基于臺州市區橋梁的設計優化研究
——以椒江二橋為例

冉成偉 張志遠

荊門市規劃勘測設計研究院 湖北 荊門 448000

正文：

進行橋梁優化設計的時候，前提是要保證安全第一，是否對現實生活有所幫助，是否足夠經濟實惠等。這就對設計者的要求提高了，在理論基礎知識之上，在橋梁建設工程方面有相關經驗，在經驗不成熟的情況下，設計就會變得不準確。要根據當地的條件進行設計，根據政府部門的相關指導方針，不斷引進先進技術，設備，材料等，一切的具體的施工方案按照標準進行，合理使用設計方法，避免橋梁設計中因主觀因素導致問題的產生。

1 椒江二橋的基本概況以及結構設計現狀分析

作為我國目前最大的雙塔雙索斜拉橋代表的椒江二橋位于我國浙江省臺州市的椒江區，坐落在臺州市東部的臺州灣椒江入?？?，北接椒江區前所街道道感堂村，即臺金高速東延段與75省道交叉處，南接疏港大道，南接線至椒江疏港大道和太和二路交叉處，是椒江區迄今承建的最大單體工程，是浙江省及臺州市公路“十一五”建設規劃中的區域干線公路225省道改跨越椒江的重要通道。椒江二橋的建設極大的拉動了浙江省的經濟增長速度。對浙江省臺州市的城市建設具有重要的建設意義。

在優化設計的時候，會涉及到很多領域，在這個龐大的系統工程中，必須要理論結合實踐，在橋梁設計中，防患于未然，防止因經驗不足導致設計時出現差錯。下面對這些問題進行羅列，第一，進行設計的時候，在強度和耐久性問題上，注重前者；第二，設計時只考慮到強度而忽視使用極限問題，因為使用性才是橋梁真正存在的意義；第三，只注重橋梁建設問題，不重視維護。

在具體施工的過程中，在耐久性問題上，沒有進行明文規定以及標準的設定，在涉及的時候也沒有專職人員，設計總是敷衍了事，這些原因往往會導致橋梁事故的發生，而且也不滿足橋梁的設計標準，經濟性也不高。

針對椒江二橋的設計工作，設計理論不夠完善，加上體系的不健全，在設計施工安全方面會暴露出很多問題，亟需解決。在結構設計時，首先應該制定一套經濟適用型的設計方案，然后對方案及連接方面進行設計，并選出施工規范允許的安全系數和指標來確保結構的安全性。

2 椒江二橋結構設計中需要注意的問題

2.1 橋梁結構的耐久性

臺州市在橋梁設計工作中取得了很大進展，不過都是有關材料和統計方面的，基于耐久性問題還是考慮欠妥，在橋梁投入使用時，很多環境因素會影響到橋梁的壽命，所以，耐久性問題作為橋梁建設的重點備受關注。對于在設計工作中，工作人員只重視算法，對結構改造并沒有深入研究，因為橋梁建設中的重點耐久性會對橋梁的使用壽命產生很大影響，必須要加強管理，及時做出改善措施，防患于未然。

2.2 橋梁的疲勞損傷

一共從風荷載和車輛負載這兩個方面涉及到對橋梁結構的使用，這兩個方面統稱為動荷載，因為動載荷的存在，橋梁結構的內部產生循環應力也會隨之增大，進而會由于橋身振動產生應力損傷。

很多因素會導致橋梁受到損傷，比如說內部材料分布不均，有很多小問題，這些小問題不斷積累，在動載荷的影響下變成大問題，到達一定程度的時候，橋身結構會出現裂痕，甚至會發生斷裂，后果不堪設想。所以要將這些隱藏的禍患扼殺在搖籃之中，重視橋身結構的保護工作。

2.3 橋梁的超載

在設計優化的工作中，一切都要按照標準執行，在實際的運作中，橋梁往往會出現超載的問題，這樣一來會增加橋身應力，損傷橋體。因為超載所造成的損傷是巨大的，這些損傷是很難修復的，超載甚至會破壞橋梁的結構，引起交通事故。所以在設計工作中要加大載荷研究力度，增加橋梁的安全性和耐久性。

2.4 橋梁結構的抗震性

近些年，自然災害頻發，尤其是地震這樣破壞性極大的自然災害。所以橋梁的抗震性能也就備受關注。地震會對橋梁結構造成嚴重的破壞，嚴重影響橋梁壽命，所以在設計工作中，要同時考慮橋梁的耐久性和抗震性能，保證施工質量，重視每一個細節：第一，保證內部材料的整體性和連續性，不斷優化施工流程；第二，加強橋墩和橋身的鏈接強度；第三，通過增加配筋來保證整體結構的延展性；第四，對于不良土層進行強化；第五，運用結構構造措施對橋體的薄弱環節進行改進。

增加橋梁結構的抗震性，不僅可以防止動載荷對橋梁的損傷，也可以減少地震對橋體的沖擊。

3 椒江二橋的概念設計與相關的分析理論研究

3.1 椒江二橋優化設計的相關的分析理論研究

1.對于椒江二橋這種大跨度斜拉橋的非線性靜力分析理論研究

力學性能對于橋梁來說極為重要，尤其像椒江二橋這種大跨度的斜拉橋，一定要基于桁架受力來確定受力狀態。在施工時，采用分段懸臂法。因為施工的分段進行，后期的施工一定會對前期的施工結果造成影響，那么要保證施工的質量，就必須要在施工之前做好工程的與估算以及整個橋梁結構中的受力分析，以及外形結構等等[2]。

2.椒江二橋的優化方案試設計與參數研究

像椒江二橋這樣的“千米級”以上的斜拉橋，主跨必須要采用鋼箱梁形式。說完主跨，下面介紹邊跨，邊跨在設計的時候采用的是混凝土主梁，像國外比較知名的大橋采用的成橋方式就是這種以主邊跨的成橋方式，例如Normandy，Stonecutters大橋的混合梁體系，這種方式不僅可以改善橋梁的力學性能，還可以讓其更加經濟。在情況不允許的情況下，主跨和邊跨都可以采用鋼箱梁形式。在索力傳遞的時候，為增強橋塔與主梁的抗彎曲性能，可以讓中跨承受更多的來自主梁的受拉力，更大程度上減少橋塔和橋索根部來自于主梁的受力。當然了，由于受限于橋梁選址的限制，傳統的自錨體系全鋼箱梁結構在橋梁的設計中運用的比較廣泛[4]。

3.將雙索面優化為多索面的理論分析

一般情況下，對于四車道的橋面采用的是雙索道，基本上車道的數量與索道的數量相關聯，對于椒江二橋這種六車道的特大跨度的斜拉橋來說，建議改變雙索道為多索道[1]。雙索道有不足之處，譬如，憑借索道的側向牽引，主梁對于橋塔的壓力才會減小，而對于椒江二橋這種大跨度的斜拉橋來說，沉重的負荷只能由橋塔承受，所以，在主梁的設計中會重點考慮索道。因此，在這種大跨度的斜拉橋中，可以適當地增加索面，為了減少跨度半徑，可以主梁將原有橫向承載模式變為2或3跨彈性支撐連續梁，降低主梁的高度，減少橫向荷載所需的材料，從而有利于主梁向輕巧化發展。

關于多索面支撐，最早來源于Roebling設計的著名的Brooklyn橋的這一懸吊組合體系，與1883年正式完工。在最近幾年國內外的公路斜拉橋建設中，已有很多成功的例子，有三索面、三柱式塔、混凝土單箱雙室的黑石渡橋，位于湖南長沙瀏陽河上；有四索面，M型塔，混凝土分離雙箱梁的西灣大橋，位于澳門特別行政區；還有四索面、獨柱塔、分體組合梁+橫向聯結系的汀九橋，位于香港特別行政區等等。

3.2 椒江二橋的優化設計的主要內容

在椒江二橋的結構中，有一個比較明顯的特征就是，橋梁跨度中存在一個彈性中間支承，它是由橋塔兩側的斜拉索引出的，可以預先給在斜拉索上施加拉力，可以減少主梁的截面彎矩，高度以及自重問題，讓主梁的強度更大，耐久性更長。前文提到的一個問題就是橋梁的動載荷過大，可以降低斜拉索之間的距離以及對其進行適當地進行預先的張拉力作用，這樣做可以降低橋體負荷，減小彎矩?；谳S向受力狀態，橋塔、橋梁以及斜拉索構成的主體可以將材料的性能發揮到極致。隨著截面彎矩的降低，橋身自重會減少，這對于施工來說便捷高效了許多，這恰恰也是現代橋梁的發展方向，密集型和輕柔型[3]。

基于技術層面的分析，縱觀斜拉橋的發展歷史，基本上可以分為四個顯著時期，稀疏型斜拉索時期、密集型斜拉索時期、主梁柔性化時期以及大跨度、跨徑時期。不同時期斜拉橋的改變都源于斜拉橋的三個基本要素橋塔、橋梁和橋索三者之間的組合變化，期間產生了各式各樣的斜拉橋，而椒江二橋就是其中的代表之一。具體情況不做詳細描述。

總的來說，一共可以從五個角度展開對椒江二橋的設計優化工作：第一，在對于橋型選擇上遵循橋梁美學的要求，整體尺寸更加合理；第二，在結構設計方面，不僅要考慮到橋塔、橋梁以及橋索這三個橋梁的基本要素的設計，還要考慮到三者之間的鏈接方式以及拉索錨固方式；第三，在橋體的機構受力分析方面，不僅要從耐久性、穩定性、靜力三個方面進行評估分析，還要從橋梁的動力特性、抗震性以及抗風性方面就行評估分析；第四，具體的施工方案設計，對橋塔、橋梁以及橋索三個要素進行方案設計，還要對基本架構進行可行性分析；第五，來自于經濟方面的分析，只有不斷的提高橋梁建造施工技術，才能不斷的降低經濟成本，引進國內外先進的技術，構建一個完整的，健全的，科學的橋梁建設體系、風險評估體系以及施工方案，在經濟的基礎上優化橋梁結構，不斷改進方案。

4 結束語

綜上所述，椒江二橋在臺州市交通事業中發揮的重要作用，可以說是直接影響著臺州市整體的經濟水平，因而對椒江二橋的設計優化工作就顯得非常重要了，對其進行設計優化時，借助各種橋梁設計分析理論，來解決耐久性、疲勞損傷問題、動載荷問題、抗震性以及經濟性問題等，以及一些成功的案例為椒江二橋的優化設計提供寶貴的實踐經驗。更大程度的優化橋梁的各種性能。