公路橋梁中大跨度橋梁設計研究

黨永生

(甘肅公路航空旅游研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

1 大跨度橋梁結構及其設計理論的發展

隨著中國經濟的發展,長橋的建設在20 世紀末達到了頂峰。大跨徑橋梁的類型多種多樣,包括斜拉橋、懸索橋、拱橋、懸臂桁架橋和全纜橋、電纜橋,固定的兩個懸索橋混合系統橋、電纜桁架橋和其他新型橋。世界上最大的懸索橋是建于1998 年的明石海峽大橋(主跨1991m),以及世界上最大的斜拉橋日本塔塔拉橋(主跨：890m),建于1999 年。懸索橋是倫陽市長江上的公路橋梁,主跨1490m,居世界懸索橋第三位。湖北荊州長江公路大橋是世界上第三座主跨為500m 的斜拉橋和第二座預應力混凝土斜拉橋。當前的橋梁技術已經能夠解決現有問題,但是隨著橋梁跨度的不斷增加,它們正在向更長,更大和更靈活的方向發展,以確保穩定性、耐用性、易操作性和易構造性。

設計橋梁工程結構的過程是一種處理橋梁結構的安全性(可靠性,耐久性)、適用性(功能要求和易操作性)、經濟性(包括建筑和維護成本)的方法。在傳統的橋梁結構設計中,設計人員需要根據設計要求和實際經驗制定設計計劃,參考類似的橋梁工程設計,然后計算強度、剛度和穩定性。但是,由于設計者經驗的限制而確定的最終解決方案通常不是理想的最佳解決方案,而只是在有限數量的解決方案中接近最佳解決方案的可行解決方案。橋梁結構優化理論是傳統橋梁結構設計理論的重大進步,也是現代橋梁設計的目標。設計計算中包括的所有定量部分均表示為變量,以構成所有結構設計的可行系統域,前提是滿足規格和法規要求,并使用數學方法根據預定要求構建最佳系統。

2 大跨度橋梁的優化設計

2.1 索塔的結構優化

太高的塔會增加施工難度并增加工程成本。如果塔架太低,電纜的工作效率將降低,作用在電纜和主梁上的力也會增加。因此,僅優化塔架的高度是不經濟的,需要與其他部件一起考慮。同時,為確保長橋設計的合理性,有必要注意塔架的結構形式,電纜的固定形式,塔架力的合理性,電纜的形式以及錨固點的分布。

2.2 動態優化斜拉索或主纜

當前,在公路橋梁的設計和建造中,在大跨度橋梁的設計中出現了許多新的橋梁類型,例如全纜橋,長懸架混合動力系統等。這些新型橋具有共同的特征。即,它們全部由電纜支撐,并且橋面板相對柔性,從而使其成為柔性結構。在敷設電纜的過程中,由于外部激勵會產生大的振動。例如,當有風和雨時,風和雨的振動現象,電纜和主梁之間的耦合振動導致電纜的數據共振和磁激勵振動。但是,電纜的大范圍振動很容易在電纜的固定端引起疲勞,從而縮短了電纜的使用壽命。如果情況嚴重,甚至可能威脅到橋梁的安全。因此,在大跨度橋梁的優化設計過程中應注意動力問題的設計。

3 公路橋梁大跨度結構設計的應用

3.1 簡支空心板結構橋型的應用

公路橋梁大跨度橋梁結構的設計還包括大跨度橋梁結構的設計,在選擇上層建筑類型時,必須根據公路橋梁的實際施工情況綜合考慮力學性能,經濟可行性和施工工藝難度。相對而言,簡支式空心板結構的橋梁類型,施工技術較為成熟,施工方便,但這種橋梁跨度較小,梁較長。由于橋梁的跨度受到某些限制,因此可能會導致橫跨溝渠的橋梁的高寬比不一致,并且外觀也不佳。上層建筑不能滿足超高線,公路橋徑半徑較小,高墩數增加,橋面擴展裂縫較多,橋梁的使用條件相對較差。因此,在跨度較大的山區,這種橋型橋梁通常用于填土量少,地形相對平坦的中小型橋梁。

3.2 預制和組裝的多梁T 形梁應用

預制和組裝的多梁T 形梁在中型橋梁上的應用具有比集成箱梁更低的建造成本和更低的工程成本的特點。在中等直徑之間的直梁橋中,預制的多光束T 型梁是一種廣泛使用的大跨度橋梁結構。但是,與彎曲梁相比,T形梁是敞開的,并且抗扭力和梁的平衡性比箱形梁差,因此彎曲梁的彎矩在橋的下部產生了更大的不平衡力。但是,當彎曲橋的曲率較小時,應將彎曲T 型梁橋設計為直梁,并且可以通過法蘭板的寬度調整平面線性度,從而可以減少彎曲梁的彎曲和扭曲。在某種程度上,它可以有效地彌補彎曲T 型梁橋的結構和強度的缺點。弧形橋的直線部分受靜載荷和活載荷之間的不平衡影響,但存在位移曲線,但與彎曲梁相比較小。因此,在大跨度橋梁的設計過程中,可以采取措施加強側向連接,以提高公路橋梁結構的完整性。但是,對于大跨度的橋梁,最好懸臂注入箱形梁。對于中型橋梁,無論采用哪種方法來建造箱梁橋,都將導致高成本,相對預制和組裝的多梁T 型梁是一種更好地應用。

3.3 子結構設計

下部結構必須能夠滿足上部結構的支撐要求,同時必須與上部結構協調一致,并且外觀必須均勻排列。根據墩的上部結構和高度,墩采用多種形狀,例如柱墩,空心箔墩和雙薄墩。支柱墩目前廣泛用于公路橋梁,其重量輕,結構穩定性好,施工方便快捷,外形輕巧美觀。在高墩的情況下,除了要計算承載能力和可使用性極限條件檢查外,還應強調穩定性分析。對于連續梁結構或連續剛性橋梁,每個墩的穩定性受相鄰墩的約束影響,因此應考慮整個橋或至少一個連接進行分析。穩定性分析中的一個中心問題是確定零件在各種可能的載荷和邊界條件下的臨界載荷。以下是連續光束的示例。梁與墩之間的板狀橡膠軸承,作用在梁主體上的水平力H(車輛制動力和溫度影響等)通過軸承與梁與墩接觸面的摩擦阻力傳遞到墩。但是在軸向力和墩體重量的影響下,墩頂繼續產生附加變形,從而使板支撐傳遞原始水平力。橋梁的功能轉變為抵抗墩頂部恒定變形的能力,首先將支撐的原始剪切變形恢復為零,然后逐漸達到相反的狀態。

4 優化策略

4.1 局部優化

大跨度橋梁的局部優化可以有效提高橋梁結構的整體質量。具體的優化策略如下：首先,優化橋梁結構中鋼筋梁的截面積,并將鋼梁和混凝土梁以恒定比例合并。梁,復合梁和混合梁的組合可以進一步優化增強型梁應用的性能。其次,優化橋梁結構主電纜的功率。該優化方法主要應用于斜拉橋結構和懸索橋結構。由于兩個橋結構中的大多數都用作無電纜結構,因此該橋結構對外部影響非常敏感,并且跨度很大。這使設計人員可以在這種類型的橋梁結構中使用電源電纜安裝。優化以減少組合振動并提高穩定性。第三,為了優化橋梁結構中的橋臺,設計人員可以根據橋梁結構的具體情況適當調整和優化墩的數量,位置和強度。這樣,可以大大提高橋結構的穩定性。

4.2 整體優化

與局部優化相對應的橋梁結構優化方法是全局優化。從客觀的角度來看,大跨度橋梁結構設計的復雜度很高,并且涉及許多參數和變量。因此,員工需要更多。要完全優化橋梁結構,需要合理地結合局部優化和一般優化,并優化橋梁結構的總體過程成本,施工技術和動態性能。同時,有必要保護腿部。根據結構的基本功能特性,盡可能地改善了結構的美感,并且通過結合結構優化和景觀優化來進一步增強效果。橋梁結構的一般建設。

4.3 上層建筑優化

對于橋梁上部結構,它主要用于支撐整個橋梁結構的重力。如果施工人員想要優化大跨度橋梁的上部結構,則可以采取以下優化措施：首先,對于某些空心板主橋結構,通常存在相關問題,例如跨度小和橋梁規格大,例如上層建筑半徑太大或承載能力不符合既定標準。針對這種情況,可以適當地減少人員數量。大量的墩臺結構可以有效地減少和消除潛在的橋梁結構安全問題。其次,對于山區的一些大直徑橋梁結構,工作人員可以使用彎曲的梁或T 型梁來調整橋梁結構的平面。這樣,對準有效地減少了橋結構的彎曲和變形,并提高了橋結構的質量。

4.4 綜合調查與合作

圖1

在設計公路和橋梁時,設計單位和設計師必須注意整體測量和協作工作。僅憑原理是不夠的。有必要綜合研究各種因素對公路橋梁施工的影響,按照設計程序進行深入分析和準確計算,合理運用實際數據。設計可靠且適應性強的公路橋梁。例如,對于具有特殊地質環境的工程項目,必須科學地規劃土方工程,并結合實際的環境設計計劃,并且必須使用施工技術以最大程度地減少誤差。在修建公路橋梁時,要充分考慮各種地質復雜條件,不破壞周圍環境,建造適合實際地質條件的公路橋梁,減少今后施工問題的發生,切實保證工程進度。

5 山區公路橋梁的施工要求

5.1 在橋梁的設計中應管理跨度與墩高之間的關系

就橋梁美學而言,跨度與墩高之間的關系理想情況下應在0.618 與1 之間。即使從經濟應用的角度來看,這種關系也是非常恒定的。當然,由于復雜的地形變化,這些道路上的橋梁不能形成統一的形狀,仍然取決于某些當地條件。通過選擇20m 和40m 或30m 和40m 的組合跨度,可以進行其他比較,并且可以為不同的照明配置選擇最合適的結構。

5.2 全面實施支撐、防滑、減重、背壓、排水等工藝

首先,由于山脈復雜的地形,在雨季到來時,由于某些原因造成的破壞和滑坡經常發生。必須迅速采取有效措施解決滑坡問題。某些措施包括排水,減重和背壓。在公路和橋梁項目的建設中,大多數滑坡發生在夏天,可以使用輔助施工方法(例如排水和支護工作)來避免滑坡問題并減少對滑坡穩定性的破壞。此外,在滑坡質押階段,應采取預防措施,以盡可能防止滑坡,保護過程中的局部自然條件,并防止在施工期間因橋梁施工而引起的滑坡。

其次,在過去的工程實踐中,防滑擋土墻被廣泛使用,但是在一些項目的建設中,考慮到當地條件和項目的實際問題,決定使用更合理的防滑樁。與防滑擋土墻相比,防滑樁具有較強的防滑能力,易于施工,降低了施工成本。然而,在實際施工中,已經發現某些滑坡的推力太大,防滑樁不滿足防滑要求,或者使用許多防滑樁既不經濟也不合理。規劃時,可以根據實際地質情況優化計劃,使用帶有多根錨索的防滑銼。