探析大跨度桥梁设计的设计要点与优化策略

探析大跨度桥梁设计的设计要点与优化策略

张宇

天津城建设计院有限公司天津市300122

摘要：随着我国公路桥梁事业的不断发展，桥梁结构逐渐朝向大跨径、复杂化方向发展，这就对桥梁设计提出了更高要求，文章对大跨径桥梁设计要点进行了分析，并提出优化策略。

关键词：大跨径桥梁；设计要点；优化策略

在我国社会经济高速发展的大环境下，对道路运输的要求也越来越高，特别是大跨度桥梁的数量和质量，都呈现逐年增加的局面，这就要求交通运输业必须为了满足要求进行自我发展和变革。交通压力的增加，对大跨度桥梁的安全性提出了考验，因此，需要对桥梁进行科学合理的设计，保证桥梁的质量。

一、大跨度桥梁设计的设计要点分析

（一）大跨径斜拉桥设计的设计要点

大跨径斜拉桥的结构属于拉索型，优势主要表现在整个桥梁的跨度非常大，承载的能力较强、稳定性非常高等，和以往梁式结构的桥梁相比，其跨越能力较大。而且大跨径的斜拉索桥梁主要由主梁、斜拉索及塔柱和主梁等三部分构成，在拉桥的概念设计环节，设计人员可按照三部分间的组合关系，组合成各种形状、结构不同的桥梁，如支承、悬浮及固定等。而在设计桥梁的索面时，应按照桥梁所能承受的最大力，设计成双平行的索面或是双斜索面，而斜拉桥拉索并不用固定桥梁的锚碇，因其自身具备相应的自锚特征，一般在河流或是峡谷等地方，其跨径在200~800m之间，就能选择大跨径的斜拉桥结构。

（二）大跨度悬索桥设计的设计要点

悬索桥属于国内的山区当中，大跨度桥梁的一种主要类型，主要由塔柱、主缆、锚碇及加劲梁等部分构成，而且在山区的跨径比较大，高度较高的环境下，适合使用悬索桥结构。当前的悬索桥通常会设计出两个塔柱，将其作为桥身支承，塔架应用钢筋的混凝土材料，并将悬索两端经过锚碇，将其固定于桥梁的两端，而两个塔架把整个悬索桥分成三部分，主要是中跨以及两个边跨的部分，边跨长度应该按照锚固的具体位置与工程的成本决定，通常情况下，中跨和边跨主要根据2：1或是4：1的长度比值进行设计，垂跨比值通常设计成1：6或是1：7，设计人员可以按照桥塔的高度进行适当的调整。

（三）拱桥设计的设计要点

拱桥属于我国使用时间最长的一种桥梁类型，以往的拱桥主要以石拱桥为主，当前在拱桥设计中加入现代设计元素，如加入钢筋结构的拱桥以及混合类型拱桥的结构相互结合。当代拱桥的结构主要以钢管的混凝土以及钢筋混凝土拱桥为主，施工过程较为简便、建设起来所需花费的时间较短，且承载能力较强，具有较强的实用性与经济性，这就使拱桥结构渐渐发生成国内山区的大跨度桥梁在建设过程中，首选的一种桥梁类型。拱桥的结构主要适合用在跨径短，且峡谷呈V字型的地形中，钢管混凝土的拱桥上的拱肋主要分成实体拱肋与桁式拱肋，设计人员在应用实体拱肋的过程中，应按照跨径来选用单管还是多管的形式，单管抗扭的性能非常高、施工过程较为简便，但抗弯性非常低，通常用在跨径小于80m的拱桥当中，多管桁式的拱肋主要使用直径相关较小的钢管，以便加强抗弯性能，通常用在跨径大于100m的钢管混凝土的拱桥当中。

二、大跨度桥梁设计的优化对策

（一）桥梁局部优化

①优化加劲梁的横截面，加劲梁由叠合梁、钢梁、混合梁以及混凝土梁组成。在当前已经建成的一些大跨度桥梁当中，主跨梁的形式大部分多以钢梁为主，混凝土和钢梁结合起来使用的非常少；②优化斜拉索或是主缆动力，因斜拉桥与悬索桥属于目前大跨度桥梁在建设过程中常用的一种桥式，两者间的共同点加多，即均由缆索来支承、桥面比较柔软以及阻尼值非常低。而且在外部环境的激励之下，拉索很容易发生发幅度振动。例如，在狂风暴雨时，主梁与拉索间常常会出现耦合振动，进而引发参数共振以及拉索自激振等；③优化桥墩和基础，桥墩和基础属于桥梁的重要支撑结构，同时也属于桥梁下部分结构当中十分重要的一个构成部分，能够增强桥梁稳固性。因此，桥墩和基础在所处位置、数量以及结构形式等方面，对桥梁自身的稳固性与耐久性都会造成很大影响，但是对桥梁的上部分结构影响非常小，因而，设计人员在设计桥墩与基础时，应综合考虑桥梁。

（二）大跨度桥梁的整体优化

由于大跨度桥梁大部分都属于高次超静定的结构，结构非常复杂，且需要设计的变量较多，在建设及设计过程中涉及到的因素较多，设计人员想要全面、综合地优化整个设计过程还有很大阻碍。因此，设计人员在优化大跨度桥梁的结构时，应重点研究局部优化，但全面、综合地评价一个桥梁质量的好坏，并不是凭借局部质量实行评判，而应从综合考虑整个桥梁的使用效果及运营情况等方面，所以对整个桥梁结构进实行优化设计还具有一些困难。当前对于大跨度桥梁结构的整体优化重点包括以下方面：优化桥梁的整体造价、动力性能以及施工工艺等，同时实现桥梁的结构优化和景观设计优化相互协调。

（三）桥梁上部结构优化

在选用桥梁上部结构形式时，需根据桥梁实际使用情况，全面、仔细地考虑整个桥梁的承受能力、施工工艺及施工技术的难度以及经济性。对于简支的空心板结构桥型，虽然施工操作比较简便，施工工艺较为成，但是跨径较小，且桥梁高大，因桥梁的跨径受到局限，常常导致跨深沟桥梁的高跨比例不够统一、协调。而且上部结构很难和路线较小的半径及大超高的线形相符，随着高墩的数量渐渐增加，桥面的伸缩缝也会变多，造成行驶的条件较差。因此，在一些山区大跨度当中，此种桥型主要用在地形相对平缓、且填土较低的一些中、小桥内。预制拼装的多梁式T梁因在桥梁的中等跨径桥当中，具备施工简便、施工成本较低等优势，工程造价远远低于整体式的箱梁，属于中等跨径的直梁桥建设中经常应用的一种桥型。但是对于部分曲线梁，T梁属于开口的断面，桥梁抗扭与梁体的平衡所能承受的能力远远低于箱梁，且曲梁弯矩作用对于桥梁下部所产生的不平衡力非常大，但是在曲线桥弯曲的程度小的时候，曲线T梁桥主要应用直梁进行设计，利用翼缘板的宽度来调整整个桥梁平面的线形，进而环节曲梁弯扭作用。

（四）桥梁墩台塔吊结构优化

翻模施工技术主要是利用塔吊将模板一层一层地吊起，然后再进行施工，即施工人员在进行桥梁施工的过程中，先将施工平台固定在选好的模板支架上面，之后使用塔吊将桥梁下层的模版和平台吊起来，施工人员将下层的模板拆卸下来，并对上层模板的平台进行安装以及测量。这种施工技术可以将桥梁施工的模板与施工的平台看做是两个互相独立的个体，部分桥梁施工人员会将施工模板和施工平台连接成一个统一的整体，虽然采用这种方式在刚开始施工时非常方便，但在施工进入进入到一定阶段时，如果继续在原先的施工平台上施工，就会十分艰难。桥梁的墩台塔吊翻模施工技术可以将施工模板与平台相分离，桥梁每隔5m就会出现一个全新的施工平台，这样的施工方式十分便捷。由于墩台塔吊的工作区间一直是处于直角坐标系中并沿着直线运动，这样可以简化桥梁的施工过程，所建造出来的墩台桥梁的模板不会出现裂缝或者是平台偏扭的现象，也可以使桥梁混凝土墩台的外观变得更加美观。

总而言之，随着国内交通事业不断发展，在很大程度上也推动着大跨度桥梁进一步发展，因此，桥梁设计人员如何在充分满足桥梁结构需求的条件下，合理优化设计整个桥梁结构，已成为当前设计大跨度桥梁的核心内容。通过以上分析大跨度桥梁设计的设计要点及优化措施，以便为之后同行进行桥梁设计提供参考。

参考文献

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[2]卞朝东.浅析大跨径预应力混凝土桥梁设计技术[J].江西建材,2016,(06)

[3]曹伟.试论我国大跨径公路桥梁设计规范关键问题[J].四川水泥,2016,(02)