道路桥梁设计职称论文桥梁下部结构设计浅析

　　摘 要：我国经济发展日益突飞猛进，交通建设也得到迅猛发展。各种各样的大中桥、特大桥逐渐增多，而桥梁的下部结构也越来越被关注。桥梁下部结构是桥梁整体的重要组成部分，其质量的好坏直接影响桥梁的造价及质量等因素。本文主要就桥梁下部结构的相关设计问题进行了分析研究。

　　关键词：桥梁,下部结构,设计要点

　　1.桥梁下部结构型式选用

　　钢筋混凝土薄壁墩台。在填土较低以及河床较窄的情况下，为了缩短桥长、节约成本，不使台前锥坡压缩河床，可使用离河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台，并设置支撑梁在墩台下面，整个桥梁组成框架结构系统，同时利用两端台后的被动土压力来维持稳定。

　　埋置式桩柱式桥台。该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中，有单排桩柱式与双排桩框架式两种。采用该型式桥台，为保证路基稳定性，不能过多地压缩桥长，不少工程对此有深刻的教训。

　　柱式桥墩。本型式桥墩有施工的简便性和较广的适应性，在软基中是很好的选择型式。分为：①带盖梁单排桩柱式桥墩，一般用于简支梁桥;②不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩，用于连续现浇箱梁。

　　在选用墩台的时候，要考虑如下两方面：①为了降低结构受到软基位移的影响，在最大程度上缩减超静定个数，适当地减少桩根数，同时加大桩距。②在桩底同基层表面相近时，承载力与设计规定接近，就不需要再伸入基岩;如果没有充足的承载力，那么我们可以加大桩径再算，最好把嵌岩柱桩换成摩擦桩。

　　2.下部结构的设计计算

　　软土地基位移对超静定结构具有不利的影响，为减小这种影响，上部结构多采用标准梁的先简支后连续的构造，这样整个工程的设计计算工作就集中于下部结构的选用和计算，因而下部结构内力计算方法的选择正确与否，考虑因素是否全面，直接关系到整个工程的造价及安全。一般地，下部结构的设计过程中需进行下列计算:

　　2.1盖梁内力计算。若荷载对称布置，则可按照杠杆法进行计算。若荷载偏心分布，则按照偏心受压进行计算，两种布载情况的内力取大值控制设计。这种算法仅为两种布载状况下的内力计算，不是各截面最不利状况的内力计算，计算所得内力存在不安全的因素。

　　2.2桥墩内力计算。墩桩顶的最大竖向力计算比较简单，这里不再赘述;墩桩顶水平力计算，运用柔性墩理论中的集成刚度法，将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配，最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯矩及对应墩桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。对于横向陡边坡上的桥墩设计，同一墩位2个(3个)墩柱存在较悬殊的无支长度差异，因刚度差异造成桥墩横桥向受力分配的不均匀。

　　2.3桥台内力计算。除了受与桥墩相似的荷载之外，桥台竖向还受土压力、负摩阻力、搭板自重等荷载的作用;水平荷载增加了土压力，其影响复杂，设计时需注意以下几点:

　　①软土地基上带基桩的钢筋混凝土薄壁桥台土压力计算按深层考虑。②路段桥台应尽量设置为与路线正交的形式，减小台身长度，在适当的位置设置伸缩缝，以缩短受拉区长度，减小台身砼的收缩变形量，抑制台身的竖向、斜向裂缝的发生。③埋置式桥台土压力一般是以原地面或一般冲刷线起计算的，对较差土质，需要进行验算，确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平力的影响。④桥头路基沉降、滑动验算。首先，路基沉降过大、桥头跳车、台背和梁端过早损坏，加大竖向土压力及负摩阻力，造成桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉、路面开裂及路基渗水，促使路基失稳。其次，由于路基滑动使桥台所承受的水平土压力已远大于计算值，对于桥头高路基和处于改河、填沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。

　　2.4桩筋及桩长设计注意事项。①理论上说，应根据桩内弯矩包络图进行桩基各截面的配筋计算，实际中通常是根据最大负弯矩处进行配筋，从桩顶一直伸到最大负弯矩一半处以下一定锚固长度位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零以下一定锚固长度位置，再以下为素混凝土，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。②软土地质条件下，桥梁桩基计算不能简单地采用常规的计算方法，而应根据实际的受力特点进行分析。用“假设有效桩长”的计算方法，计算出桩的最大弯矩及弯矩零点，而后进行配筋。在软土地质条件下应慎重采用，以免造成最大弯矩及弯矩零点位置判断的错误，导致配筋长度的不足。③若桩基变形较大，应同时考虑桩土特性及受力条件，按整体体系来分析桩的受力模式。④在山岭重丘区，因桥墩多处于基岩裸露的陡边坡上，所以桩基通常采用嵌岩桩。陡边坡上嵌岩桩的嵌岩深度必须考虑两个方面的内容，一是能起到嵌岩作用的嵌岩深度，二是岩石能满足嵌固受力要求所必须的水平宽度。嵌岩深度的确定对结构的安全性和经济性具有非常重要的意义。

　　3.桥墩的设计问题分析

　　桥墩按其构造可分为实体墩、空心墩、柱式墩、框架墩等;按其受力特点可分为刚性墩和柔性墩;按其施工工艺可分为就地砌筑或浇筑桥墩、预制安装桥墩;按其截面形状可分为矩形、圆形、圆端形、尖端形及各种截面组合而成的空心桥墩。墩身侧面可垂直，也可以是斜坡式或台阶式。

　　3.1桥墩的适用性。实体式重力墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合修建在地基承载力较高，覆盖层较薄，基岩埋深较浅的地基上。实体式轻型墩台圬工体积较小，抗冲击力较差不宜用在流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰块、漂流物撞击的河流中，一般用于中小桥梁上。

　　薄壁空心墩一般采用强度高、墩身壁较薄的钢筋混凝土构件。这种构件由于削减了墩身自重，减小了软弱地基的负荷，减小了自身的截面尺寸，使结构在外观上变得更加轻盈。

　　柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又方便施工的特点，适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。设计人员应根据桥宽的需要以及地物地貌条件，把独柱、双柱和多柱等进行任意的组合。

　　3.2设计中应当注意的事项。高度于40m的桥墩多采用柱式墩(最常用)和Y型薄壁墩。前者有圆柱与方柱之分。外观质量在圆柱施工中不难控制，和桩基也方便衔接，大多应用于平原地区。从美观而言，方柱有视线诱导性和棱角，和上构梁体协调，相对美观。以受力角度来讲，在方柱与圆柱有相等截面积的条件下，方柱抗弯刚度要比圆柱大，受力较于圆柱更优。体系是连续刚构时，方柱能够经过对两个方向的尺寸进行调整，从而调整墩柱的刚度，满足调整墩柱受力的需要。圆柱为各向同性，进行调整，其效果相对较差。方柱的缺点是墩柱和桩基间要经过桩帽连接，加之山区桥梁地面横坡较陡，不仅增加了工程数量和柱帽结构，而且加大了挖方工程量。在设计中，选用方柱或圆柱要综合考虑墩高、地形和上构结构形式。Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型，相对美观却施工较复杂。由于墩高较矮时，既不美观又未有简便施工，很少使用。墩高较高时，Y型薄壁墩施工仅要一套模板，搭一个支架，在有大量模板需求和地面横坡相对陡的山区桥梁，Y型薄壁墩有明显势此外使用双柱墩时，因两个墩柱高度相差大，线刚度EI，L差距大造成一个墩两个墩柱受力有很大的不同，使用Y型薄壁墩就可避免以上缺陷。有人提出上部的Y型承托节约材料相对不多，施工也麻烦，最好设计成实体，这也是可以考虑的。无论外形怎样，在墩高较高时，使用Y型墩薄壁是相对适合的。

　　4.桥台的设计适用性

　　桥台按其形式可划分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台和承拉桥台。由于桥台形式多样化，下面就常用类型桥台的适用性作一简述，以供设计人员参考。U形桥台构造简单，基底承压面大，应力较小，但圬工体积大，台内填土易积水、结冰、冻胀，使桥台结构产生裂缝。因此要注意中间填料要采用渗水性较好的土夯填，并做好台背排水。八字式和一字式桥台适用河岸稳定，桥台不高，河床压缩小的中小跨径桥梁，对于跨越人工河道的桥梁及立交桥亦可采用。薄壁式桥台同薄壁式桥墩类同，可依据桥台高度、地基强度和土质等因素选定。

　　在桥梁总体设计中，下部结构的形式选择对整个设计方案的确定有着较大影响。桥梁设计者要善于结合工程实际分析问题、解决问题，并坚持在桥梁工程设计中多作总结，以不断提高桥梁下部结构质量及其使用效果。