橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
2015-05-25
1 引言
橋梁是路線的重要組成部分，隨著我國(guó)交通網(wǎng)的不斷完善，越來(lái)越多的橋梁將被建設(shè)。橋梁，尤其是大、中橋梁對(duì)當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、國(guó)防等都具有重要意義。所設(shè)計(jì)橋梁應(yīng)能滿足使用任務(wù)、性質(zhì)和將來(lái)的發(fā)展的需要。因此，如何設(shè)計(jì)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)以及環(huán)保美觀的橋梁就顯示相當(dāng)重要了。為此，本文對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
2 橋梁設(shè)計(jì)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(lái)交通里增長(zhǎng)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(yīng)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(shè)施的橋梁，應(yīng)適當(dāng)考慮綜合利用，滿足其他工程設(shè)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(jì)上的要求
橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。一切設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)詳細(xì)周密的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。使橋梁的總造價(jià)和材料等消耗為最小；選用的橋梁結(jié)構(gòu)形式要便于制造和架設(shè)，應(yīng)盡量采用先進(jìn)工藝技術(shù)和施工機(jī)械，以減少勞動(dòng)強(qiáng)度。加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量和施工安全；采用的建筑材料應(yīng)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(yíng)運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，取得最佳經(jīng)濟(jì)效果。
2.3 安全上的要求
保證整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)及其各個(gè)構(gòu)件在制造、運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)使全部構(gòu)件及其連接構(gòu)造的材料抗力或承載能力具有足夠的安全儲(chǔ)備。對(duì)于剛度的要求，應(yīng)使橋梁在荷載作用下的變形不超過(guò)規(guī)范規(guī)定的容許值，以免撓度過(guò)大而影響行駛、危及橋梁結(jié)構(gòu)的安全。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是要使橋梁結(jié)構(gòu)在各種外力作用下，具有能保持原來(lái)的形狀和位置的能力。結(jié)構(gòu)的耐久性，是要使橋梁結(jié)構(gòu)在正常的使用年限內(nèi)不過(guò)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(guò)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(diǎn)建筑物，而且也是美化環(huán)境的點(diǎn)綴品。一座橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，既能達(dá)到橋梁自身和諧，又能與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。對(duì)城市橋梁和游覽地區(qū)的橋梁，更要考慮橋梁美學(xué)的要求。設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合自然環(huán)境精心比選方案、精心設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)必須考慮環(huán)境保護(hù)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(yīng)從橋位選擇、橋跨布置、基礎(chǔ)方案、墩身外形、施工方法、施工組織設(shè)計(jì)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(cè)保護(hù)體系，將不利影響減至最小。
3 橋梁縱、橫斷面設(shè)計(jì)及平面布置
3.1 橋梁縱斷面設(shè)計(jì)
橋梁縱斷面設(shè)計(jì)主要確定橋梁的總跨徑、橋梁的分孔、橋面標(biāo)高與橋下凈空，橋上與橋頭的縱坡布置以及基礎(chǔ)的埋置深度等。
（1）橋梁總跨徑的確定?？绾訕驑蛄嚎偪鐝揭话愀鶕?jù)水文計(jì)算，并結(jié)合橋位地形、斷面形態(tài)、河床地質(zhì)、橋頭引道填土高度等綜合分析確定。由于橋梁墩臺(tái)和橋頭路堤壓縮了河床，使橋下過(guò)水?dāng)嗝鏈p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(guò)大的沖刷。另一方面，為了使總跨徑不致過(guò)大而增加橋梁的總長(zhǎng)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(yīng)根據(jù)具體情況經(jīng)過(guò)全面分析加以確定。例如，對(duì)于非堅(jiān)硬巖層上修筑的淺基礎(chǔ)橋梁，總跨徑應(yīng)該大一些，以避免路堤壓縮河床，造成較大沖刷；對(duì)于深埋基礎(chǔ)，一般允許較大的沖刷，總跨徑就可適當(dāng)減小。
?。?）橋梁的分孔。橋梁總跨徑確定以后，還需進(jìn)行分孔布置。對(duì)于一座較大的橋梁，應(yīng)當(dāng)分幾孔，每孔的跨徑應(yīng)當(dāng)多大，通航孔如何布置。這些問(wèn)題要根據(jù)通航要求、水文情況、地形與地質(zhì)條件、施工技術(shù)以及美觀等具體情況。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面綜合分析后加以確定。
對(duì)于通航河流，首先要確定通航孔跨徑以滿足通航要求。當(dāng)通航凈寬大于按經(jīng)濟(jì)造價(jià)所確定的跨徑時(shí)，一般將通航孔的跨徑按通航凈寬來(lái)確定，其余的橋孔跨徑則選用經(jīng)濟(jì)跨徑。但對(duì)于變遷性河流，鑒于航道位置可能發(fā)生變化，則需多設(shè)幾個(gè)通航孔;在平原地區(qū)的寬闊河流上修建多孔橋時(shí)，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(jì)跨徑進(jìn)行分孔。
橋梁分孔是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，各孔跨徑的確定需要綜合考慮各種因家。通常標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或新建橋涵，當(dāng)跨徑在100m以下時(shí)，宜采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑。為了避開不利的地質(zhì)段(如巖石破碎帶、裂隙、溶洞等)，可將橋基位置移開，也可適當(dāng)加大跨徑。在有些體系中，為了結(jié)構(gòu)受力合理和用材經(jīng)濟(jì)，分孔布置時(shí)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(shí)，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(guān)，有時(shí)選用較大跨徑雖然在技術(shù).上和經(jīng)濟(jì)上是合理的，但由于缺乏足夠的施工技術(shù)機(jī)械設(shè)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(diào)，在整體規(guī)劃橋梁分孔時(shí)還必須重視美觀上的要求。
（3）橋面標(biāo)高與橋下凈空的確定。橋面的標(biāo)高主要根據(jù)橋梁所在路線縱斷面設(shè)計(jì)中的規(guī)定，按照計(jì)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(biāo)高需要來(lái)確定。無(wú)鉸拱橋的拱腳允許被設(shè)計(jì)洪水俺沒(méi)，但不宜超過(guò)拱圈高度的2/3、且拱頂?shù)酌嬷劣?jì)算水位的凈高不得小于1.0m。當(dāng)河流有形成流冰阻塞的危險(xiǎn)或有漂浮物通過(guò)時(shí)，應(yīng)按實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)。在計(jì)算水位的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?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(duì)于有淤積的河流，橋下凈空應(yīng)適當(dāng)增加。在不通航和無(wú)流筏的水庫(kù)區(qū)城內(nèi)，梁底面或拱頂?shù)酌骐x開水面的高度不應(yīng)小于計(jì)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(shè)置保證橋下安全通航的通航孔，橋下凈空應(yīng)符合通航標(biāo)準(zhǔn)，即橋跨結(jié)構(gòu)下緣的標(biāo)高，應(yīng)高出自設(shè)計(jì)通航水位算起的通航凈空高度。任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件或設(shè)施均不得伸入其內(nèi)。
