成流冰阻塞的危險或有漂浮物通過時，應按實際調查的數(shù)據(jù)。在計算水位的基礎上，結合當?shù)鼐唧w情況酌留一定富余量，作為確定橋下凈空的依據(jù)。對于有淤積的河流，橋下凈空應適當增加。在不通航和無流筏的水庫區(qū)城內，梁底面或拱頂?shù)酌骐x開水面的高度不應小于計算浪高的0.75倍加上0.25 m。在通航或流放木筏的河流上，必須設置保證橋下安全通航的通航孔，橋下凈空應符合通航標準，即橋跨結構下緣的標高，應高出自設計通航水位算起的通航凈空高度。任何結構構件或設施均不得伸入其內。
