公路桥梁设计中的安全性及桥梁耐久性研究

丁顺常

（广西联柏建筑设计有限公司，广西 南宁 530000）

现阶段，各地区积极完善公路路网，开展大规模建设。桥梁作为路网的重要连接点，起到提高通行效率的积极作用。穿山过海建设桥梁，目的是为人们提供优质的出行服务，带动区域经济发展。若想实现桥梁的价值，做好桥梁性能的把控为关键。深入分析此课题，提出优化桥梁设计的方法，供相关工程参考借鉴，具有现实意义。

1 案例概述

以广西某大桥项目为例，属于特大型桥梁。按照设计方案主桥跨径部分按照40m+170m+450m+170m+40m 进行布置，桥梁全长为870m，设计为双塔双索面半漂浮体系斜拉桥。桥梁主跨设计为450m。桥梁技术指标整理如表1 所示。现结合此桥梁设计，展开具体的分析。

表1 桥梁的技术指标

2 公路桥梁设计方案内容分析

2.1 大桥结构特点

从桥梁设计角度分析，要围绕通航、防撞与结构受力等多个方面做好分析，此桥梁按照两边对称210m 边跨+主跨450m 的方案布置，主桥边中跨比为0.47。设计方案中对于主梁的设计，选择的是扁平半封闭分离式钢箱组合梁，梁的宽度设计为33.5m，宽跨比设计为1/13.4；梁的高度为3.5m，高跨比为1/128.6；索塔选择的是钢筋混凝土钻石形桥塔，塔高度为147.3m；桥面之上的塔高大约为113m，塔梁高跨比设计为1/3.98。对于斜拉索，经过分析后选择钢绞线斜拉索，按照扇形布置。此桥梁结构充分利用建设位置的运输条件，使用的桥梁构件采用工厂化预制以及现场安装。预制的组合梁，运输到施工现场，借助桥面吊机起吊。采取此施工方案，有效提高作业质量。然而主梁起吊重量很大，作业期间整体受力和主梁局部结构受力很大，对桥梁设计有着较高的要求。设计方案除主梁结构造形外，整体受力的设计，运用辅助墩与交界墩集位置集中压重的作用，增强衡梁区域的整体刚度，促使结构受力得到优化。

2.2 结构体系设计方案

桥梁设计方案中主桥为半漂浮体系，选择索塔位置布置竖向支座、横向抗风支座以及纵向粘滞限位阻尼约束装置。对辅助墩为保障应用性能，设置竖向支座以及横向抗风支座；对于过渡墩位置，设置横向金属阻尼器以及竖向滑动支座的抗震体系，达到增强安全性的效果，借助滑动支座实现对竖向荷载的承受，联合应用钢阻尼器适应斜拉桥的变形，达到控制墩量之间横向对象位移的目的，确保发生强震情况时桥梁下部结构不被损伤[1]。

2.3 主梁设计

一般来说，基于保障安全与质量同时实现的目的，对设计的组合梁，选择分别预制钢梁与桥面板的方案，之后再分别安装，完成后遵循技术标准具体操作，即设计的湿接缝方案，完整组合梁的部分工程施工，以此达到建造的目标，采取此应对措施，达到有效处理收缩徐变应力的目的，保障混凝土的质量达标。本桥梁设计方案中主梁选择的是扁平半封闭分离式方案，制作钢箱组合梁，此类型的桥梁具有钢板厚度小的特点，作业的难度较低，增强截面抗扭和抗弯刚度，因此抗风性能以及整体的受力性能更强，促使桥梁安全性得到保障。对使用的组合梁，采取预制的方法制作，既提高了作业的效率，还保障了桥梁的质量。除此之外，将辅助墩与过渡墩治制作横隔板整个宽度范围内底板进行封闭处理，形成钢箱截面，向着内部填充混凝土。基于保证填芯混凝土能够与钢板紧密贴合的目的，通过参与桥梁结构传力实现价值，选择适宜的位置布置钢筋材料以及剪力键，形成组合整体后，有效解决实际问题，例如压重等，有效提高横梁区整体刚度，增强整体的受力性。

2.4 索塔设计

按照桥梁设计方案，对于索塔部分，设计为镂空结构，最终形成的是钻石型物体，承台之上的塔高度为149.3m。站在把控整体质量的目的分析，上塔柱朝向内部加以靠拢，将建造高度控制在设计范围内，即121m，选择塔顶位置进行横梁的布置。对于下塔柱部分，按照施工的顺序流程方案作业，整体是一个斜直线的表现，从纵向与横向进行设计，对下塔柱的高度，把控在设计的要求内，本工程为26m。基于增强索塔稳定性的目的，选择距离横梁大约66m 位置布置1 道中横梁。对于上下塔柱，设计为钢筋混凝土构件，设计为矩形空心截面。设计的斜拉索锚点，采用的是钢锚梁+钢牛腿的方案，固定到上塔柱内部。具体来说，相对应斜拉索面内的水平力，整体由钢锚梁负责承担，部分不平衡水平分力则由梁端底座进行传递，传松给预埋钢板，由塔壁承受。对于斜拉索的竖向分力，由牛腿进行传力，传到塔身后，最后由索塔承受。

2.5 斜拉索的设计

按照斜拉索设计方案分析，选择按照空间双索面扇形进行布置，主塔的两侧位置分别设置20 对索，整个桥梁总计80 对索。构建的斜拉索所提，使用无粘结高强度镀锌钢绞线组成，抗拉强度达到1860MPa。索体的外层使用HDPE 索套管；对于锚固区设置的钢绞线要求保证没有粘结的情况，确保整体的效果[2]。

2.6 性能分析

静力分析。使用三维有限元软件，对桥梁结构进行分析。主梁和索塔部分通过梁单元模拟分析；斜拉索部分通过空间索单元模拟分析。根据分析的结果显示，处于承载能力极限状态下的组合方案，组合梁钢梁的最大应力值结果为234.3MPa，未超过270MPa，可达到规范标准与要求。设计的组合梁桥面板，按照要求处于作用效应频遇值组合状态下，必须要达到要求，不应该产生拉应力，同时正截面抗裂达到全预应力构件的受力要求。对于辅助墩周围梁段桥面板，要求在作用效应频遇值组合情况下，正截面最大拉应力值必须要达到要求，结果不小于1.918MPa，模拟分析结果为0.5MPa，可达到要求。通过作用效应准永久组合条件下的分析，桥梁面板的正截面可以达到A 类构件标准。在运营条件下进行分析，斜拉索的最小安全系数结果为2.6，施工环节的最小安全系数结果为2.7，意味着安全性可以达到要求。在汽车活载条件下分析，斜拉索的最大应力幅结果为100.6MPa，其未超过200MPa，可达到技术标准。

动力和耐久性分析。根据有限元分析结果显示，E1 地震条件下，主塔和桥墩可以保持弹性工作状态，可以达到设防目标控制要求；横向抗风支座的承载性能可以达到要求；主桥两端伸缩缝位移量可以达到要求。在E2 地震条件下分析，主塔可以达到弹性状态，同时抗弯强度能力需求比超过1.78，可以达到设防目标控制要求。

3 公路桥梁设计的安全性和耐久性把握策略

3.1 做好设计前的勘察与设计分析

基于保障公路桥梁安全性与耐久性的目的，要注重设计前的勘察作业与设计分析，切实保障桥梁的性能达标。这需要注重前期的勘察与分析，掌握完整的数据信息，为设计的开展提供依据与支持，切实保障设计的合理性[3]。根据以往的桥梁设计实践与桥梁运行常见问题，做好综合分析，提出提升桥梁安全性和耐久性的方法，提高桥梁建造的质量。

3.2 联合运用设计方法

公路桥梁设计实践中联合运用各类设计方法，可获得不错的成效。首先，要科学选择桥梁材料。一般来说，钢筋与混凝土材料的质量影响力较大，关系着桥梁的安全性和耐久性，因此要做好建设的有力把控。其次，要选择适宜的结构方案[4]。桥梁结构方案的设计是否合理，影响着桥梁的耐久性。基于此，要做好综合对比分析，选择最佳的方案，指导桥梁建造的开展。最后，要高度重视运行管理。日常运行中的超载问题，给桥梁的安全性与耐久性造成的影响较大，要做好严格的把控。实践中要认真落实管理工作，保障桥梁安全稳定运行，实现桥梁的价值与作用[5]。

4 结语

综上所述，公路桥梁设计的安全性和耐久性把控，要做好全面严格的把控。本文结合实例，围绕结构设计与性能分析，做简单的论述，提出做好设计前的勘察与设计分析、联合运用设计方法等建议，通过优化设计，提升桥梁的性能。