引言 公路事业的发展，促进了桥梁技术的进步，加之材料、机械、工艺等方面的技术进步，桥梁的设计、施工技术也都有了一定的提高，高强砼技术，先进的预应力技术，大型吊装设备广泛地应用在桥梁建设中，为提高桥梁质量起到了积极的作用。但由于桥梁在规划、勘察设计、施工和使用过程中，受到地域、人文、环境、材料、设计及建设周期、施工方式、投资等诸多因素的影响，使桥梁建设质量和使用质量成为多因素组合影响的结果，所以在桥梁设计和建设过程中，需要在各个环节充分重视上述因素和条件对结构性能的影响，而使用条件（如荷载、气候环境、灾害等）的不断变化，也使桥梁经受着在设计时已考虑和未考虑到的考验，并且结构在使用过程中性能会自然衰减和降低。这些因素都直接关系到桥梁安全使用和寿命，也需要从事桥梁技术和管理的人员的高度重视和关注。
引言
公路事业的发展，促进了桥梁技术的进步，加之材料、机械、工艺等方面的技术进步，桥梁的设计、施工技术也都有了一定的提高，高强砼技术，先进的预应力技术，大型吊装设备广泛地应用在桥梁建设中，为提高桥梁质量起到了积极的作用。但由于桥梁在规划、勘察设计、施工和使用过程中，受到地域、人文、环境、材料、设计及建设周期、施工方式、投资等诸多因素的影响，使桥梁建设质量和使用质量成为多因素组合影响的结果，所以在桥梁设计和建设过程中，需要在各个环节充分重视上述因素和条件对结构性能的影响，而使用条件（如荷载、气候环境、灾害等）的不断变化，也使桥梁经受着在设计时已考虑和未考虑到的考验，并且结构在使用过程中性能会自然衰减和降低。这些因素都直接关系到桥梁安全使用和寿命，也需要从事桥梁技术和管理的人员的高度重视和关注。
目前我国公路桥梁正处于前所未有的快速发展时期，截止到2006年底，全国公路桥梁数量约为53.4万座，近年来，随着经济的发展，已建成的公路桥梁较高频率地出现了病害过早发生、结构损坏甚至垮塌的现象，也暴露出我国公路桥梁在规范标准、工程设计、建设以及管养方面存在的很多不足。40m跨径以下中小跨径桥梁占到桥梁总数的90%以上，这些桥梁又以传统常见的板、梁、拱结构为主，在建设和使用过程中问题较为突出。
1 公路桥梁设计标准
1.1 荷载
公路桥梁设计荷载包括永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类，在使用过程中，对桥梁结构使用性能影响较大的荷载是可变荷载，可变荷载之中最主要的又是汽车荷载——活载。桥梁设计时所采用的荷载等级，是由各个时期所颁布的公路工程技术标准和桥梁设计规范所规定，反映了国家在某一时期公路运输载重的实际状况和发展趋势。新中国成立以来，我国交通部门对公路工程技术标准进行了七次修订，桥梁设计规范经过了四次修订，根据各个时期公路交通运输实际，公路桥梁设计荷载标准共有五次修改。现在采用的是《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》规定的公路-I级、公路-II级车道荷载和550KN车辆荷载标准。
就各个时期最大荷载标准而言，1981年的《公路工程技术标准》就已达到汽-超20级、挂-120，经历20多年，到2004年开始实行的《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》才修改为公路-I级，公路-I级荷载虽较汽-超20标准有所提高，但其所反映的荷载水平主要是由更早一些时期的统计和分析数据得出的结果，并不能完全满足现在的交通运输和汽车工业发展水平。规范标准修编的时间长，更新慢，也导致了设计标准不能与社会经济及交通发展相适应。
公路-I级总体上较汽-超20标准提高不到10%，而车辆载重的标准自1981年到2003年提高又何止10%？而且历次桥梁设计规范都没有规定原桥设计荷载等级与桥梁限载标准的关系，长期以来各省市交通主管部门都是根据各自的理解执行，造成集装箱车辆或较重的货车大都超过了限载标志吨位。国家在行业标准的规定上存在不对应、不匹配的问题，也造成了实际的交通荷载超出公路桥梁设计荷载标准，即按国家相关行业标准生产出的汽车在额定载重情况下，其对桥梁作用就已超过了现行的公路桥梁设计荷载标准。
1.2 设计安全标准和承载能力理论
与国际上相比，我国公路桥梁规范规定的车辆荷载安全系数明显偏低，我国是1.4，美国是1.75，英国是1.73，而计算桥梁构件本身承载能力时，我国规范规定的材料设计强度又定的偏高，有资料显示，我国桥梁的设计承载能力总体上仅为英、美等国家的60%—70%。
容许应力法是以构件带裂缝工作阶段的应力状态为计算依据，将钢筋砼看作完全弹性体，应用材料力学匀质体公式计算，得出构件在受力状态下应力值，控制最大应力不超过某一确定的容许值，容许应力法的安全系数主要是由经验确定，计算结果往往偏于安全。
现行的桥梁设计规范所采用的极限状态计算方法，是针对容许应力法所存在的缺点并在其基础上发展起来的。其中考虑了混凝土结构的塑性特点，提出了结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态两个控制指标，极限状态法采用了多项安全系数，这些安全系数主要是在数理统计及概率计算的基础上分析得出的，虽然较容许应力法由经验确定安全系数的方式科学，但其所成立的基础还有结构施工质量、材料质量的提高，而实际上在现阶段经济高速发展的大环境下，我国的工程施工质量及材料性能质量并未得到很大提高，从而也造成了桥梁结构的整体储备降低和结构的不可靠。
2 常用桥型结构存在的薄弱环节
2.1 预制、装配式板
预制、装配的板结构主要是实心板和空心板，跨径大多在20m以下，其结构计算受力模式是各板之间横向铰接，通过铰在横桥向分布作用在结构上的竖向力，板之间的铰只传递剪力，该结构在理论上是成立的，但实际结构与理论模式存在一定偏差，由于铰缝砼体积小、施工条件差，砼质量不易保证，铰缝砼本身不能承受较大的压力而极易被压碎，从而难以实现长期使用过程中力的传递。
另外一种情况是铰缝施工质量好，施工时将板侧进行了很好的凿毛，并有较好的钢筋连接，铰缝砼与预制板形成了整体，使装配式铰接板具有了整体板的性能，当桥梁宽跨比较大时，上部结构呈现双向板受力状态，而预制板并未考虑横向受力的配筋，会造成空心板在中线薄弱处产生板底纵向开裂。
2.2 预制、装配式T型梁及工字梁
一般T型梁及工字梁的翼板厚度远小于梁高，当按铰接考虑梁的横向连接时，由于翼板相接处的结构高度与梁高相差太大，其铰接作用很难实现，且未设置足够的横向连系，从而在翼板连接处造成损坏；按刚接考虑梁的横向连接时，如果横梁数量设置不够，也形不成横向刚性连接，实际受力状态与理论不符，会形成单梁受力过大而损坏，当横梁本身抗力较弱时，也极易由于承受较大的横向弯曲力的作用而损坏。对于装配式T型梁（工字梁），应设置数量和抗力足够的横梁，并按梁格体系进行结构分析，对主梁及横梁分别进行结构设计，以保证结构实际受力状态与理论受力模式相符。
2.3 先简支后连续结构
近年来较普遍采用的先简支后连续结构主要有T梁和箱梁，横向联系如2.2所述。由于该类型结构的桥梁在墩顶连续处所采用的扁锚预应力体系工作存在的不足，往往使设计计算的负弯矩预应力效应达不到设计值，从而使该结构仅成为了一种准连续结构。而负弯矩预应力的不足，又导致了主梁跨中正弯矩值的增加，降低了结构的安全度。
先简支后连续结构施工时，需经历预制、安装、结构整体化、体系转换等多道工序，整体化工序中的湿接头、湿接缝施工受翼板结合面小、钢筋连接质量不易保证、砼结合面凿毛不被重视、小体积砼质量不被重视等设计理想化、结构本身及施工质量意识等方面的影响，总体质量往往难以保证，从而极易形成结构质量隐患。
2.4 板拱（石拱、砼拱）
拱桥作为一种主要发挥材料受压性能的超静定结构，本身承载力较高，但由于超静定结构对变形敏感的特性，拱结构对地基的要求非常高。而往往由于设计人员和施工人员对地基沉降变形的危害性认识不足，易造成拱桥在使用过程中产生较严重的病害。在拱桥施工时，由于拱顶填料选择不当、压实不好、防排水工程不能起到应有作用，多在使用过程中出现侧墙外移、甚至造成拱圈纵向开裂，影响了结构的整体受力性能和安全。
2.5 双曲拱、桁架拱
双曲拱桥由于其各构件之间连接较弱，整体性较差的固有缺点，在使用较长时间或承受重载交通情况下，结构性能会明显降低，各受力部件产生损坏。在双曲拱桥基础上改进形成的钢筋砼桁架拱桥仍然未能完全克服双曲拱存在的结构弱点，而且桁架拱的节点也只是设计者的一厢情愿，在实际使用中并不能形成桁架杆件之间的合格铰结构，由于较多部位的开裂损坏，该结构的安全性和耐久性均会受到严重削弱。
刚架拱的受力状态与理论计算模式较为吻合，但该桥型形成之初，由于整体框架受力复杂，而受到结构分析手段所限，未能全面掌握结构各部位的受力状况，一些受力较大的部位未在结构设计时对应采取措施，且由于连接部位（大小节点，拱顶对接）的施工质量不易保证，也造成了在承受较大荷载时在上述部位产生病害和损坏。
3 设计方面存在的问题
3.1 承载能力设计方面
现行的公路桥梁设计规范规定，钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态来进行设计。承载能力极限状态也称为强度极限状态，其计算是以钢筋砼塑性理论为基础，以构件的“破坏工作阶段”——即达到最大承载能力或出现不足出继续承载的变形为计算依据，基本原则是荷载效应不大于结构拉力。结构正常使用极限状态计算是以弹性理论或弹塑性理论为基础，控制结构在正常使用状态时的应力、变形、裂缝小于规定的限值，即结构或构件尚未丧失承载能力，但已达到不能正常使用的极限状态，正常使用极限状态设计主要是为保证构件的正常工作和耐久性。
一般在工程设计时，设计人员往往是重视承载能力极限状态的控制，结构抗力都能考虑足够，但对于正常使用极限状态指标往往不太重视。而结构在整个使用周期中，最重要的正是其使用性能，使用性能的保证是长期保证结构安全的基本条件。
3.2 耐久性设计
结构的耐久性要靠设计、施工和管理维护三个阶段的工作共同来保证，设计阶段的保证结构耐久性的措施是最基础的保证。
近年来，由于出现了大量的在役桥梁使用性能急速降低甚至损坏，桥梁结构耐久性问题重新被认识和重视，但总体来讲，我国在保证结构耐久性方面的实际行动仍然是非常缓慢，以往的桥梁设计中（2004年之前），相当一部分根本未考虑结构耐久性方面的设计，即使有所考虑，也只是作为一种概念予以关注，比如全寿命周期成本，只有理念，在具体设计时并未充分予以考虑。现行规范虽然在保证结构耐久性方面有了一些具体规定，但总体上较为粗略笼统
。结构耐久性考虑不足在一定程度上导致了桥梁在施工过程中发生事故、使用过程中性能差、寿命短的不良后果。
具体在设计中，设计人员目前大多是按规范要求进行结构计算和构造设计，只控制了抗力指标、变形指标，但对于影响耐久性的问题，却没有关注。比如虽然满足了规范要求，但仍存在的构件截面尺寸过薄、分布钢筋过细、保护层过小等问题；关于桥梁使用环境对结构的影响，在中小桥梁设计中考虑不周或不考虑。这样完成的结构设计虽然满足了满足了受力要求和规范的规定，但设计的只能是建成时的结构状态，而不是在结构使用寿命期的设计。
3.3 设计方法问题
（1）、过分依赖计算机程序软件、不进行细部计算；
（2）、过分相信标准图。采用标准图可以提高工作效率，但作为设计人员,要有设计是创作过程而不是简单模仿和重复的意识，对标准图要有所认识，在使用标准图时对已发现的问题要进行总结和及时改进。
（3）、对结构认识不足，缺乏整体设计理念，不进行整体分析，只算单个构件的受力或主结构受力，有的结构计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大。如整体现浇板的横向受力计算、斜板结构的弯矩偏移等，拱桥设计时只计算基础承载力而对基础沉降不进行计算。
（4）、过分依赖规范，以满足规范为目标,不考虑具体施工时是否能够实现。例如为满足钢筋布置，采用过小的钢筋间距和保护层指标。
（5）、不注意整体构造配合设计，由于构件（部件）单图绘制，多造成钢筋冲突，需要在施工中相互避让，导致钢筋错位、影响砼灌注和密实、保护层不足等问题。
（6）、不考虑后期、检查和养护维修需要。中小跨径梁板桥中主要存在支座垫石太低、不便于支座检查和更换，缺乏便捷的结构检查通道等问题。
（7）、对新材料新工艺认识不足，采用不当。
4 思考与建议
以上所述问题，直接导致了建成的桥梁使用质量偏低，直接后果就是结构过早劣化和不满足使用要求。现在我国的桥梁建设已如前些年一些专家预言，提前进入了大规模的维修期，虽然重交通和车辆超载是一个重要因素，但结构自身的使用质量偏低是根本原因。在今后二三十年的时间，我国仍将处于大规模的公路建设高潮期，如果再不对结构设计和耐久性设计的不足采取有效的改进措施，我们将会经历一个发达国家没有经历过的桥梁大建、大修、大拆同时并存的畸型发展阶段。
立足工程设计人员自身工作，为保证桥梁结构安全、使用性能和使用寿命，针对中小跨径桥梁设计提出以下几点建议供参考：
4.1 设计方面
4.1.1 如何使用规范标准
设计规范和标准是国家及行业控制和指导工程设计的基本要求，作为工程设计必须执行，但规范标准中的规定，是对工程设计的最低要求，在使用规范时，必须满足最低要求，但更重要的是需要设计人员根据工程自身特点，确定设计中各项指标需要达到的控制值。由于规范受修订、发布时间的局限，规范中的一些规定也会随着社会经济的发展需求而变得不适应甚至不合理，工程设计人员应根据掌握的相关研究成果和资料在一定程度上有选择地执行规范规定。
4.1.2 根据桥梁结构损坏的经验教训总结，反思设计对策
有些设计看似没错，但施工质量就是很难保证，比如空心板铰缝，存在的施工空间小、可操作差问题；先简支后连续结构中负弯矩预应力束管道偏差大及张拉质量不易保证问题等。设计人员应正视这一类问题，充分考虑现阶段的施工和管理水平、材料工艺水平，在设计过程中采用结构措施，适当提高安全度来保证桥梁使用性能的实现，这才是更为主动和有效的方法。
4.1.3 设计人员要树立自主设计、创作设计的意识
每一项工程设计都应体现出设计人员对工程结构的理解，工程设计是一个创作的过程，设计是工程的灵魂，设计人员必须对所设计的结构有一个完整的认识，应具备扎实的理论基础，对所设计的结构要了解其受力模式和使用特点，不能完全依赖标准图，更不能只是简单地模仿，作为设计人员应有自己的设计思想，结合工程实际进行设计，将设计意图体现在设计文件中。设计人员还应经常性地根据工程实践的反馈，对结构设计不断改进和优化，要对采用的规范熟悉掌握，更要善于思考和分析规范存在的不足，不断提高自身素质，以满足设计工作的要求。
4.1.4 对现有常用结构的使用建议
（1）装配式空心板、实心板。由于装配式板结构本身固有的缺陷，铰的作用难以完全形成和发挥，但目前仍是小跨径（L≤16m）桥梁的主要选择，设计时需针对性地加强铰缝砼，可通过增强铰缝内钢筋，采用钢纤维砼、加强桥面的整体性来保证铰结构的作用。如有条件，应尽量采用现浇板结构，对小于8m跨径的采用实心板。
（2）装配式T梁、箱梁。首先是注意横向整体性的加强，横隔板宜6m左右设一道，对于斜梁，不易采用与梁斜交的横隔板；对于先简支后连续结构，采用扁锚体系的负弯矩预应力束作用难以发挥，在设计时需相应配足普通筋，以弥补预应力的不足，应尽快改扁锚体系为圆锚体系，以保证预应力质量；需要改进的还有结构整体化时的湿接缝、湿接头构造，使之便于施工、易于保证质量，否则将会造成在过一二十年后大规模重点维修的结构。
（3）圬工拱桥。事实证明传统的保证拱顶填料最小50cm的厚度偏小，对使用状况的适应性低，桥面稍有损坏，汽车冲过力增大，就会引起主拱结构的损伤，在今后设计中应适当加厚，并特别注明对填料的选择和施工要求；应重视拱桥桥面的设计，桥面结构层应不低于所处路段的路面结构层。
（4）轻型拱桥。对于双曲拱、桁架拱，在新建工程中不应再采用，对于刚架拱，在解决了节点偏弱和增加结构富余度问题后，该桥型结构以其美观和便于施工的优点仍不失为一种桥型选择。
（5）关于预应力。预应力有均衡结构材料的性能发挥、主动承担结构恒活载的作用，在中小跨径桥梁中，应提倡采用预应力结构,有条件时应尽量采用先张法工艺，以避免预应力束受到腐蚀而影响结构承载能力和耐久性。采用后张预应力的结构，尽量避免使用扁束体系。
（6）混凝土桥面铺装。应充分重视桥面铺装对桥梁上部结构受力的补充作用，设计时要设置足够的厚度，钢筋网钢筋宜为直径12mm以上的HRB335钢筋，钢筋间距不宜大于15cm,桥面铺装与主梁(板)间的连接筋最好采用单肢型式，以便于施工时连接筋与桥面钢筋网的连接。
（7）对于新技术、新材料的采用，在经过实践证明成功后再采用，避免盲目采用，人为造成质量隐患。
（8）在设计时，注意考虑便于对结构的养护和检查维修，使工程结构具有可检性、可修性和可换性。
4.2 关于荷载标准
对于我省干线公路，由于重载车辆多、交通量大，应至少采用公路-I级标准进行设计；对于特殊情况，如基本以运煤车辆为主的专线公路，在对车辆载重进行分析后，确定设计荷载标准，可以适当突破公路-I级标准；对于新建的主要以货运为主的高等级公路，建议对交通组成进行分析、研究，必要时可提高荷载标准。考虑到我省今后相当一段时间内煤炭运输中汽车运输所占比例仍不会减少的实际情况，为适应重载交通组成，建议交通主管部门尽快针对我省公路运输特点确定适宜的公路桥梁设计荷载标准。
4.3 设计延伸
设计人员应注意设计后续服务工作，在工程建设期间向建设一线的技术人员进行详细技术交底，并对工程进行全过程跟踪，贯彻设计意图,弥补建设管理、监理及施工技术力量的不足。
5 结语
由于中小跨径桥梁在公路桥梁总数中所占比例大做好这一类桥梁的设计，对保证公路的使用功能有着非常重要的意义。工程设计人员应针对工程具体特点，对工程设计中的关键技术问题全面认识、准确把握、合理解决，使桥梁工程真正实现“结构安全、使用舒适、经济合理、施工方便、易于养护维修、与环境协调”的总体功能。
