大跨度桥梁的设计要点及优化措施探讨

大跨度桥梁的设计要点及优化措施探讨

廖景铿

安徽省城建设计研究总院股份有限公司华南分公司 广东广州 510630

摘要：我国公路交通体系迅速发展，不断完善，为提高经济发挥了非常重要的作用。而桥梁作为公路体系的重要组成部分，其在我国交通系统中的占比较大，受限于我国复杂的地质环境，各类大跨度桥梁建设规模也在逐年增加。因此，必须掌握公路桥梁中大跨度桥梁设计重点，结合建设区域实际情况提出更为科学、有效的设计方案，保证公路桥梁中大跨度桥梁总体建设水平。论文阐述了大跨度公路桥梁的设计要点，提出了改善大跨度公路桥梁设计水平的优化措施。

关键词：大跨度桥梁；设计要点；优化措施

引 言

随着我国社会经济发展速度不断提高，虽然桥梁设计水平有了相应提高，能够进一步缓解大跨度桥梁设计和运行中的问题。同时我国当前桥梁建设施工数量也在不断增加，所以，想要进一步确保大跨度桥梁建设的健康发展，就需要保证桥梁建设工作具备安全性和稳定性以及持久性的特点。另外，对于桥梁设计工作人员来说，需要进一步完善桥梁设计的工作，将内部设计结构全面优化和完善，最终保障大跨度桥梁能够安全稳定的运行。

一、大跨度桥梁特点概述

随着我国城市基础建设日益完善，桥梁作为城市重要地标及交通纽带，起到关联城市、疏导交通、美化城市的重要作用。我国南方城市很多都将桥梁作为城市建设的重要代表之一，如长江大桥、杨浦大桥等，这些都属于大跨度桥梁。大跨度桥梁主要是指桥梁长度、宽度较大，并且在承载能力、稳定性等方面都较为突出，这也导致了大跨度桥梁在设计中的复杂性、系统性。大跨度桥梁具有结构规模大、结构组织规划困难、承载能力强等特点。如图1所示，具体表现在以下四个方面：（1）项目结构规模较大。桥梁主体结构多为大跨度结构形式，从长度、宽度等层面都突显了桥梁主体的大气、宏观。（2）在结构组织及规划方面也较为复杂：从大跨度桥梁主体结构可以发现，很多桥梁都需要对该桥体过渡节点进行设计，并根据桥梁实际长度、宽度等进行元素融入。（3）施工难度高。跨度越大，工程规模越大，施工难度越大，每个细节都要处理到位。（4）承载能力超强。大跨度桥梁主要为大量车辆提供交通条件，对其顺利通行起到极为重要的促进作用，日均需要承受上百或上千车辆通行，这也对大跨度桥梁本身承载能力提出了严格要求。

图1 大跨度桥梁特点概述

2. 大跨度桥梁的设计要点

我国国土辽阔，包含一些地势险要、地理结构复杂的地形，比如在长江有武汉长江大桥和南京长江大桥，还有杭州湾跨海大桥与港珠澳跨海大桥，这些都属于大跨度桥梁。大跨度桥梁设计在全世界的桥梁建设领域中是名列前茅的，能够满足客观条件的要求和主观需要。现如今我国的大跨度桥梁包括斜拉桥、拱桥、悬索桥等，这三种类型的优势在于桥梁结构的稳定性，技术成熟度比较高，这就要求桥梁设计的结构合理化。

2.1设计大跨度斜拉桥的要点

我国有很多拉索性的桥梁，这些拉索性桥梁都属于大跨度斜拉桥的一种类型，其优点就在于桥梁的结构稳定性和承载重量比较出色，将它应用于我们国家建设跨海大桥和城市立交大桥是非常合适的。大跨度斜拉桥的构成结构主要由主梁、塔柱和斜拉索这三个部分组成。在建设大跨度斜拉桥的过程中，可以根据实际情况的需要对组成大跨度斜拉桥的各个部分进行不同组装，从而改变大跨度斜拉桥的外观和内部结构。但是值得桥梁建设者重视的就是桥梁索面设计，必须要根据桥梁所承的重力最大限度对双斜索面和平行索面进行选择。在一些地形特别需要对桥梁结构进行研究设计，通过数据可以计算出选择悬浮类型的浮桥比较合适，还是固定式的跨度大桥或者是支撑类型的跨度大桥等。无论是什么类型的桥面都不能让桥面上的车辆总重量超过桥梁承受压力的最大程度，否则就会影响大跨度斜拉桥的稳定性和安全性。还有一点就是大跨度斜拉桥的拉索的一大特点是“自锚”，在一些地形十分复杂的情况下固定强梁可以不使用锚锭。一般情况下，跨度范围在200～800m的区间内可以选用建设大跨度斜拉桥。

2.2设计大跨度悬索桥的要点

我国拥有很多纵横沟壑的山脉、山谷和喀斯特地貌，在山区的道路建设中，需要大跨度的桥梁进行连接，才能保证运输工作的进行。大跨度桥梁的另一典型特例就是应用在山区和丘陵的大跨度悬索桥。大跨度悬索桥梁的组成结构分别是塔柱、主缆、劲梁和锚锭。在我国面积十分辽阔的山区和海拔比较高的高原地区，大跨度的悬索桥的应用十分广泛，比如江阴大桥和长江公路大桥。在施工设计大跨度悬索桥的过程中，为了桥梁具有巨大的承重能力，支撑桥身的主要构件就是塔柱。塔柱和悬索连接的桥梁采用的是钢筋混凝土材料，这样就能大大增强大跨度悬索桥的承重能力。悬索由塔柱固定在桥梁两端，塔架把大跨度悬索桥分成了三个跨度，分别是中间跨度和两端跨度，度量两端的跨度是通过锚锭的选择位置和大跨度悬索桥所决定的。对于整个大跨度桥梁设计过程中，技术人员要控制两端跨度和中跨的比重，结合实际的地理情况需求和内部结构需要，还要考虑到对大跨度悬索桥的施工成本，把桥塔的高度位置的选择作为标准是最合理的。

2.3设计大跨度拱桥的要点

我国的历史十分悠久，古时候的桥梁类型主要以拱桥为主，而在众多拱桥中就数石拱桥最为经典。随着我们国家桥梁设计的发展，桥梁设计师在设计拱桥的过程中往往会加入一些当代先进的设计元素和审美观念，在施工的过程往往会采用新型的原材料，这种材料就是我们所熟悉的钢筋混凝土和钢管里浇筑着水泥的混合型材料。采用这种混合材料所制作的拱桥与传统老式的拱桥相比，具有很大的优势，既能缩短施工工期又能加强拱桥的承载能力。运用这些材料不仅在施工方面有很大的优势，还能压低成本，提高桥梁的安全性和可靠性。基于此，在我们国家需要在地形复杂的地方建设桥梁的首选就是大跨度拱桥。另外，在跨径比较小的地形结构上也可以采用拱桥设计进行建设使用。现如今，采用钢筋混凝土的拱桥结构中最重要也是最基础的构件就是拱助，拱助在整个中国桥梁领域中也只有两种类型，分别是实体拱助、桁式拱助。要想达到桥梁稳定性最大，就必须严格按照标准测量实际跨径来选择较好的钢管形式，再运用这种钢管形式设计最好的拱助。单管形式与多管形式相比有很大的劣势，抗弯性比较差，大大降低了拱桥的使用寿命和安全性，但是单管形式性能高、成本低且施工简单，可以运用于跨度比较小的地方进行建造。对于抗弯性比较大的多管形式便可以运用于地形复杂跨度比较大的地方。总而言之，设计建设拱桥的时候，就必须根据实际情况来选择建造结构，合理地使用建筑材料才能保证桥梁的稳定性和安全性。

2. 改善大跨度公路桥梁设计水平的优化措施

3.1局部优化

对于大跨度桥梁的主梁，首先需要对其主缆的动力进行优化，由于其桥梁的跨度较大，不管是斜拉桥还是悬索桥，这两种桥梁的桥面相对更软，阻尼值较低。如果外界的环境变化较大，拉索极容易出现大幅度振动，因此对该区域需进行优化处理。此外，需对加劲梁的横截面积进行优化，尽可能采用钢梁，减少与混凝土梁的混合使用。最后还需对桥墩进行优化处理，基础和桥墩是大跨度桥梁的主要支撑结构，能够决定桥梁的稳固性，因此需对桥墩和基础的位置进一步优化，通过对以上三个局部的优化能够加强桥梁的稳固性和耐久性。

3.2整体优化

大跨度桥梁的结构更为复杂，变量较多，其中大部分的结构还是高次超静定的结构，在设计的过程中无法对桥梁的信息进行全面地掌握。需通过对整体综合地考虑再对桥梁的质量进行评判，评判的标准通常还包括桥梁的使用效果和运行情况。既然是对大跨度桥梁的整体进行优化，则需要考虑多方面因素，其中主要包括桥梁的造价预算、使用性能，预计使用年限、施工工艺的复杂程度、结构构造等。但是桥梁整体性能的优化往往是通过对局部性能的优化而实现的。

3.3上部结构优化

对桥梁的上部结构进行有效地优化，除了需要考虑到桥梁的施工工艺，还应注重桥梁整体的承受能力和工程造价。对跨径以及结构形式进行选择时，施工工艺是一方面，还应考虑到高跨比、船只行驶条件。不同类型的大跨度桥梁所需优化的区域也会有所不同，大跨度的悬索桥需优化其锚碇，由于大跨度的斜拉桥收缩徐变以及非线性条件的影响，需对索力的受力和位移进行优化。

3.4基于可靠度的大跨度桥梁结构优化

目前常用的桥梁结构设计师基于容许应力的基础之上，但是可靠度与优化其本质上是有联系的，基于可靠度而进行的优化更加具有多样性、不确定性以及约束的多样性。其最大的特点就是能够定量地对桥梁的安全和经济造价方面进行有效分析，同时还能够协调这两方面之间存在的矛盾，这一点对于传统的定值法难度较大。此外对于大跨度桥梁的结构优化还需要选择合理的优化模型与求解办法。

3.5大跨度桥梁的建设需要贴合时代背景

随着科学技术的进步，大跨度桥梁的建设也呈现出现代化、创新化的特征，对于大跨度的桥梁，其设计思路以及施工方法也在不断创新。因此在建设过程中，需采用现代化的设计思路以及高科技的施工方法，同时运用数学模型对造价成本等方面进行预测，实现大跨度桥梁建设高效率、高质量的发展。

2. 结束语

综上所述，我国经济、社会的快速发展，不断推动公路交通体系的完善。大跨度公路桥梁是交通体系的重要组成部分，推动其进一步发展是当前一项重要工作。大跨度公路桥梁设计过程中应结合实际需要，对自身结构进行优化设计，确保大跨度公路桥梁的整体建设成效。实现行业技术发展的同时，为我国经济、社会建设做出重要贡献。

参考文献

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