大跨度桥梁设计关键点及优化措施研究

杨爱民

摘   要：随着社会经济水平的快速提升，我国的建筑施工以及基础设施建设取得了蓬勃发展，桥梁建设是其中重要的一部分，各省市和地区都在积极进行桥梁建造工作，特别是大跨度桥梁工程，对于人们的出行、交通事业和当地经济的发展方面都起到了重要的推进作用。随着桥梁工程项目数量及规模的不断扩大，桥梁的种类和结构也越来越复杂，为了提高大跨度桥梁施工的质量和进度，需要设计单位采取有效的技术措施对桥梁的设计工作进行创新与优化，以确保桥梁可以在优化措施的作用下实现安全与稳定的状态。本文将对大跨度桥梁设计关键点及优化措施进行分析，并提出合理化建议，以解决可能出现的问题和风险。

关键词：大跨度桥梁；设计关键点；优化措施研究；策略分析；

改革开放以来，我国人民的生活发生了翻天覆地的变化，城市化进程的深入推动了建筑行业的繁荣发展，为了促进当地的经济建设，桥梁项目的开发与施工也变得至关重要。根据2011年我国交通运输行业发展公报中的数据显示，全国公路桥梁数量已经达到了96.11万座，这为各地区交通事业发展以及人们的出行带来了极大的便利，在社会需求以及客观环境的要求下，桥梁设计工作进行了不断的创新与改革，以确保桥梁建设可以在结构安全及质量达标的同时实现其通行功能及景观特点。在2021年的调查数据显示，世界十大大跨度悬索桥中，有八座来自中国，这些桥梁的建设加强了建设区域的交通能力与群众的生活质量，并完善了综合运输体系，对促进经济发展起到了积极作用。

一、大跨度桥梁设计的关键点分析

1、大跨径斜拉桥的设计关键点

大跨径斜拉桥是一种采用拉索结构的桥梁类型，具有承载力强、跨度大以及稳定性高的特性，相比传统的梁式结构桥梁具有更强的跨越能力和更高的经济型。大跨径斜拉桥由三个主要部分组成，分别是主梁、主塔以及斜拉索，在桥梁设计的过程中，可以通过调整这三个部分以及墩的关系来设计不同结构体系，例如塔墩固结、塔梁分离的漂浮体系、塔墩固结、塔梁分离，在塔墩处设置竖向支撑的半漂浮体系，塔梁固结、塔墩分离的塔梁固结体系，主梁、索塔、桥墩三者互为固结的刚构体系。设计人员需要根据桥梁建设环境和承载要求来选择桥梁索面的类型如单索面、双索面，国内外已建成的斜拉桥绝大部分都采用自锚体系，其结构经济合理的跨径范围是二百米至五百米。

2、大跨度悬索桥的设计关键点

悬索桥是我国常见的大跨度桥梁种类，由加劲梁、主缆、鞍座、索塔以及锚碇等构建构成，是跨越能力最大的一种桥型。其传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁，成桥后，结构共同受力，受力按刚度分配。由于悬索桥选用主缆较大，设计时应从承载、运输、防腐、锚固等方面充分考虑索的选型。另外悬索桥的主缆成桥线形，也是设计的重点之一，悬索桥的形态可以分为:成桥状态、空缆状态(自由悬挂长度)、无应力状态，悬索桥找形的目的是找到施工开始时的理想状态,经过施加荷载后使其达到理性成桥状态，悬索桥找形的原则是建成后在恒载作用(含初应变)下,桥身的挠度和加劲梁内力最小，主缆内力与基本理论基本吻合。

3、大跨度拱桥的设计关键点

拱桥在我国的建设历史非常悠久，是最古老的一种桥型，大跨度拱桥由于其优秀的跨越能力，适用于地势陡峭、山谷居多的环境和地区。传统的拱桥多以圬工材料建造构成，现代化的拱桥则是采用钢筋混凝土或钢管混凝土为主要材料，形成了质量过硬且兼具美感的桥梁类型。拱桥的施工更为简单、设计和建造的流程也较为便捷，因此具备经济性以及较强承载力的特点，这也是成为我国大跨度桥梁建设类型的主要原因。

在进行大跨度拱桥设计的时，多采用箱型拱肋、钢拱桥、钢管混凝土。设计时应首先确定拱桥合理的矢跨比，当跨径相同时矢高越小,拱的水平推力越大;反之拱的水平推力越小，根据经验，混凝土拱桥矢跨比多在1/5～1/8之间，钢管混凝土拱桥矢跨比多为1/4～1/5之间，钢拱桥矢跨比多为1/5～1/10之间。其次应选择合理拱轴线型，拱轴线应尽可能降低由于荷载产生的弯矩值。拱桥常用的拱轴线型有圆弧型、抛物线型、悬链线型。再次，拟定合理的拱圈截面尺寸，拱圈的宽度，主要取决于桥面的宽度，一般大于跨径的1/20，拱圈的高度应根据经验公式或历史数据进行尺寸拟定。

二、大跨度桥梁设计优化措施论述

大跨度桥梁设计的局部优化工作可以从不同结构的优化进行论述，如斜拉桥和悬索桥由于其特点，造成阻尼值较低，容易在外部环境和作用力的影响下，出现拉索大幅度震动，引发桥梁各结构出现共振现象，造成桥梁坍塌的风险，在优化过程中应当着重对该现象进行关注，采取有效的方式做出改善。桥墩作为桥梁结构的主要组成部分，起到了关键性的支撑作用，对于桥梁的稳固性有着至关重要的影响，因此进行设计的时候，需要针对桥梁的实际情况对数量和规模进行科学的规划。多数的大跨度桥梁的结构都为高次超静定结构模式，设计过程中涉及到的变量系数非常多，客观环境以及外部条件的影响作用非常大，因此在进行优化的时候会存在较多的阻碍。在实际的操作中，大跨度桥梁的优化一般以局部为主，最终达到降低成本提升强度的目标，整体上的优化也是如此，需要通过对造价、性能以及施工工艺等方面做出创新与改革，以达到预期的建设效果。大跨度桥梁的设计优化还可以分为上下两部分进行分析，上部在优化上可以根据桥梁的具体种类和形式，通过对跨径、荷载等综合因素进行考虑，构建出兼具平衡和经济性的高质量桥梁，下部的主要作用在于对上部结构的支撑，并且在外形上也应当和上部之间形成协调的关系，因此要根据上部的情况对桥墩和桥塔进行选择，使其在刚度比上符合设计原则，达到更加高质量的设计和施工效果。

结束语：

综上所述，大跨度桥梁是比较常见的桥梁类型，也在发展过程中积累了一定的经验，在设计和施工方面都较为成熟。不过随着桥梁建设的深入，项目施工面临的环境也出现了巨大的变化，大跨度桥梁的质量需要经受更加严峻的考验，为了保障大跨度桥梁的安全稳定，需要从设计等方面进行相应的优化与改善。山区高速和跨海高速等工程项目的建立，让大跨度桥梁的数量和规模越来越庞大，在面对不同环境的不同需求时，大跨度桥梁需要在设计上进行科学合理的调整，使其可以在适应环境的同时达到施工的质量与效率。

参考文献：

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[3] 王慧颖,王尧天. 大跨度连续刚构桥梁施工技术的关键点分析[J]. 建材发展导向（下）,2016,14(11):188.

作者简介：杨爱民（1987-），男，汉族，陕西宝鸡人，硕士研究生，工程师，从事桥梁设计工作。