简支梁桥结构设计现存问题及其优化设计

陈青发

(四川省林业和草原调查规划院，四川 成都 610081）

梁式桥中，简支梁桥是应用最早、最广泛的一种[1,2]。简支梁桥受力简单，梁中只有正弯矩，常采用 T型截面梁、箱型截面梁等构造简单的截面形式。简支梁桥是单孔静定结构，设计、计算都比较简单、方便，最容易将其设计成标准跨径[1,2]。简支梁桥采用装配式施工方法，可节约大量模板的支架材料，降低劳动强度，缩短工期。近年来，国内为对于中小跨径的桥梁，大量采用装配式钢筋混凝土简支梁桥或预应力混凝土简支梁桥[1,2]。简支梁桥结构设计领域有大量科学研究与工程应用问题[3-7]，值得研究。简支梁桥结构设计方面，现在存在一些问题，如设计方法不合理、不科学等[3]，值得研究。简支梁桥结构优化设计具备充分的必要性[4-7]，传统的桥梁设计方法实际上是满足设计规范条件下的一种最低水平设计[7]，因此设计人员应该运用更先进的设计理念[4-7]。

因此，本文研究简支梁桥结构设计现存问题及简支梁桥结构优化设计，具有积极的理论意义和现实意义。

1 简支梁桥结构设计现存问题

研究和分析简支桥梁结构设计关键问题，非常有意义[8]，因此科研人员和工程技术人员需要研究和解决这些问题。国内的简支梁桥结构设计，现在存在这些问题：

（1）桥梁结构强度考虑较多，但桥梁结构耐久性考虑少。当前桥梁结构设计中对于耐久性，实际上更多情况下只作为概念加以考虑。因此，还无法做到从材料、结构设计角度保证桥梁结构耐久性，并明确阐述具体维护和使用条件下桥梁结构的耐久性。

（2）国内桥梁结构设计存在的主要问题是与设计期望相比，桥梁结构正常使用性能差，可归结为适用性能差，包括桥梁的过大振动、线形不平顺、桥头跳车、桥梁结构开裂和过大的变形等）；桥梁结构维护的费用高、安全事故较频繁等。

（3）对桥梁结构的新建比较重视，但是对桥梁结构的维修、养护不够重视。没能从全寿命周期成本考虑桥梁结构的设计。

（4）桥梁存在的耐久性和安全性问题，很多与桥梁结构体系、使用材料的选择不合理、结构的细节处理不当有关，还有大量科研和工程问题有待研究和解决。

桥梁结构设计任务是选择经济合理的桥梁结构方案，完成桥梁结构分析。目前，这些桥梁结构设计的存在问题，一定程度上造成了桥梁工程的事故多发、桥梁结构使用性能不够理想等不良后果；也有悖于国际桥梁工程界对桥梁结构安全性、适用性日益重视的趋势。因此，科研人员和工程技术人员需要研究和解决桥梁结构设计的这些现存问题。

2 简支梁桥结构优化设计

简支梁桥体系的温度变化、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力。简支梁是静定结构，结构内力不受地基变形的影响，因此对基础要求较低，从而适用于地基较差的桥址[1,2]。简支梁桥受力明确、构造简单、施工方便，是中小跨径桥梁中应用最广的桥型[1,2]。

（1）截面优化设计，采用箱型截面方案。桥梁结构设计主要内容是横截面布置形式确定，首先是确定主梁的横截面形式，其次是确定主梁的间距，明确各部分的尺寸[6]。箱型截面作为闭合薄壁截面，具有较强的抗扭刚度。箱型截面较大的底板和顶板可以更好地抵抗弯矩，对于抵抗正、负弯矩都非常有效，也可以满足配筋要求。箱形截面有单箱单室、双箱单室、单箱双室、双箱多室等形式。单箱双室截面受力状态更明确，满足经济型要求，施工方便[6]。较大跨径的简支梁桥可以优先选用这种截面形式。

（2）更加重视简支桥梁结构的耐久性问题。将简支桥梁结构耐久性的研究向定量分析发展，并将其作为重要的设计原则。

（3）积极学习和借鉴国外桥梁结构设计的经验和成果。简支桥梁结构在使用过程中，表现出来的性能，分析使桥梁性能影响因素和其发生的机理、规律，寻求新的简支桥梁结构设计理念和方法。

（4）因地制宜、实事求是地开展简支桥梁结构的设计。以保证桥梁的安全使用、并可以尽可能地减少维修费用。

（5）增强和改善简支桥梁的抗震设计。四川省汶川特大地震中发现，百花大桥的案例表明，简支桥梁的抗震性能存在一定局限性。要通过结构设计，必要时采取工程措施，解决简支桥梁的抗震性能给其应用带来的瓶颈问题。

3 结论

经过研究，本文得出如下研究结论：

(1)现在我国简支梁桥结构设计，存在桥梁结构耐久性考虑少、不重视桥梁结构的使用极限状态、对桥梁结构的维修、养护不够重视、桥梁设计理论和结构构造体系不够完善等方面问题。

(2)通过优化简支梁桥截面形式、更加重视桥梁结构的耐久性问题、积极学习和借鉴国外的经验和成果、因地制宜地开展桥梁结构设计、增强和改善简支桥梁的抗震设计等措施，可以优化简支梁桥结构设计。

(3)本文研究内容有助于解决简支梁桥结构设计现存问题。