3 设计要求
3 设计要求
3.1 一般规定
3.1.1 桥梁的正常交通荷载包括任意时间的正常和密集运行状态，但不包括超载等。
3.1.3 按照《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153)的规定，本规范将桥涵设计分为承载能力和正常使用两类极限状态。承载能力极限状态设计体现了桥涵的安全性，正常使用极限状态设计体现了桥涵的适用性和耐久性，这两类极限状态概括了结构的可靠性。只有每项设计都符合各有关规范的两类极限状态设计的要求，才能使所设计的桥涵达到其全部的预定功能。
- 承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位的状态，包括构件和连接的强度破坏、结构或构件丧失稳定及结构倾覆、疲劳破坏等。
- 正常使用极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性能的某项限值的状态，包括影响结构、构件正常使用的开裂、变形等。
3.1.4 本条对设计状况进行了修订，增加了地震设计状况。
- 持久状况所对应的是桥梁的使用阶段。这个阶段持续的时间很长，要对结构的所有预定功能进行设计，即要进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算。
- 短暂状况所对应的是桥梁的施工阶段和维修阶段。这个阶段的持续时间相对于使用阶段是短暂的，结构体系、结构所承受的荷载等与使用阶段也不同，设计要根据具体情况而定。在这个阶段，要进行承载能力极限状态计算，可根据需要作正常使用极限状态计算。
- 然状况所对应的是桥梁可能遇到的撞击等状况。这种状况出现的概率极小，且持续的时间极短。按照《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153)的规定，偶然状况的设计原则是：主要承重结构不致因非主要承重结构发生破坏而导致丧失承载能力；或允许主要承重结构发生局部破坏而剩余部分在一段时间内不发生连续倒塌。偶然状况一般只进行承载能力极限状态计算。
- 地震作用是一种特殊的偶然作用，与撞击等偶然作用相比，地震作用能够统计并有统计资料，可以确定其标准值。而其他偶然作用无法通过概率的方法确定其标准值，因此，两者的设计表达式是不同的。因而在原有三种设计状况的基础上，增加了地震设计状况。
3.1.5 在重复车辆荷载、风等交变荷载的作用下，公路桥梁钢结构可能会产生疲劳裂纹，疲劳裂纹不断扩展，将影响钢结构的使用，甚至导致断裂破坏。近几十年来，钢结构在我国的公路桥梁建设中得到了广泛应用，实践中发现钢结构的疲劳问题比较突出。疲劳已成为影响公路桥梁钢结构安全和耐久的主要因素之一。在相关的钢结构设计规范中，对抗疲劳设计均有具体的规定，但原规范中没有抗疲劳设计的要求。因此，本次修订增加了公路桥梁钢结构部分应根据需要进行抗疲劳设计的要求。
3.1.6 2010年，为了加强公路桥梁和隧道工程安全管理，增强安全风险意识，优化工程建设方案，提高工程建设和运营安全性，交通运输部发布了《关于在初步设计阶段实行公路桥梁和隧道工程安全风险评估制度的通知》(交公路发〔2010〕 175号),桥梁和隧道设计阶段风险评估工作开始正式实施。
3.1.8 养护是公路桥涵安全性和耐久性的重要保障。实践发现，在公路桥涵设计中，存在对桥梁结构未来养护需求估计不足的情况。主要表现在某些桥梁构件难以到达，例如缆索承重体系桥梁的梁底、变高度箱梁的根部区域等；某些桥梁构件难以检查，例如悬索桥主缆底部、埋置于混凝土中的拉索锚头、桥塔外表面等。不可到达、不可检查导致了桥梁部分病害的不可预知，造成了安全隐患。因此，本次修订增加了可到达、可检查的设计要求。
公路桥涵结构中，可更换构件的设计使用年限低于桥涵主体结构的设计使用年限，在设计使用年限内需要进行维修和更换，比较典型的构件包括斜拉索、吊杆、伸缩装置、支座等。在桥梁设计中，应考虑未来维修、更换的需要。因此，本次修订增加了可维修、可更换的设计要求。
3.2 桥涵布置
3.2.1 特大、大桥的桥位应选择在顺直的河道段，避免设在河湾处，以防止冲刷河岸。同时要求河槽稳定，主槽不易变迁，大部分流量能在所布置桥梁的主河槽内通过。桥位的选择要求河床地质条件良好、承载能力高、不易冲刷或冲刷深度小。桥位若处于断层地带，需分析断层的性质，如为非活动断层，墩台基础尽量设置在同一盘上。桥位避免选择在有溶洞、滑坡和泥石流的地段，否则应采取防护工程措施，确保岸坡稳定。
3.2.3 通航河道的主流宜与桥纵轴线正交，如有困难，其斜度不宜大于5°。这是从航行安全考虑的。
本条的“斜桥正做”是指桥梁的纵轴线与水流方向斜交、墩台纵轴线与桥梁的纵轴线正交。
3.2.6 本条所说的“通航水域”,是指具备各类船舶通达条件的水域。通航水域中的桥墩设置于浅水区，主要是为了减少大型船舶的撞击概率。
3.2.7 路侧净区是指公路行车方向最右侧车道以外、相对平坦、无障碍物、可供失控车辆重新返回正常行驶路线的带状区域。具体可参见现行《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81)等的相关规定。
3.2.8 单边河滩流量不超过总流量的15%双边河滩流量不超过总流量的25%，表明主槽流量占总流量的大部分，河流压缩不大，一般情况下可不设置调治构造物。
3.2.9 条有关公路桥涵设计洪水频率的规定，兹说明如下：
- 鉴于桥梁水毁的原因之一是基础埋置深度不够，因此规定在水势猛急、河床易冲刷的情况下，对于二级公路上的特大桥和三、四级公路上的工程艰巨、修复困难的大桥，必要时可选用高一等级的设计洪水频率(即分别为1/300和1/100)验算基础冲刷深度。
- 国内外的经验表明，洪水频率的选择应考虑结构的重要性与洪水对周边地区的危害程度。比较原规范桥涵设计洪水频率是与桥梁分类标准相关，虽然以跨径或总长标准界定的桥梁分类标准一定程度上反映了桥梁的重要性，但并不全面，特别是总长标准，反映桥梁的技术复杂性与重要性并不充分。因此，本次修订增加对由多孔中小跨径桥梁组成的特大桥，其设计洪水频率可按相同公路等级的大桥标准确定的规定。
- 四级公路主要是沟通县、乡、村并直接为农业服务的支线公路，涵洞及其他排水构造物的设计洪水频率应密切结合当地的农业排灌等具体情况确定，不作硬性规定。漫水桥虽易阻断交通，但具有造价低和易修复的优点，在容许有限度中断交通的三、四级公路上，可以修建漫水桥。
桥梁设计洪水位即为符合表3.2.9规定频率的流量相应的最高洪水位。当以暴雨径流计算设计流量时，其频率需符合表3.2.9的规定。
3.3 桥涵孔径
3.3.2 对暴雨径流，允许在小桥涵的上游有短时间的积水，以压缩小桥涵的孔径。小桥涵的积水深度及范围，可根据桥涵上游地形确定，但要保证积水壅高不会危害上游村镇和农田的安全。本条规定因积水而减少的流量，不宜大于总流量的1/4,也是从小桥涵本身的安全考虑的。
3.3.6 桥新建中小桥涵的设计采用标准化的装配式结构及机械化、工厂化施工，可节约投资，便于养护和构件的更换，提高桥涵结构的安全耐久性。
3.4 桥涵净空
3.4.1 本条要求桥涵净空符合公路建筑限界要求，这样可以使桥梁与公路更好地衔接，公路上的车辆可维持原速通过桥梁。车辆在公路上无障碍地行驶，尤其在高速公路和一级公路上，这是现代交通的最基本要求。
“桥面净宽与路基宽度相同”中，路基宽度不含土路肩。
3.4.2 在目前的桥梁设计中，一般不考虑路缘石对车辆的防撞作用，设置路缘石仅是为了起到视线诱导、排水和警示的作用。但是，如果路缘石能够对失控车辆起到第一道防护作用，则能更有效地降低事故严重程度，保护行人和车辆安全，减少事故损失。“山区公路网安全保障技术体系研究与示范工程”项目从路缘石对车辆所起的拦护作用方面考虑，基于车辆动态仿真实验对公路桥梁路缘石合理高度进行了研究。根据不同车速、不同碰撞角度、不同路缘石高度条件的路缘石碰撞仿真实验结果，路缘石对偏驶车辆的拦护效果优劣程度为35 cm>30 cm>25 cm>40 cm>15 cm>20 cm,这与现行规范路缘石高度可取用25~35 cm的规定基本吻合。考虑到35 cm高路缘石的拦护效果最佳，本次修订建议路侧环境危险时，桥梁路缘石高度取用较大值。
3.4.3 关于河流中漂流物在水面上突出的高度，根据几十份调查资料，一般高出水面1 m左右，最高可达2 m。国外资料也有高出3～4 m的。设计时要按实地调查资料确定。
3.4.4 当矩形涵洞进口净高大于3m时，其顶面至最高水面的净高不应小于0.5 m，这与不通航河流上的梁底净空规定是一致的。
3.5 桥上线形及桥头引道
3.5.1 本条有关桥梁纵坡的规定，兹说明如下：
- 有关桥上及其引道纵坡的规定，从多年的应用情况看，总体上是适宜的。
- 对于位于城镇混合交通繁忙处的桥梁，为方便非机动车的行驶，规定了桥上纵坡及桥头引道纵坡均不得大于3%。
- 考虑到在冰雪条件下，与公路相比，桥梁更易结冰，冰雪更难消融，从保障行车安全、桥梁结构安全使用等的角度，规定了易结冰、积雪的桥梁桥上纵坡不宜大于3%。
3.5.2 在洪水泛滥范围内的特大、大、中桥桥头引道，经常受到洪水的威胁，要求与桥梁具有相同的抵御洪水的能力，其路肩高程应至少高出桥梁设计洪水位0.5 m。
当小桥或涵洞的流量超过其设计流量时，多数情况是溢流首先冲毁路堤，进而导致桥涵破坏，故小桥涵引道路堤的顶高宜在桥涵壅水水位以上至少0.5 m。
3.5.3 本条有关桥头锥体及引道的规定，兹说明如下：
- 桥头锥坡填土或实体式桥台背面的一段引道填土，可用砂性土或其他透水性土，这对于台背排水和防止台背填土冻胀是十分必要的。在非严寒和无冻胀地区，桥头填土也可以就地取材，利用桥涵附近的土填筑。
- 锥坡坡面一般要铺砌，且填土经夯实，其边坡的稳定性好于一般路基边坡，故可以采用较陡的边坡坡度。高填土路堤因本身自重影响其下层边坡的稳定，且锥坡在淹水部分因浸水而减小了土体的安息角，故要根据实践经验采用较缓的边坡坡角，以保证其稳定。
- 对于埋置式桥台、钢筋混凝土桩、柱式桥台，其台前锥坡体既起保护桥台的作用，又可平衡台背侧压力，故采用较缓的边坡坡度，以保证稳定。
3.5.4 桥台侧墙后端和悬臂梁的悬臂端要伸人桥头锥坡0.75 m,这是为了保证桥台或悬臂端与引道路堤的密切衔接。
3.5.5 桥头搭板在许多情况下为简单实用且有效的治理桥头跳车的办法。本次修订吸取了国家科技支撑计划项目“山区公路网安全保障技术体系研究与示范工程”的研究成果，对桥头搭板的长度、宽度和厚度要求进行了完善，说明如下：
- 桥头搭板长度的确定主要从两个方面来考虑：① 保证搭板的工后沉降坡差小于容许值；② 保证搭板长度稍大于台背后填土缺口的上口宽度。综合考虑这两种因素的估算结果及我国桥梁设计的常规做法，本次修订规定搭板长度不宜小于5 m，当桥台高度不小于5 m 时，搭板长度不宜小于8 m。
- 搭板宽度影响因素较少。从搭板的受力看，当车轮直接压在搭板的纵向边缘时，对搭板的受力是不利的，因此搭板做宽点对受力有利。同时，为避免行车道范围内由于搭板宽度不足导致差异沉降、影响行车安全，规定搭板宽度不应小于行车道宽度。实践中，一般将搭板宽度做到两侧与路缘石边缘相齐，并用柔性材料隔离。
- 搭板的厚度主要根据受力要求来确定。搭板的受力要求可分为强度要求和变形要求。但是，由于搭板受力复杂，很难简单地确定搭板的受力状况，因而通常采用的处理方法是将搭板换算为等效简支板，找出搭板长度与计算跨径之间的关系，大致研究出各种板长的相应计算跨径，从而按简支板的方法确定搭板的厚度。根据研究结果，搭板厚度一般取搭板长度的1/16～1/24。我国近年来的桥梁设计中，搭板厚度根据具体情况一般取 25 cm、30 cm或35 cm。综合考虑理论分析结果和我国的工程实践经验，本次修订规定搭板厚度不宜小于0.25 m，当搭板长度不小于6 m 时，其厚度不宜小于0.30 m。
3.6 构造要求
3.6.2 设置变形缝或伸缩缝，可减小温度变化、混凝土收缩和徐变、地基不均匀沉降以及其他外力所产生的影响。
3.6.6 桥梁护栏与桥面板的可靠连接是保证桥梁护栏有效发挥作用的前提条件，目前常用的方法有：
- 金属梁柱式护栏立柱与钢筋混凝土桥面板的连接可以采用直接埋入式或地脚螺栓的连接方式。
直接埋入连接方式适用于立柱埋深30 cm 以上的情况。混凝土桥面板浇筑时预先安装套筒，并在套筒周围配置加强钢筋，立柱直接放置在套筒中，填筑干硬性砂浆或素混凝土。
地脚螺栓连接方式适用于立柱埋深不足30 cm 的情况。在结构物混凝土中预埋符合规定长度的地脚螺栓，立柱底部焊接加劲法兰盘，与地脚螺栓连接。
- 钢筋混凝土墙式护栏与钢筋混凝土桥面板的连接，一般通过护栏钢筋与桥面板中的预埋钢筋连接在一起的方式形成整体。
3.6.8 桥梁支座设计应满足下列要求：
- 目前，常在桥梁横桥向设置多个支座，由于施工质量、运营环境等种种原因，部分支座出现脱空现象，导致相邻支座受力加大，易出现支座被逐个破坏的可能。同时，加大的支反力还会引起桥梁结构承托(牛腿、支座上方)部位局部受力加大，引发混凝土开裂等病害。这样的案例国内外都有发生。因此，要求设计要考虑支座脱空带来的不利影响。
- 为保证传力均匀，要求支座上下传力面水平，板式橡胶支座可采取措施如梁底预埋钢板、设楔形块等保持支座上下面水平，盆式支座和球型支座有纵坡时要调平梁底后方可安装。
- 通常板式支座受橡胶性能的影响，设计使用寿命一般为20～30年，盆式支座、球型支座的使用寿命比板式橡胶支座长，但也低于主体结构的设计寿命。因此，进行桥梁结构设计时，要考虑桥梁在服役期间支座的维护和更换问题，设置支座的墩台应留有检查和更换支座的构造措施，并配以必要的操作安全防护设施。
3.6.9 桥梁用伸缩装置为桥梁的组成部分之一。常用的伸缩装置有模数式、梳齿板式、无缝(暗缝)型等类型。伸缩装置的设置应保证桥梁接缝处的变形自由、协调，车辆能够平稳、安全地通过，并适应接缝周围可能出现的少量错位，不致因此而引起伸缩装置部件的受损或脱落。
3.7 桥面铺装、防水和排水
3.7.2 沥青混凝土和水泥混凝土都是不能完全防水的。防水层的设置可避免或减少钢筋的锈蚀，保证桥梁结构的质量。
3.7.4 水泥混凝土桥面铺装层直接承受车辆轮压的作用，既是保护层，又是受力层，要具有足够的强度、良好的整体性以及抗冲击与耐疲劳特性，同时还要具有防水性及其对温度变化的适应性。
要减少和消除桥面铺装层在预定的设计使用期内的早期破坏、满足行车荷载和环境因素作用下的使用功能，就要强化铺装层结构的抗裂性能和耐疲劳特性。
3.7.5 钢桥面铺装一般采用沥青混凝土体系，其涉及对正交异性钢桥面板的结构受力状态、桥梁纵面线形、当地气象与环境条件、铺装材料的基本强度、变形性能、抗腐蚀性、水稳性、高温稳定性、低温抗裂性、黏结性、抗滑性、施工工艺等。
3.8 养护及其他附属设施
3.8.1 悬索桥、斜拉桥以及带吊杆的拱桥，由于拉索和吊杆的阻碍，不方便采用桥检车对主梁底面、侧面等进行检修。另外，大跨径梁桥中间支点处梁高较大，有时也无法采用桥检车下探至梁底进行检修。对于这类不方便采用桥检车进行检修的特大、大桥，条件许可时，宜配置专用检修车。
3.8.2 运营桥梁在车辆荷载、地基沉陷等因素影响下，可能会出现主梁下挠、开裂、下沉、移位等病害。为了确保桥梁的安全，管养单位有必要进行定期检查，及时掌握桥梁的变形、位移状况。布设桥梁永久观测点并定期观测，是一种简单、实用、有效的桥梁变形监测方法。因此，本次修订增加了设置永久观测点的要求。
特大、大、中桥桥墩台旁必要时可设置水尺或标志，以观测水位和冲刷情况。
3.8.4 桥梁防雷设计可参考现行《建筑物防雷设计规范》(GB 50057)、《高速公路设施防雷设计规范》(QX/T 190)等。
3.8.6 随着技术的进步，桥梁安全监测系统技术已经日臻成熟，在公众对工程结构安全性日益关注的背景下，根据桥梁的结构特点、地理环境及系统目标，结合国内外的最新研究成果和经验，开展桥梁结构安全监测已成为行业发展到一定阶段的内在需求。为此，近年来从不同层面均对桥梁结构的安全监测给出了指导性的意见，《公路桥梁养护管理工作制度》(交公路发〔2007〕336号)、2013年交通运输部《交通运输部关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》和《交通运输部关于建立公路桥梁安全运行长效机制的若干意见》中均要求“特大、特殊结构和特别重要桥梁的养管单位，要利用现代信息和物联网技术，建立符合自身特点的养护管理系统和健康监测系统”。开展结构安全监测一方面可以促进大型桥梁养护技术、结构可靠性评定及相关技术的进步，也是桥梁学科贯彻落实国家、行业有关要求的重要举措。
大型桥梁是国家或地区的交通命脉，耗资巨大，一旦发生桥梁坍塌事故，将造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失，并且带来恶劣的社会影响。为了及时掌握大桥的性能表现，防止突发性坍塌事故发生，采用科学的方法对大桥进行运营期安全监测是极为必要的，目前这一点已逐渐得到了学术界、工程界以及政府部门的广泛认同，桥梁运营期结构安全监测技术也逐渐在我国新建大桥中得到推广应用。从发展趋势来看，桥梁结构安全监测与安全评价系统已成为大桥建设工程的一部分，目前国内外新建大跨桥梁结构安全监测系统大多与主体工程一同招标，要在设计阶段统筹考虑，因此，本次修订增加了设置桥梁结构监测设施的要求。据不完全统计，我国已有四十余座桥梁布设了结构安全监测系统。
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