李 巖

(黑龍江省公路勘察設計院,黑龍江 哈爾濱 150080)

1 橋梁結構化設計的必要性

結構化設計指的是將橋梁看作是一個模塊結構考慮，充分掌握橋梁各部分特點，明確各部分結構所需發(fā)揮的作用，完善設計方案，對橋梁各結構進行充分整合，做出結構設計最佳選擇，提高橋梁整體性能。

結構化設計在橋梁工程實踐中的應用，可以通過多種計算方法來確定最為科學合理、經濟可行的設計方案。應用結構化設計，可全面掌握并解決各種影響橋梁建設質量和水平的不良因素，進而確保橋梁設計和建設滿足安全性、可靠性和適用性的要求。

傳統(tǒng)的橋梁設計方案編制需要借鑒以往的工程實踐經驗，在此基礎上選擇質量合格的橋梁材料、規(guī)劃橋梁總體布局、確定橋梁結構尺寸等，以構成符合工程實際的設計方案，然后設計人員再經過系統(tǒng)性、針對性的力學結構分析，對設計方案中存在的不當之處進行調整。而結構化設計通通常由兩個環(huán)節(jié)組成，一是詳細設計，即利用結構化程序對橋梁進行細化設計；二是概要設計，即利用設計軟件系統(tǒng)按照施工原則和要求，對整個橋梁系統(tǒng)進行劃分，并對各個系統(tǒng)的功能、要求和特點等進行分析。從上述分析可以看出，結構化設計在橋梁設計中的重要性不言而喻。

2 橋梁結構化設計的原則

2.1 連續(xù)性

連續(xù)性是確保橋梁結構化設計順利實施的基礎原則之一，一方面只有在滿足這一原則的基礎上，才能增大橋梁的整體抗壓強度和有效受力面積，進而緩解當前橋梁建設中所面臨的橋梁負荷增加、施工難度增大等問題；另一方面有利于縮短橋梁在受力過程中的傳遞路徑，起到優(yōu)化橋梁結構、節(jié)省建筑材料等作用。

2.2 科學性

在橋梁結構化設計中，予以橋梁結構相應的結構配置、確定合理的橋梁截面及高度是十分重要的，有利于增強橋梁設計的科學性。同時，在對橋梁實施結構化設計時，還應注重對其內部結構的調整和優(yōu)化，通過減少橋梁結構自身的重量來提升橋梁結構的安全、穩(wěn)定。

2.3 簡約化

在橋梁設計和建設過程中，注重簡約化設計的目的在于提升橋梁結構的整體強度、降低工程成本。在橋梁結構化設計中，應保證設計路徑的簡化，確保橋梁結構力能得到及時傳遞，從而達到分散外部荷載的目的。

3 獨塔斜拉橋的結構化設計

3.1 結構化設計細節(jié)

(1)主梁結構化設計

獨塔斜拉橋路面的車輛通行安全帶設置在車輛兩側，這種操作不僅會增加安全帶的設置工序，還會對主梁實際承載能力造成影響，故應采用相應的技術施工手段對主梁結構進行優(yōu)化。具體操作為：將安全帶和板式梁設置在同一區(qū)域內；將主梁變成槽口向上的槽型梁；除了主梁與塔索相靠近的部分外，在其它結構的適當位置增加鋼筋，促使受力覆蓋全斷面，確保設計的合理性。

(2)索塔結構化設計

索塔自身的穩(wěn)定性來源于其采用了矩形等截面直線塔；處于框架結構附近的橋名牌可起到縮短索塔橫向長度的作用。

(3)斜拉索結構化設計

①材料選擇。高強鋼絲和鋼絞線是斜拉索生產加工中的常用材料，但由于鋼絞線的定制成本較高，且更換難度大，不適用于小斜拉橋結構設計中。針對這一問題，可采用高強精軋螺紋粗鋼筋進行定制，這種鋼筋的優(yōu)點在于配件齊全、定制程序簡單、成本費用低、施工操作簡便等；

②設計要點。若高強精軋螺紋粗鋼筋在長期使用中出現(xiàn)了銹蝕情況， 因施工前涂抹了防銹劑，故不會因為銹蝕到鋼筋內部結構而造成應力腐蝕問題。粗鋼筋的標準強度僅為鋼絞線的1/2，故在設計中需將粗鋼筋斜拉索截面積增加一倍左右；高強精軋螺紋粗鋼筋的使用，會使得主梁結點豎向變位隨著斜拉索剛度的增加而減少，這一現(xiàn)象可避免主梁彎矩過大，確保斜拉索設計的穩(wěn)定性；

③布置方式。輻射形、扇形、平行和豎琴形是斜拉索布置的常見方式。比如以扇形的方式布置斜拉索，具體內容為：將分別將兩根φ25高強精軋粗鋼筋和φ32粗鋼筋作為端斜拉索以及其余斜拉索，這按照斜拉索結構化設計的要求，并經過多次測算，確定4.5 m索距是最合理的主梁至斜拉索的間距，該索距適用于多種跨徑橋梁設計中。表1為主梁上不同跨徑斜拉索的錨固點間距分析情況。

表1 主梁上不同跨徑斜拉索的錨固點間距分析

由表1可以看出，拉索數(shù)量會隨著總跨度的增加而增加，變化規(guī)律為：每增加10 m，則需增加一根拉索；若該索距不滿足工程結構設計需要，可對索距進行適當調整，避免其穩(wěn)定性受到影響。

3.2 設計計算

通過對車道橫向受力和斜拉結構強度進行驗算發(fā)現(xiàn)，結構化設計均滿足橋梁結構設計的需要，并且還可以有一定的富余。鑒于斜拉橋主梁的受力狀態(tài)呈現(xiàn)不確定的特點，若改變斜拉索初始拉力或主梁標高的話，則會導致主梁內力發(fā)生變化，針對這一情況，要求設計人員在實施橋梁結構化設計時，可適當增加承載力的儲備，以此來保障橋梁結構的穩(wěn)定性和安全性。

4 結 語

總而言之，為了更好滿足橋梁設計的經濟適用、安全可靠、耐久性標準等要求，積極采用結構化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橋梁設計方式，大量工程實踐也表明，結構化設計已取得良好的設計效果，對促進我國橋梁建設領域的發(fā)展具有重要作用。本文所分析的獨塔斜拉索橋梁結構化設計也充分體現(xiàn)了這一點，故可將該設計方式積極應用到相關領域中，以從根本上發(fā)揮其運用價值。