劉智敏

摘 要：公路橋梁是我國的重要基礎設施。在社會經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展的背景下，公路橋梁建設需求不斷增多。為切實提升公路橋梁建設水平，應當進一步思考和優(yōu)化橋梁設計工作。大跨度橋梁在當前的橋梁建設當中有較大比例，設計人員應總結研究大跨度橋梁設計的工作要點。本文以不同類型大跨度橋梁設計要點為切入，闡述橋梁設計優(yōu)化方法，并就公路橋梁中大跨度結構設計應用展開探討。

關鍵詞：公路橋梁;大跨度結構;設計;優(yōu)化

近年來隨著我國經(jīng)濟水平的快速發(fā)展，對公路橋梁等基礎設施建設提出了更多要求。為適應地區(qū)交通需求，大跨度橋梁建設項目不斷增多。雖然當前大跨度橋梁建設中各項設計理念、設計方法有了改進和完善，但是考慮到不同地區(qū)地形、交通荷載要求及技術難題等因素，在開展大跨度橋梁設計的過程中仍存在一定的薄弱環(huán)節(jié)。面對各種造成“建設難”的問題，設計人員應當從橋梁設計之初即入手，通過設計方案的優(yōu)化調(diào)整，使得當下施工技術滿足建設應用要求。

1 不同類型大跨度橋梁設計要點

大跨度橋梁建設中主要的形式包括拱橋、懸索橋及斜拉橋等，在近年我國的大型橋梁建設中斜拉橋有著許多身影，也是橋梁建設中發(fā)展最為迅速的技術。在未來的發(fā)展預測中，橋梁的跨度必然會更大、更長、更柔，這就需要根據(jù)不同類型橋梁總結好設計要點。

1.1 大跨度斜拉橋設計要點

通常來看，大跨度斜拉橋在間距200 m～800 m的河流、河谷及山澗的跨越橋梁建設中會有著優(yōu)先的考慮應用。大跨度斜拉橋設計中，穩(wěn)定性因素、承載力因素以及整體跨越能力都是首要關注的內(nèi)容，這也是斜拉橋形式的主要優(yōu)勢。而主梁、索塔以及斜拉索是應當著重設計的部分。斜拉橋的主梁給整體結構提供了彈性支撐力，并且其受力的跨度較小。作為斜拉橋的主要部件，主梁對橋梁整體的荷載及支撐能力意義重大。

當前應用較多的主梁為鋼梁，鋼梁是基于鋼材料制作成的主梁，混合梁應用相對較少;索塔是實現(xiàn)斜拉索拉起主梁的重要模塊，在設計中通常會進行一些景觀造型方面的考慮，多選擇倒Y型或V型。索塔的設計中高度設計必須充分考慮綜合因素，包括施工條件、施工難度、整體造價、工作效率等;斜拉索連接著主梁和索塔，是實現(xiàn)荷載傳遞的重要媒介，一般在設計中由鋼索、錨具以及相應的減震配置構成。作為橋梁中的柔性結構，在外力作用下必然會發(fā)生振動情況。例如惡劣天氣情況下斜拉索的振動會導致連鎖反應的出現(xiàn)，包括破壞錨具、縮短斜拉索壽命甚至影響橋梁安全系數(shù)等，故而斜拉索的設計必須考慮好動力設計。在不同情況下的斜拉橋設計應當基于建設環(huán)境從主梁、索塔和斜拉索等部分進行重點設計?；诟鞑糠株P系的設計出不同性狀、結構的橋梁，保證其固定能力、懸浮能力以及支撐能力。

1.2 大跨度懸索橋設計要點

懸索橋設計的發(fā)展標志著橋梁整體建設的發(fā)展水平。在大多數(shù)的高山地區(qū)橋梁項目中，懸索橋有著廣泛的應用。大跨度懸索橋的設計應當重點關注橋塔部分，橋塔的設計情況對懸索橋荷載能力有著直接影響。在多數(shù)的大跨度懸索橋設計中，會選擇兩個橋塔的形式結構，兩個橋塔可以將橋梁整體分成邊跨和中跨。橋塔的位置設計需要重點研究，一般邊跨和中跨的設計比值控制1：4或者1：2，垂直比在1：6～1：7。各種比例確定要根據(jù)建設場地情況進行優(yōu)化計算。

1.3 大跨度拱橋設計要點

拱橋在我國的橋梁建設進程上有著悠久的發(fā)展歷史，但是近年來隨著公路建設事業(yè)的迅猛發(fā)展，大跨度拱橋的建設項目相對減少，其難以滿足更加復雜地形及跨度更大的建設要求。大跨度拱橋的跨度設計需要在500 m以下，故而城市的公路橋梁及山澗寬度較窄的情況中會有應用。在設計時可以通過有限元軟件對橋梁結構設計好計算模型，根據(jù)支架應力將橋梁各部位應力、變形及強度等指標進行確認，保證拱橋支架等部位設計的合理科學。鋼筋混凝土在拱橋結構施工中的融合其承載力較強，施工作業(yè)相對簡單，故而有著廣泛的應用。

2 大跨度橋梁設計優(yōu)化方法

2.1 局部優(yōu)化

大跨度橋梁設計中的局部優(yōu)化可以實現(xiàn)橋梁整體性能的有效提升，局部優(yōu)化可以實現(xiàn)對橋梁設計中部分短板的彌補提升整體橋梁的性能。另外，局部優(yōu)化相對容易實現(xiàn)，其變量考慮明顯少于整體優(yōu)化，且研究深度能夠更加清晰。當前局部優(yōu)化的設計可以滲透到大跨度橋梁結構的各個部位環(huán)節(jié)，大致包括斜拉索動力優(yōu)化、加勁梁橫截面優(yōu)化、索塔結構優(yōu)化、錨固優(yōu)化、懸索橋錨碇優(yōu)化、橋塔優(yōu)化等。

2.2 整體優(yōu)化

大跨度橋梁的結構都非常復雜，設計中應用到的變量繁多，在建設過程中也會有許多變化因素，因此進行大跨度橋梁的整體優(yōu)化設計具有較大難度。這種難度在具體設計中表現(xiàn)在優(yōu)化函數(shù)的建立及多元化變量下最優(yōu)解的計算等方面。大跨度橋梁設計的評價主要還是看整體設計成果，從當前的設計來看，設計中的整體動力性能、結構性能、景觀協(xié)調(diào)及施工可行性特點都是整體優(yōu)化的目標。

3 公路橋梁中大跨度結構設計應用

3.1 預制拼裝多梁式T梁

預制拼裝多梁式T梁在較大跨度橋梁設計中有廣泛應用，該結構同整體式箱梁相比，具有施工作業(yè)簡單易行且造價更低的優(yōu)勢。因其下梁為開口斷面形式，所以平衡受力及抗扭能力都相對弱勢，但曲線梁中彎矩帶來的作用力會影響橋梁下部結構的平衡。因T梁橋是直梁設計的模式，能夠靠翼緣板的寬度進行平面的線性調(diào)整，所以在彎曲度相對小的曲線橋中T梁橋可以實現(xiàn)減輕彎扭作用的目標。在橋梁設計的工作實踐中，這個方法通?？梢杂脕韽浹a曲線T梁施工及受力方面的問題?；⌒螛虻脑O計中，其直線部分的靜荷載與動荷載不平衡也會造成一定的位移曲線，但其位移程度相較彎曲梁小一些。故而設計人員在大跨度橋梁設計實踐中可以通過側(cè)向鏈接提升橋梁結構的整體性能，并且最好采取懸臂注入箱式梁。在中等較大跨度的橋梁設計應用中，預制拼裝多梁T型梁的采用相對其他形式有交好的成本控制。

3.2 簡支空心板結構橋型應用

大跨度橋梁設計中應當重點關注整體結構的設計，包括上層建筑類型模塊等。不同橋梁的設計需要根據(jù)項目環(huán)境考慮好經(jīng)濟性、可行性及設計力學指標等。在我國當前的橋梁設計中，簡支空心板結構的橋梁施工技術應用廣泛，技術更為成熟，方案設計相對簡單，但這種橋型有著較高的梁高，故而跨徑不會很大，由于梁高同跨徑之間的比例問題難以實現(xiàn)美觀角度的要求，同時高墩數(shù)量較多也會導致橋面伸縮裂縫問題。簡支空心板結構橋型在地勢平緩且填土量較少的作業(yè)場地中應用。

3.3 橋梁下部結構設計

橋梁下部結構對整體橋梁有著重要支撐作用，設計人員對下部結構設計中要加強結構形式的優(yōu)化，并嚴格依據(jù)勘測結果進行施工技術要點編制。在實際應用中，建設材料和建設工藝是影響橋墩使用效果的主要因素，同時直接關系到橋梁使用壽命。大跨度橋梁下部結構中多采用翻模技術，應設計好承載力及極限使用狀態(tài)等相關數(shù)值，加強其穩(wěn)定性。相鄰橋墩會在相互之間的穩(wěn)定性方面造成影響，故而下部結構設計要基于橋梁整體的分析對象，使得設計更為科學合理。

4 結語

大跨度橋梁是當前我國公路橋梁建設中的重要組成部分，設計人員應當不斷提高橋梁設計能力，發(fā)現(xiàn)和總結橋梁設計中存在的不足，在優(yōu)化設計中提高橋梁設計質(zhì)量，保證橋梁使用壽命。大跨度橋梁的設計要根據(jù)不同外部環(huán)境及設計指標要求確定科學化的設計方案，推動橋梁建設事業(yè)穩(wěn)步推進。

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