趙中成

(山東省公路設(shè)計(jì)咨詢有限公司， 山東 濟(jì)南 250102)

0 引言

雖然目前我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)水平與過(guò)去相比已經(jīng)得到了一定程度上的提升，并且已經(jīng)具備解決大跨度橋梁在設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題的能力，但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁對(duì)跨度的需求漸漸提高，要想使大跨度橋梁能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定地投入使用，這需要橋梁設(shè)計(jì)人員深入探析橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，并且在工程建設(shè)期間隨時(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而保證大跨度橋梁在正式投入運(yùn)行后能長(zhǎng)期保證其安全性和穩(wěn)定性。

1 對(duì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析

由于目前我國(guó)橋梁施工技術(shù)比較成熟，大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，主要有斜拉橋、懸索橋、拱橋以及其他一些比如全索橋、索桁橋等新型橋式結(jié)構(gòu)。但是斜拉橋、懸索橋和拱橋與其他橋式相比，在技術(shù)熟練度和結(jié)構(gòu)安全性方面具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這使其成為大跨度橋梁發(fā)展的主流。

1.1 大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大跨度斜拉橋與其他橋梁結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)勢(shì)在于跨度非常大的同時(shí)穩(wěn)定性非常高，而且具有較強(qiáng)的承載力，突破了以往梁式結(jié)構(gòu)橋梁跨越能力不足的限制。并且由于大跨徑斜拉橋的構(gòu)成結(jié)構(gòu)可以分為簡(jiǎn)單的三部分（主梁、斜拉索、塔柱），設(shè)計(jì)人員在斜拉橋的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以根據(jù)三部分之間不同的組合關(guān)系進(jìn)行再次組合，設(shè)計(jì)出形狀、結(jié)構(gòu)各不相同的橋梁。需要注意的是，在設(shè)計(jì)橋梁的索面時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)橋梁所能承受的最大力度將索面設(shè)計(jì)為平行索面或者雙斜索面。由于斜拉橋的拉索自身具備“自錨”特征，因此在河流或是峽谷地帶施工時(shí)并不需要固定橋梁的錨碇，因此大跨徑斜拉橋普遍設(shè)計(jì)使用在跨徑200～800m的區(qū)間范圍內(nèi)。

1.2 大跨度懸索橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于我國(guó)的內(nèi)陸地區(qū)多山，山區(qū)的道路建設(shè)常常需要借助大跨度橋梁實(shí)現(xiàn)對(duì)道路的連結(jié)。因此懸索橋設(shè)計(jì)成為了廣泛應(yīng)用于我國(guó)山區(qū)的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型。懸索橋橋梁結(jié)構(gòu)主要由塔柱、主纜、錨碇和加勁梁等部分組成，對(duì)我國(guó)山區(qū)跨徑比較大、高度非常高的環(huán)境非常適應(yīng)，比如我國(guó)的南京長(zhǎng)江大橋、潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋、舟山西堠門大橋都是世界聞名的大跨徑懸索橋。目前常規(guī)的懸索橋設(shè)計(jì)通常在橋梁兩端設(shè)計(jì)塔柱用來(lái)支撐橋身，為了保證塔柱能夠具備良好的承載力，一般會(huì)用鋼筋混凝土材料，固定橋梁兩端的懸索連結(jié)橋梁和塔柱，整個(gè)懸索橋被分為一個(gè)中跨和兩個(gè)邊跨共三個(gè)部分，邊跨的具體長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)根據(jù)錨固的位置和具體工程的成本確定。在一般情況下，設(shè)計(jì)人會(huì)根據(jù)塔橋的高度調(diào)整邊跨與中跨的長(zhǎng)度比例。

1.3 拱橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

拱橋在我國(guó)橋梁建筑史上是使用時(shí)間最長(zhǎng)的一種類型。過(guò)去由于技術(shù)和材料的限制，留存于世的拱橋主要以石拱橋?yàn)橹鳌５诂F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支持下，以鋼筋結(jié)構(gòu)為主體和以鋼筋混凝土結(jié)合傳統(tǒng)石拱橋的設(shè)計(jì)漸漸成為了拱橋設(shè)計(jì)主流。拱橋的與其他橋梁相比，施工過(guò)程簡(jiǎn)單、工期短、承載力非常高、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性又比較強(qiáng)，所以我國(guó)山區(qū)在進(jìn)行大跨度橋梁設(shè)計(jì)時(shí)常常把拱橋作為首選的設(shè)計(jì)類型。

雖然拱橋與斜拉橋、懸索橋相比跨度不夠，但是在跨徑相對(duì)較小的橋梁施工中卻有著其他橋梁無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，拱橋結(jié)構(gòu)常被應(yīng)用于跨徑短，且地形呈“V”型的峽谷地帶。如果拱橋建設(shè)中選擇鋼筋混凝土為主要材料，那么拱肋通常就會(huì)被分為實(shí)體拱肋和桁式拱肋兩種形式。在采用實(shí)體拱肋時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)橋梁所需跨徑的大小選擇單管或者多管形式。需要注意的是，單管實(shí)體拱肋由于抗彎性不好，只能應(yīng)用到橋梁跨徑小于80m的拱橋施工，而多管桁式拱肋因?yàn)樵诠苤胁迦肓酥睆捷^小的鋼管，其制成的拱肋抗彎能力被大大提高，因此可將其應(yīng)用于跨徑超過(guò)100m的拱橋中

2 大跨度橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

雖然橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論早在19世紀(jì)就出現(xiàn)了，但是卻很少有這方面的研究出現(xiàn)。在20世紀(jì)60年代，國(guó)外開(kāi)始有學(xué)者和工程師對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)起步稍晚，在20世紀(jì)70年代末才有與橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究出現(xiàn)。

2.1 局部?jī)?yōu)化

（1）對(duì)加勁梁的橫截面進(jìn)行優(yōu)化

疊合梁、鋼梁、混合梁以及混凝土梁是加勁梁的組成部分，但是就目前我國(guó)已經(jīng)建成的大跨度橋梁來(lái)說(shuō)，其往往將鋼梁作為主跨梁形式，混凝土和鋼梁結(jié)合使用的形式非常少見(jiàn)。

（2）對(duì)斜拉索進(jìn)行優(yōu)化

大跨度橋梁在建設(shè)過(guò)程中常常采用斜拉橋或懸索橋這兩種橋式，二者的橋身都需要拉索進(jìn)行支撐。而且由于外部環(huán)境刺激無(wú)法避免，拉索很容易發(fā)生振動(dòng)，影響橋梁的穩(wěn)固。

（3）對(duì)橋墩和橋基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化

橋墩和橋基礎(chǔ)作為橋梁的重要支撐結(jié)構(gòu)，一旦因?yàn)樗幬恢貌划?dāng)、數(shù)量不合理或者結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固使其自身穩(wěn)定性受到影響，就會(huì)對(duì)橋梁整體的穩(wěn)固性和耐久性產(chǎn)生巨大影響。因此設(shè)計(jì)人員在對(duì)橋墩和基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁整體進(jìn)行綜合考量。

2.2 整體優(yōu)化

由于大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)的標(biāo)量較多，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮很多方面的內(nèi)容，使得要對(duì)大跨度橋梁整體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化非常困難。所以在目前的研究成果中有關(guān)對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行整體優(yōu)化的內(nèi)容非常少，但是依托橋梁建設(shè)技術(shù)的不斷提高，對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行整體優(yōu)化是一定能夠?qū)崿F(xiàn)的。

2.3 對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)以橋梁的實(shí)際使用情況為根本，全面細(xì)致地將橋梁承受力、施工工藝和技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)性列入考察范圍內(nèi)。這里以簡(jiǎn)支的空心板結(jié)構(gòu)橋型舉例：這種橋型施工簡(jiǎn)便、工藝成熟，但是由于其跨徑較小，常常會(huì)受到橋梁跨徑需求帶來(lái)的局限，容易導(dǎo)致跨深溝橋梁的高跨比例不夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一。而且由于其不協(xié)調(diào)、不統(tǒng)一導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)無(wú)法和路線較小的半徑和超高的線性相符，使得在高墩數(shù)量漸漸增加后，橋面的伸縮縫也逐漸增多，縮短橋梁使用年限。

2.4 橋梁墩臺(tái)塔吊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

傳統(tǒng)的翻模施工技術(shù)是通過(guò)對(duì)塔吊的利用，將施工模板一層層吊起后再由施工人員進(jìn)行施工。而橋梁的墩臺(tái)塔吊翻模施工技術(shù)則是通過(guò)分離施工模板與施工平臺(tái)的方式使橋梁每隔5m處就可以產(chǎn)生一個(gè)新的施工平臺(tái)，這樣便捷的施工方式可以簡(jiǎn)化橋梁的施工過(guò)程，避免建造出來(lái)的墩臺(tái)橋梁的模板出現(xiàn)裂縫或是平臺(tái)偏扭，是美化橋梁混凝土墩臺(tái)外觀的好辦法。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，在未來(lái)會(huì)對(duì)我國(guó)的道路交通建設(shè)事業(yè)發(fā)展水平提出更高的要求，這實(shí)際上是我國(guó)道路交通建設(shè)水平進(jìn)一步提高的機(jī)遇，也是推動(dòng)我國(guó)橋梁建設(shè)方面不斷進(jìn)行開(kāi)拓創(chuàng)新的動(dòng)力。在進(jìn)行大跨度橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要求設(shè)計(jì)人員能夠深入探究把握橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，綜合橋梁建設(shè)工程的實(shí)際情況，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化，這才是提高我國(guó)大跨度橋梁設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)我國(guó)橋建事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的根本手段。

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