公路橋梁中大跨度橋梁設計研究

駱興榮 厲玨

摘 要：本文在對大跨度橋梁設計發展現狀及設計理念分析的基礎上，介紹了大跨度拱橋、懸索橋及斜拉橋的設計要點，以期能夠為我國大跨度橋梁設計水平的提升提供依據。

關鍵詞：公路橋梁;大跨度橋梁;設計

隨著我國公路橋梁建設規模的不斷擴大，對大跨度橋梁設計工作進行研究，有利于我國橋梁設計與建設水平的不斷提升。盡管當前大跨度橋梁設計與建設理論不斷完善，但受技術、人為、施工及材料等因素的影響，在橋梁設計中仍然存在諸多問題，這就需要設計人員在大跨度橋梁設計中，要抓住設計重點，對設計方案不斷優化，設計出安全、美觀、經濟、舒適的大跨度橋梁。

1 大跨度橋梁設計理念

近年來，隨著我國公路橋梁事業的快速發展，橋梁長度越來越長，大跨徑橋梁在公路橋梁建設中應用越來越多，而在橋梁建造技術不斷成熟的背景下，公路工程中可選用的大跨徑橋梁結構類型也增多，如拱橋、懸索橋、斜拉橋、懸臂桁架橋等類型，如1998年建成的全世界最大懸索橋明石海大橋，主跨程度達到1 991 m，1999年建成的世界最大斜拉橋塔塔拉橋，主跨長度890 m，都成為橋梁建設史中的經典[1]。在進行橋梁工程設計中，整個設計過程是否橋梁結構的安全性、經濟性、適用性不斷優化的過程。傳統橋梁設計中，多數依靠的是設計人員的工作經驗、設計要求，在對典型橋梁工程參考的基礎上，確定橋梁的剛度、強度及穩定性，受設計人員主觀因素影響較大[2]。近年來，在橋梁結構設計中，結構優化理論提出與應用，為現代橋梁設計提供了目標。借助模型、數學算法等，對橋梁最佳結構系統能夠有效進行構建，滿足現代橋梁建設中穩定性、易操作性、美觀性等需求。

2 大跨度公路橋梁設計要點

在大跨度橋梁設計中，不同跨徑的橋梁可選擇的橋梁類型也不同，如150 m～200 m跨徑，可選擇拱橋、矮塔斜拉橋、連續鋼構橋等類型;200 m～500 m跨徑，可選擇拱橋、斜拉橋、梁式橋、懸索橋等類型;500 m～1 000 m跨徑，可選擇斜拉橋、懸索橋等類型;1 000 m～1 500 m跨徑，可選擇懸索橋、斜拉橋等類型。

2.1 大跨度拱橋設計

自我國公路橋梁開始大規模建設至今，多種橋梁類型不斷出現，而在早期大跨度拱橋比較常見，但隨著公路橋梁事業的快速發展，大跨度拱橋因其自身存在的不足，如在跨度較大的山谷、河流中，大跨度拱橋并不適用，逐漸被其它橋梁所取代[3]。現階段，大跨度拱橋主要用于跨度不超過500 m的橋梁中，如在V字型山谷跨越、城市公路橋梁等施工中應用較多。

2.2 大跨度懸索橋設計

公路橋梁設計中，橋梁類型比較多樣，懸索橋在公路橋梁設計中比較常見，適用于大跨度橋梁，隨著橋梁建設技術水平的提升，懸索橋標志著我國橋梁建設水平的提升。在一些跨度較大的山區公路橋梁建設中，懸索橋的應用前景非常廣闊。此類橋梁在結構設計方面具有自身的特殊性，橋塔設計水平對橋梁的整體承載能力會產生直接影響[4]。因此，在設計中，需結合工程實際情況，對懸索橋橋塔進行合理設計，通常設計兩個橋塔，將懸索橋分為邊跨、中跨兩個部分。在進行橋塔設計中，重點是根據橋梁的整體長度對橋塔的位置準確、合理的設計，一般邊跨與中跨的設計比例為1：2或1：4，橋梁垂直比為6：1或7：1，當然根據不同橋梁的不同特點，在懸索橋實際設計中，上述比例可適當進行調整。

2.3 大跨度斜拉索橋梁設計

大跨度斜拉橋同樣也是當前公路橋梁建設中，應用比較普遍的一種橋梁結構，具有承載力高、穩定性強的特點，并且跨越能力較強，適用于跨度在200～800之間的河流、溝谷跨越橋梁建設中[5]。從大跨度斜拉橋結構組成部分來看，主要分為三部分，即主梁、斜拉索、索塔。主梁受力跨度相對較小，主要提供了彈性承載力;索塔是橋梁景觀設計中的重點，通常設計為倒Y型或V型，具體根據橋梁景觀呈現效果及施工實際情況來確定;斜拉索是橋梁設計中關鍵的部分，該結構的主要作用是將主梁荷載傳遞到索塔，由鋼索、減震裝置、錨具及保護措施等構件組成。三個組成部分共同構成大跨度斜拉索橋的整體，共同承擔橋梁的荷載作用，在設計中對三個部分要合理進行組合，充分考慮橋梁跨越情況及承載需求。具體設計方法如下：

首先，主梁。作為大跨度斜拉索橋中的主要組成部分，承擔著橋梁支撐與荷載傳遞的作用。現階段，在進行大跨度斜拉索橋主梁設計中，主要采用主梁加勁梁的設計方法，包含混凝土梁、疊合量、混合梁及鋼梁等類型?；炷亮旱膽梅秶鼜V，原因是橋梁采用混凝土材料制成，不管是剛度、承載力等都能滿足橋梁建設要求，并且混凝土梁的建設成本相對較低，施工工藝也相對簡單;疊合梁最大的優勢是對橋梁結構的空間占用高度能有效減少;鋼梁則是在主梁制作時以鋼材料為原料，施工也比較簡單，但成本相對較高。在主梁設計中，不同主梁結構的承載力、成本等都不同，各有優勢與不足，所以需要根據不同主梁的施工技術、材料成本等因素綜合考慮后優化選擇，以確保所選主梁結構滿足橋梁建設要求。

其次，拉索。拉索作為斜拉索橋梁中的支撐結構，以柔性結構使用為主。從斜拉索橋梁的實際使用情況來看，因拉索屬于柔性結構，受外力因素的影響下，拉索會出現振動的情況。如在暴雨、大風等天氣環境下，拉索之間會出現自激振動、耦合振動等現象，在連鎖振動反應作用下，拉索錨固效果容易受到影響，導致拉索的使用壽命縮短，甚至可能引起橋梁在使用過程中的安全性問題。所以，對拉索進行優化設計是大跨度斜拉索橋梁設計中的重點，尤其是拉索的動力設計工作需要加以重視。

第三，索力。對于大跨度斜拉橋梁而言，其收縮徐變量、非線性條件等，都處于變化的狀態，不管是斜拉索力，還是立模標高等因素，都會使橋梁的線性受到影響，所以合理確定索力是大跨度斜拉橋設計中的重點，目的是提升橋梁結構的穩定性與安全性?，F階段，在進行橋梁索力設計中，主要通過對支撐連續梁、零位移等調節的方法進行優化;對約束索力設計中，以索力最小的原則為依據進行設計;如索力無約束時，在設計中為達到設計目標，需保證彎矩最小;對影響矩陣方法進行應用時，對不同加權條件下進行計算并對結果進行優化，借助不同的目標函數獲得的結果，能準確評價橋梁結構是否合理，以此作為索力調整的依據。

最后，索塔。對塔高進行合理確定是索塔設計中的重點，實際設計中要按照施工條件、工程要求等因素進行確定。一般情況下，大跨度橋梁對索塔的高度要求不宜過高，否則不管是施工難度還是施工造價都會提升。但同時索塔的高度也不能過低，避免拉索受力、索塔工作效率受到影響。

3 結語

隨著公路橋梁事業的發展，橋梁設計作為重點組成部分，對橋梁結構的整體施工質量及公路橋梁事業的發展都有直接影響。本文主要對當前大跨度懸索橋、大跨度拱橋及大跨度斜拉橋等常用大跨度橋梁設計中的要點進行分析，以促使我國大跨度橋梁設計水平的不斷提升。

參考文獻：

[1]董昆杰.大跨度橋梁設計的設計要點與優化策略[J].交通世界，2019（6）：74-75.

[2]周忠豐，呂成利.BIM技術在大跨徑梁橋梁設計中的應用研究[J].工程建設與設計，2019（11）：206-207+210.

[3]豆飛.大跨度連續鋼箱拱橋結構設計與分析[J].中國標準化，2019（2）：48-49.

[4]李力.關于橋梁美學設計的認識與探究[J].西部皮革，

2019（12）：47.

[5]王日照.復雜條件下大跨度系桿拱橋現澆及拼裝支架設計[J].價值工程，2019，38（13）：105-108.