城市桥梁设计优化探索
2016-07-05
城市桥梁作为城市基础设施建设的重要组成部分，为了确保桥梁能满足功能要求、符合现场实际情况，桥梁的设计必须满足两个要求：一方面要保证桥上的车辆运行安全，另一方面还要保证桥下流水的疏泄、船只的通航或车辆的运行。
1设计中要注意城市桥梁的组成
一座桥梁一般可分成上部结构、下部结构、附属结构三个组成部分。
上部结构又称桥跨结构，是桥梁位于支座以上的部分，它包括承重结构和桥面系。其中承重结构是桥梁中跨越障碍，并直接承受桥上交通荷载的主要结构部分；桥面系是指承重结构以上的部分，包括桥面铺装、人行道、栏杆、排水和防水系统、伸宿缝等。上部结构的作用是承受车辆等荷载，并通过支座传给墩台。
下部结构是桥梁位于支座以下的部分，它由桥墩、桥台以及它们的基础组成。桥墩是指多跨桥梁的中间结构物，而桥台是将桥梁与路堤衔接的构筑物。下部结构的作用是支承上部结构，并将结构重力等传递给地基；桥台还与路堤连接并抵御路堤土压力，防止路堤滑塌。
附属结构指基本构造以外的其他部分，包括桥面铺装、排水防水、栏杆、伸缩缝、灯光照明，桥头锥形护坡以及导流结构物等。
2城市桥梁设计需关注的重点部位
2.1桥面
梁桥的桥面系通常由桥面铺装，防水和排水设施、伸缩缝、安全带、人行道、栏杆、灯柱等构成。
2.1.1桥面铺装及排水防水系统
桥面铺装的作用是防止车轮轮胎直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，分散车轮的集中荷载。梁桥桥面铺装一般采用厚度不小于6 cm的沥青混凝土，或厚度不小于8cm的水泥混凝土，混凝土强度等级不应低于C40。为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性，铺装层内应配有钢筋网或焊接钢筋网，钢筋的直径不应小于10mm，间距不宜大于100mm，必要时可采用纤维混凝土。
桥面排水是借助于纵坡和横坡的作用，使桥面雨水迅速汇向排水管，排出桥外。桥面横坡一般为1.5%一2.0%，可采用铺设混凝土三角垫层或在墩台上直接形成横坡。除了通过纵横坡排水外，桥面应设有排水设施。跨越公路、铁路、通航河流的桥梁，桥面排水宜通过设在桥梁墩台处的竖向排水管排人地面排水设施中。
桥面防水是使将渗透过铺装层的雨水挡住并汇集到排水管排出，防水层的设置可避免或减少钢筋的锈蚀，以保证桥梁结构的质量。一般地区可在桥面上铺8～10cm厚的防水混凝土作为防水层。
2.1.2.桥面伸缩装置
桥面伸缩装置的作用除应满足梁端自由伸缩、转角变形外，还应满足车辆平稳通过，防止雨水及垃圾泥土等渗人，同时应满足检修和清除缝中污物的要求，一般设在梁与桥台之间、梁与梁之间，伸缩缝附近的栏杆、人行道结构也应断开，以满足自由变形的要求。按照常用伸缩缝的传力方式和构造特点，伸缩缝可分成对接式伸缩缝、钢制支承式伸缩缝、橡胶组合剪切式伸缩缝、模数支承式伸缩缝和无缝式伸缩缝五大类。
2.1.3人行道、安全带、栏杆、灯柱、安全护栏等
2.1.3.1人行道——城市桥梁一般均应设置人行道，可采用装配式人行道板。人行道顶面应做成倾向桥面1%一1.5%的排水横坡。
2.1.3.2安全带——在快速路、主干路、次干路或行人稀少地区，可不设人行道，而改用安全带。
2.1.3.3栏杆——是桥梁的防护设备，同时城市桥梁栏杆应该美观实用，栏杆高度不应小于1. 1m。当桥梁跨越快速路、城市轨道交通、高速公路、铁路干线等重要交通通道时，桥面人行道栏杆上应加设防护网，护网高度不应小于2m，护网长度宜为下行道路的宽度并向路外延长10m。
2.1.3.4灯柱——城市桥梁应设照明设备，根据人行道宽度及桥面照度要求。灯杆宜设置在人行道外侧栏杆处：当人行道较宽时。灯杆可设置在人行道内侧或隔离带中，杆座边缘距车行道路面的净距不应小于0.25m。灯杆高度一般高出车道8～12m左右，当采用金属的照明灯杆时，应有可靠接地装置。
2.1.3.5安全护栏——在特大桥和大、中桥梁中，应根据防撞等级在人行道与车行道之间设置桥梁护栏，常用的有金属护栏和钢筋混凝土护栏。
2.1.3.6其他附属设施——特大桥、大桥还应设置检查平台、避雷设施、防火照明和导航设备等。
2.2支座
梁桥支座的作用是将上部结构的荷载传递给墩台，同时保证结构的自由变形。桥梁支座可按其跨径、结构形式、反力力值、支座的位移及转角变形值选取。梁桥支座可采用板式橡胶支座或四氟滑板橡胶支座、盆式橡胶支座和球形钢支座。同时墩台构造应满足更换支座的要求。
3当前城市道路桥梁设计中存在的问题分析
3.1通航高度不能满足实际需要
从目前的城市发展来看，城市水系通常都建设成为旅游观光景点，城市的道路桥梁也随之演变成旅游的亮点。为了加大旅游业的发展，游船的档次逐渐提升，这就要求桥梁的通航高度也要相应地提高。但是，根据实际观察发现，很多桥梁的通航高度不足，无法满足实际通航需要。
3.2管道预留空间不足
每个桥梁都会设置专用管道，但是经常出现管道预留空间不足的现象。由于城市人口不断增长，城市进行不定期改造，这些都会导致管道预留空间不足。如果原来的管道不能满足要求，则只能进行扩容，扩容后的管道通常会裸露在桥体之外，给交通安全埋下隐患，同时也影响了桥梁的美观。有的桥梁因管道预留空间不足，还会进行再次开挖。这种重复性投资建设严重浪费了国家财政，也给交通带来影响。
3.3桥梁设计标准不高
目前，很多桥梁设计标准不高，一旦城市交通改造，桥梁就成为阻碍交通发展的障碍。桥梁设计时，要综合考虑各种因素，其中包括所经道路的宽度。我们可以借鉴国外的经验，在主梁或者梁体外侧预留空间，或者增加墩台数量，为以后扩建创造条件。
3.4桥梁位置的确定不合理
桥梁位置的确定关系着整个工程的质量，很多桥梁因为位置确定不合理，使桥梁的使用功能大打折扣。桥梁的位置要在立交设计之前进行确定，每种桥梁都有各自的确定原则。总之，在确定桥梁位置时，一定要考虑地理环境和路网布局等因素，科学合理地确定桥梁位置，实现城市道路桥梁的使用功能。
3.5桥梁结构选型不合理
桥梁结构选型不仅要满足视距、净空的要求，还要达到外形美观、结构轻盈的标准，让城市道路桥梁实现功能与美观兼具的亮丽风景。但是，在实际操作中，设计师们往往注重形式的美观，而忽略了功能要求，造成选型不合理的问题。对于不同的桥梁要选用的不同的结构形式。
3.6城市桥梁设计中荷载不可忽视
城市桥梁设计汽车荷载分为两个等级，即城一A级和城一B级。城一A级车辆标准载重汽车应采用五轴式货车加载，总重700kN，前后轴距为18.0m，行车限界横向宽度为3.0m；城一IB级标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300kN，前后轴距为4.8m，行车限界横向宽度为3.Om。公路桥涵设计汽车荷载分为公路一I级和公路一II级两个等级，汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。在设计工作中一定要严格的按允许荷载设计。
结语
城市桥梁是城市基础设施建设的重要组成部分，城市桥梁设计是一个非常复杂的系统工程，涉及到方方面面，设计者不仅要具备扎实的专业知识，同时还需要对道路规划、交通流量、项目环境等因素进行综合分析，还要充分考虑地下管线、绿化景观、环境保护等知识。总而言之，城市中的每座桥梁都应该是一个满足功能要求、符合实际情况、满足发展要求的多层次、多专业合作的综合成果。
参考文献
【1】戴志中等著，《城市桥空间》，东南大学出版社，2003.
【2】强士中主编，《桥梁工程》 ，西南交通大学出版社，2000.
【3】罗韧主编，《桥梁工程导论》，中国建筑工业出版社，2000.
