簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳青發(fā)

(四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081）

梁式橋中，簡支梁橋是應(yīng)用最早、最廣泛的一種[1,2]。簡支梁橋受力簡單，梁中只有正彎矩，常采用 T型截面梁、箱型截面梁等構(gòu)造簡單的截面形式。簡支梁橋是單孔靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)、計(jì)算都比較簡單、方便，最容易將其設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)跨徑[1,2]。簡支梁橋采用裝配式施工方法，可節(jié)約大量模板的支架材料，降低勞動強(qiáng)度，縮短工期。近年來，國內(nèi)為對于中小跨徑的橋梁，大量采用裝配式鋼筋混凝土簡支梁橋或預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋[1,2]。簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域有大量科學(xué)研究與工程應(yīng)用問題[3-7]，值得研究。簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)在存在一些問題，如設(shè)計(jì)方法不合理、不科學(xué)等[3]，值得研究。簡支梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具備充分的必要性[4-7]，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是滿足設(shè)計(jì)規(guī)范條件下的一種最低水平設(shè)計(jì)[7]，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該運(yùn)用更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念[4-7]。

因此，本文研究簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題及簡支梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有積極的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題

研究和分析簡支橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題，非常有意義[8]，因此科研人員和工程技術(shù)人員需要研究和解決這些問題。國內(nèi)的簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在存在這些問題：

（1）橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮較多，但橋梁結(jié)構(gòu)耐久性考慮少。當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于耐久性，實(shí)際上更多情況下只作為概念加以考慮。因此，還無法做到從材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度保證橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，并明確闡述具體維護(hù)和使用條件下橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

（2）國內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的主要問題是與設(shè)計(jì)期望相比，橋梁結(jié)構(gòu)正常使用性能差，可歸結(jié)為適用性能差，包括橋梁的過大振動、線形不平順、橋頭跳車、橋梁結(jié)構(gòu)開裂和過大的變形等）；橋梁結(jié)構(gòu)維護(hù)的費(fèi)用高、安全事故較頻繁等。

（3）對橋梁結(jié)構(gòu)的新建比較重視，但是對橋梁結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護(hù)不夠重視。沒能從全壽命周期成本考慮橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（4）橋梁存在的耐久性和安全性問題，很多與橋梁結(jié)構(gòu)體系、使用材料的選擇不合理、結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有關(guān)，還有大量科研和工程問題有待研究和解決。

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)方案，完成橋梁結(jié)構(gòu)分析。目前，這些橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的存在問題，一定程度上造成了橋梁工程的事故多發(fā)、橋梁結(jié)構(gòu)使用性能不夠理想等不良后果；也有悖于國際橋梁工程界對橋梁結(jié)構(gòu)安全性、適用性日益重視的趨勢。因此，科研人員和工程技術(shù)人員需要研究和解決橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的這些現(xiàn)存問題。

2 簡支梁橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

簡支梁橋體系的溫度變化、混凝土收縮徐變、張拉預(yù)應(yīng)力等均不會在梁中產(chǎn)生附加內(nèi)力。簡支梁是靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力不受地基變形的影響，因此對基礎(chǔ)要求較低，從而適用于地基較差的橋址[1,2]。簡支梁橋受力明確、構(gòu)造簡單、施工方便，是中小跨徑橋梁中應(yīng)用最廣的橋型[1,2]。

（1）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用箱型截面方案。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是橫截面布置形式確定，首先是確定主梁的橫截面形式，其次是確定主梁的間距，明確各部分的尺寸[6]。箱型截面作為閉合薄壁截面，具有較強(qiáng)的抗扭剛度。箱型截面較大的底板和頂板可以更好地抵抗彎矩，對于抵抗正、負(fù)彎矩都非常有效，也可以滿足配筋要求。箱形截面有單箱單室、雙箱單室、單箱雙室、雙箱多室等形式。單箱雙室截面受力狀態(tài)更明確，滿足經(jīng)濟(jì)型要求，施工方便[6]。較大跨徑的簡支梁橋可以優(yōu)先選用這種截面形式。

（2）更加重視簡支橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題。將簡支橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究向定量分析發(fā)展，并將其作為重要的設(shè)計(jì)原則。

（3）積極學(xué)習(xí)和借鑒國外橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和成果。簡支橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中，表現(xiàn)出來的性能，分析使橋梁性能影響因素和其發(fā)生的機(jī)理、規(guī)律，尋求新的簡支橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和方法。

（4）因地制宜、實(shí)事求是地開展簡支橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。以保證橋梁的安全使用、并可以盡可能地減少維修費(fèi)用。

（5）增強(qiáng)和改善簡支橋梁的抗震設(shè)計(jì)。四川省汶川特大地震中發(fā)現(xiàn)，百花大橋的案例表明，簡支橋梁的抗震性能存在一定局限性。要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必要時(shí)采取工程措施，解決簡支橋梁的抗震性能給其應(yīng)用帶來的瓶頸問題。

3 結(jié)論

經(jīng)過研究，本文得出如下研究結(jié)論：

(1)現(xiàn)在我國簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，存在橋梁結(jié)構(gòu)耐久性考慮少、不重視橋梁結(jié)構(gòu)的使用極限狀態(tài)、對橋梁結(jié)構(gòu)的維修、養(yǎng)護(hù)不夠重視、橋梁設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善等方面問題。

(2)通過優(yōu)化簡支梁橋截面形式、更加重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題、積極學(xué)習(xí)和借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)和成果、因地制宜地開展橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增強(qiáng)和改善簡支橋梁的抗震設(shè)計(jì)等措施，可以優(yōu)化簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3)本文研究內(nèi)容有助于解決簡支梁橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)存問題。