摘 要：随着我国城市化进程的不断加快，市政桥梁工程的建设也在飞速发展。市政桥梁不同于其他类型的桥梁，它的存在不仅要具有实用性，还应该能够与周围景观起到一定的协调作用。文章主要对市政桥梁优化设计进行了简单的分析。
关键词：市政桥梁；优化；设计
中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0130-02
随着我国经济的不断发展，各行各业也有了质的飞跃。伴随着城镇化的发展，相对的配套交通压力也在与日俱增，城市桥梁数量的也日益增多。物质文明和精神文明的提高促使人们不再简单的追求桥梁结构的安全性、稳定性以及满足基本的交通要求，更希望桥梁能够凸显一座城市的文化，成为景观节点，这就需要桥梁设计有新的突破，将桥梁设计与周边环境相融合。
1 市政桥梁设计存在的问题
现阶段，很多设计人员在针对桥梁设计时仍存在许多薄弱点及误区：对桥梁结构的整体性、安全性和耐久性考虑片面，部分桥梁结构的整体性延性不足，计算图式和受力形式不明确等问题。这会引起诸多问题，例如：结构局部受力过大，应力集中；混凝土强度要求过低；保护层厚度不足；构件截面过小或过大等。此类问题都将会削弱桥梁结构的承载力以及耐久性，会严重影响桥梁的安全使用。
此外，一些桥梁设计人员缺少动态思维方式。在针对不同的环境、不同的使用条件和不同的设计对象时，不能及时根据变化因素对结构体系做出合理的应对措施。在新技术、新材料、新工艺快速发展的情况下，对桥梁设计也提出了新要求，设计人员的创新意识和与时俱进的设计理念显得尤为重要。在结构体系上，目前的桥梁设计普遍的缺乏整体的设计规划，过于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力，而对其他时期的性能变化没有更为全面的考虑。桥梁工程是一个由许多结构构件组成的一个系统工程，设计人员要用动态思维去解决面临的发展技术问题，要尽可能的将未来所面临的问题计算在内，保证桥梁设计结构体系的完整性。
2 市政桥梁优化设计原则与理念
2.1 设计原则
桥梁设计基本原则是满足桥梁自身的安全性、适用性、耐久性和经济性的合理的对立与统一，通过最具经济效益的技术手段完成规范所规定的设计内容。市政桥梁的设计要结合实际，全方位思考以达到桥梁整体的优化效果的目的。在设计过程中，主要可以从以下四个方面深入研究强化设计成果：
（1）在设计开始之前，尽可能的充分了解工程地点的环境条件，包括地质情况、水文条件、周边构筑物情况以及水利需求等。设计时不仅要结合周边的地理环境实际情况分析还要坚持可持续发展方针，在“宜桥则桥，宜挡则挡”的前提下，完善考虑业主及规划提出的桥位所在的洪水位标高及其他条件导致的桥下净空需求，例如下穿步道需求或通航要求，促使桥梁立面通透性增加。在城市规划及技术条件允许的前提下，将工程成本合理的降到最低。（2）结合工程位置的地貌特点及城市的特色景观和人文，满足基本交通需求的情况下提高桥梁自身的观赏性。此外，在经济条件允许的情况下优先采用新技术、新工艺，寻求桥梁设计的突破。通过新科技合理优化结构设计，使桥梁的美观性与协调性适度提高。（3）经济效益通常是建设单位对桥梁设计关注的重点，因此，工程建设整体的投资与效益收益比也是在优化结构时需要注意的。根据国外学者Morse提出的桥梁设计可靠性与优化之间的关系理论，桥梁设计越可靠、水准越高，在初期的建设成本越高，但桥梁结构的期望损失值和后期维护成本越低。故在设计时，工程全期的成本总和考虑优先级应该高于前期一次性投资成本。（4）在设计过程中，需要对收集的资料信息进行合理的筛选，避免因忽略限制条件导致桥梁成型困难的问题，例如在住宅小区周边的市政桥梁设计时除了需要做到以人为本，桥、景相融之外，也需要考虑配套的过桥管线、小区地下室红线和周边绿道贯通等多方面的问题，避免因此重复变更设计。桥梁的设计应以高标准、高要求进行。
2.2 设计理念
经济、实用、安全以及美观是桥梁设计的目标。设计人员须充分学习和借鉴优秀桥梁设计，结合实际选取适合工程的桥型结构。设计中，桥梁的跨度和桥下净空应该满足桥下通航或沿河漫步系统或防洪排涝需求，同时也应考虑到成桥后检修的可能性。在桥梁设计方案阶段，还需结合城市远、近期交通发展的情况，预留结构空间满足长期交通功能以及安全通行的需求。除此之外，在保证桥梁结构的强度、刚度、耐久性和稳定性的前提下，通过结构的优化增加桥型的创新性和美学功能，融桥入景，人景相合，凸显地方特色。最后，桥梁的设计与结构的优化必须是可行的，在设计时就应考虑施工阶段的工艺实施问题，避免因部分构件的施工措施代价过高或者工艺过度复杂而影响工程总体进度。
3 市政桥梁总体设计的优化
市政桥梁设计的主要内容包含了上部结构、下部结构（墩、台及支座）以及伸缩缝、铺装和栏杆等一系列附属工程。从桥梁总体设计角度分析，桥梁又有桥位、桥跨及桥长、桥梁横断面及构件尺寸等多个方面，针对这些设计的优化如下：
3.1 桥梁桥位的选取
桥位选取时要保证桥梁对道路线形的满足，桥位周边构筑物影响小且便于施工。桥梁设计规模和位置须与道路功能和需求相匹配。
3.2 桥跨及桥长的确定
桥长以及跨径会直接影响到桥梁结构的尺寸选定以及稳定性，所以橋长与跨径是桥梁设计的重点。市政道路上周边构筑物往往相对交通桥梁复杂，因此，桥位所在环境周边构筑物边界可作为参考控制点，结合地形合理布置桥梁。在可行的前提下，优先考虑桥梁与线路形成正交，这样可以优化桥梁的结构受力，提高车辆上桥的舒适性以及适当减少工程总投资。
选择合适的跨径需要综合考虑桥下净空的需求、地理环境条件和工程的总投资等多方面。桥梁孔径布置时需要考虑施工难度，同时满足经济性、美观性和安全性。市政桥梁设计一定要采用合理的布跨，保证桥梁的稳定性、桥下净空的需求。合理的桥跨也会增加桥梁的观赏性与结构的合理性，避免因为桥梁的跨径不合理出现桥梁自身结构的缺陷，例如高低盖梁桥型下墩、台自身结构抗倾覆能力不足。
3.3 桥梁横断面的设计
桥梁横断面的设计也是市政桥梁结构设计的重点之一。市政桥梁不同于公路桥梁，往往存在着桥宽不一、断面长度过长等问题，甚至出现全桥断面长度超过桥长的情况。因此，桥梁横断面设计除了满足道路交通需求的前提下，合理变通，考虑远期发展可能的桥梁拼宽，预留足够的断面施工空间。同时，应在横断面设计时，坚持可持续发展并结合景观绿化进行优化设计。
3.4 构件尺寸的拟定
桥梁各个构件尺寸的拟定是相对复杂的一步，也是结构合理性的关键。通常情况下，结构尺寸的初步拟定是以长期工程经验为基础的，在初拟尺寸情况下进行各种计算验证与修正，包含强度、刚度、应力、变形等。通过循环的验证与修正选取合适的尺寸满足结构设计的需求。在景观要求较高的情况下，异形结构的验证修正往往耗费较多的人力成本，设计人员的初拟尺寸显得尤为重要，充分学习和借鉴优秀的桥梁设计可以提高工作效率。
4 桥梁上部结构的设计优化
针对桥梁的设计的优化可分为上部结构、下部结构以及附属结构，本文着重讨论一下桥梁上部结构的优化方向与建议。针对市政桥梁设计，影响设计者设计进度的问题主要集中在横截面尺寸的拟定、悬臂设计及横隔梁的设计等方面。
桥梁的上部结构的设计主要包括梁截面的尺寸设计、梁间距等，当然对于部分桥型，还需要考虑横隔梁和变截面的设计。以下进行具体讨论：
4.1 主梁的横截面
主梁的截面结构形式通常采用板式、肋式和箱式三种，结构形式的选择主要依据桥梁承载力的需求以及水平应力的大小决定。板式结构通常用在中小跨径桥梁中，肋式与箱式结构对中大型跨径的桥梁的应用更科学。板式截面主要有实心板与空心板之分，实心板的结构高度较低、施工便捷，但受气候因素的影响较大且施工成本较高，所以实际运用较少；反观空心板结构受环境影响较小，且预制结构较多，施工速度较快，应用在实际工程中更为广泛。肋式结构主要分为I型、T型和II型。T梁结构对降低主梁自重、抗弯性能好及预制方便等原因被运用得最为广泛。另外提到的箱式截面以及板式界面中，横截面的拟定主要从截面的高度与细部结构尺寸两方面入手。梁高与跨径之间的高跨比往往是设计者遵循的设计基础，1：20左右是比较合理的高跨比，通常在桥梁跨径确定之后作为模型试算的梁高依据。例如30m跨度的钢桁架桥梁梁高基本在1.5m左右。但如果当地主管或者业主单位对梁高没有特殊要求，可适当增加梁高以减少钢束的用量，确定最环保、经济的方案。截面细部尺寸设计主要注意在翼板或顶底板的厚度的拟定，保证截面的承受能力，同時也需要关注钢束所在位置结构（马蹄或腹板等）的尺寸。在市政桥梁中，经常会出现上部结构受集中荷载作用，局部应力较大的情况，可在梁端大约一倍梁高距离内适当增大腹板厚度。
4.2 主梁间距
通常，随着跨径和梁高增加主梁间距也需要相应增加。同时，梁间距的效率指标也受翼板之间的宽度的正影响。例如，在中华人民共和国交通部出版的《公路桥涵标准图》中有具体表明：“主梁间距应在装配式预应力混凝和钢筋混凝土的简单T型结构梁径上，要在16-40米的范围之间内，而主梁间距需要达到1.6米的要求，由于人行横道的存在，因此主梁片数只有满足要求5片，才能确保主梁间距的设计满足桥梁整体质量”。
4.3 横隔梁
此结构主要使用在主梁弯矩横向分布影响较大的位置，横隔梁的出现使梁的弯矩在横向分布上更均匀。通常，在跨中和支点位置设计横梁较多，特别是针对连续梁结构。
5 市政桥梁结构设计优化案例
市政桥梁结构的优化我国早几年就已经在实施了，也存在许多优秀案例。例如在某地，需在“U”型沟谷的河床位置搭建桥梁，实测河水流速是3.3m/s，最大冻深98cm。当地环境平均温度为10.8℃，最高气温39.2℃，最低气温-21℃。根据区域平面及路线拟定桥跨为80m+5×146m+81m，竖曲线半径为120000m。根据优化设计的准则，桥梁选择箱梁结构。通过高跨比的拟定及计算，跨中的梁高达到3m，翼缘板悬臂长3m。依据工程项目资料，合理优化桥梁的设计，桥梁的整体质量才能提高。
6 结语
不难看出，市政桥梁设计的优劣与桥梁各方面优化程度息息相关。设计作为工程的开端，必须要做好把控，根据相关规范实施严格的要求，同时做到与实际情况有机结合，才能提高整体质量。同时，桥梁设计需要多学习先进技术，完善不足，深度优化设计，改变固有思维，积累丰富经验才能使的市政桥梁的设计发展得越来越好。
参考文献
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