大跨度桥梁设计的设计要点与优化策略研究

卢毅

（身份证号：36220419820906001X）

引言

随着我国社会经济的高度发展，我国桥梁建设的数量和规模也在不断的增长，这也使得桥梁施工技术也到了很大的进步，在桥梁设计方面也有了一定的提升，能够有效的缓解大跨度桥梁设计和运行中的各种问题。但是，随着我国桥梁建设施工数量的日益增加，要想促进大跨度桥梁建设的健康发展，那么就必须要确保桥梁建设工作具有稳定性和持久性，这就对桥梁设计工作提出了更高的要求，必须要进一步完善桥梁设计工作，并将内部设计结构进行全面的优化，从而确保大跨度桥梁安全稳定的运行。

1 大跨度桥梁设计的要点

现如今我国桥梁施工的技术已经发展的比较成熟，能够满足各种结构形式的大跨度桥梁施工的技术要求。目前我国大跨度桥梁类型主要包括斜拉桥、拱桥、悬索桥等，还有一些新型的桥梁结构，比如全索桥、索桁桥等。但是斜拉桥、拱桥和悬索桥相比较于其他的桥梁结构样式，不论是在技术熟练度合适在结构安全性等方面都具有较强的优势，这也是我国目前大跨度桥梁发展的主要趋势。

1.1 大跨度斜拉桥的设计要点

大跨度斜拉桥和其他桥梁结构相比具有跨度大、稳定性高、承载力强等优势，能够突破传统梁氏结构桥梁中跨越能力不足等问题。大跨度斜拉桥的构成结构主要有主梁、斜拉索和塔柱这三个部分。因此，设计人员在对大跨度斜拉桥进行设计的时候可以根据这但各部分之间的不同组合关系来进行自由的组合，然后设计出不同形状和结构的桥梁[1]。但是，在设计的过程中一定要注意，在对桥梁的索面进行设计时，一定要根据桥梁所承受的最大力度来将索面设计为双斜索面或者平行索面。另外，由于斜拉桥的拉索具有“自锚”的特征，所以在峡谷或河流地带进行施工时，不需要设置固定桥梁的锚碇，大跨径斜拉强普遍设计使用的跨径范围在200～800m的区间内。

1.2 大跨度拱桥设计要点

拱桥是我国目前使用时长最长的桥梁结构，在传统的拱桥类型当中主要以石拱桥为主。而在我国现阶段的拱桥设计中，往往会加入一些现代化的设计理念和元素，将钢筋结构的拱桥和混合类型的拱桥进行结合。我国目前的拱桥结构则主要以钢管材质的混凝土和钢筋混凝为主要的材料。这种材质拱桥在施工的过程中具有施工周期短、操作简单以及承载能力强等优势，并且其在使用的过程中还有具有较强的经济性和实用性的优势，因此，拱桥结构是我国山区大跨度桥梁建设的首先。此外，拱桥结构还非常的适用于跨径较短的桥梁上。钢筋混凝土结构的拱桥结构中拱肋则可以分为实体拱肋和桁式拱肋这两个类型，因此，桥梁设计人员在对拱肋设计的过程中，必须要根据桥梁的实际跨径来选择合理的钢管形式。单管形式性能较高，并且施工流程简单，但是抗弯性较差，而多管形式具有较强的抗弯性能，适合在跨度较大的桥梁设计中使用。所以，在拱桥设计当中，一定要采取合理的措施，确保拱桥设计工作的合理性和科学性。

1.3 大跨度悬索桥设计要点

我国具有非常广阔的山区，在这些山区道路建设往往需要借助大跨度桥梁来进行道路的连结。而悬索桥结构主要适应于我国山区的大跨度的桥梁设计当中。悬索桥桥梁结构主要为主缆、塔柱、锚碇和劲梁这四个部分组成，非常适应于我国山区跨径较大和高度较高的环境。比如：南京长江大桥、舟山西堠门大桥、润扬长江公路大桥等，这些大桥采用的都是大跨径悬索桥结构。在悬索桥的设计当中，通常是在桥梁的两端设计塔柱来支撑桥身，因此，必须要确保塔柱具有良好的承载力[2]。通常情况下，会使用钢筋混凝土材料用来固定桥梁两端的悬索连结桥梁和塔柱，这样一来整个悬索桥就被分成了一个中跨和两个边跨的结构，而边跨的具体长度需要根据锚固定的位置以及工程的成本来确定。而在实际设计的过程中，中跨和边跨的长度比例，设计人员一般会根据塔桥的高度来调整。

2 大跨度桥梁设计的优化对策

2.1 桥梁局部优化

对于桥梁的局部优化具体可以从以下几个方面着手：①对加劲梁的横截面进行优化，这就需要对叠合梁、钢梁和混合梁进行全面的强化。但是，在我国目前一些跨度较大的桥梁施工当中，通产会采用钢梁材料为主跨梁的形式，采用混凝土和钢梁结合的比较少。②对斜拉索和主缆动力进行优化，在我国大跨度的桥梁建设当中，斜拉桥是最常见和应用最为广泛的桥梁结构[3]。但是，在桥梁设计的过程中经常会出现线缆支撑力度较低的问题，并且在一些外界因素影响下，也会对拉索造成一定的影响，使得拉索出现震动等现象。比如，在出现自然灾害的情况下，主梁和拉索之间就会相互出现震动的现象。③对桥墩和桥梁基础进行优化，桥墩和桥梁基础是桥梁结构的重要组成部分，加强对着两个部分的优化，能够进一步强化桥梁自身的稳定性。在设计过程中一旦桥墩和桥梁基础所处的位置不当或者数量不合理，都会影响到桥梁自身稳定性，并且还会对桥梁的整体耐久性和稳固性产生很大的影响。因此，桥梁设计人员在对桥墩和桥梁基础进行设计的过程中，必须要对桥梁的整体进行综合的分析和考量。

2.2 大跨度桥梁的整体优化

通常情况下，大跨度桥梁的内部普遍属于高次超静定结构，并且桥梁结构具有一定的复杂性特征，因此设计的工作量非常的大，在设计的过程中还会牵涉多很多的专业类型，这也会在一定程度上加大设计人员对整个设计工作的优化难度。因此，在对大跨度桥梁结构优化的过程中，必须要增强对优化工作的重视程度，对整个桥梁的质量进行全面的评价，减低桥梁结构优化和设计工作中的难度。此外，在对大跨度桥梁结构进行优化的过程中，重点内容还包括对桥梁结构造价、动力性能以及施工技术等，这有这样才能够实现对桥梁结构的整体优化和对景观结构优化的相互协调。

2.3 基于可靠度的大跨度桥梁结构优化设计

目前的大跨度桥梁结构优化理论都是建立在容许应力设计法的基础上的。但是随着现代设计理论的不断发展，传统的容许应力设计法正在逐渐向着近似概率法、半概率设计法和全概率设计法转变，这也就出现了很多基于可靠性理念的桥梁结构优化设计。实际上，优化和可靠度在本质上存在一定的联系[4]。可靠度结构优化设计方法主要为以下两种：①以结构系统实效概率为约束条件的优化设计方法；②以元件可靠度或各种失效模式为可靠度为约束条件的设计方法。

基于可靠度的结构优化理论能够对桥梁结构中存在的各种不确定因素进行描述，并采取定量分析的方式得出的安全性和经济性等各个方面的指标，从而更好的协调桥梁安全和建设经济性之间的矛盾，这也是传统的定制设计法无法实现的。由此可见，在大跨度桥梁设计优化当中应用可靠度结构优化理论，具有较强的研究价值。但是，在实际的大跨度桥梁结构设计中，要想确保桥梁的实用性，还必须要根据实际情况选择合理的优化模型。

2.4 对桥梁上部结构优化

在对桥梁上部结构形式进行设计和选择的过程中，必须要根据桥梁的实际使用状况和特点，并对整个桥梁的施工工艺、施工技术、承载能力以及经济性等进行全方位的考察和分析。但是，在对于一些简支空心板结构的桥梁进行施工的过程中，由于桥梁自身的跨径较小，操作简单，经常会出现桥梁高跨比例存在不统一的问题。因此，在对一些山区建设大跨度桥梁时，一定不能够选择这种结构的桥形。另外，还有一些预制拼装的多梁T型桥梁结构，这种桥梁结构具有施工简化、成本较低等优点，其整体的工程造价会地域整体式的桥梁建设成本，因此，这种桥梁结构在目前的大跨度桥梁建设中得到了广泛的应用。但是，大多数的曲线梁和T形梁的断面都属于靠口类型，并且桥梁自身的平衡度和扭曲程度所承受的压力和箱梁所承受的压力存在很大的差距[5]。因此，在曲线桥梁弯度较小的情况下，就必须要采取直梁设计的方式，这样才能够确保通过翼缘板自身的宽度。同时还需要对桥梁平面的线性进行科学的调整，进而确保桥梁自身的弯曲作用能够被充分的发挥出来。

2.5 桥梁墩台塔吊结构优化

在桥梁施工中的翻模施工技术中，首先采取的就是塔吊，塔吊能够将模板进行合理的运输。在实际的施工过程中，施工人员需要将施工平台和模板进行固定，然后将下层的模板拆卸下来，通过这样的方式可以确保上层模板的安装和测量工作的顺利进行。另外，在翻模施工技术当中，可以将桥梁施工模板和平面看作两个独立的个体，但是，很多的施工人员在施工的过程中，却会经常将桥梁模板和平面看作一个整体，虽然采取这样的方式进行施工，在初级阶段施工过非常的简化，但是当施工到了中级阶段，就会使得整体的施工难度加大。此外，采取桥梁的墩台塔吊翻模施工技术进行施工，还能够将施工的模板和平台进行分离，从而简化施工，并且还能够有效的避免墩台桥梁模板的表面出现扭曲和裂缝等现象，确保桥梁混凝土墩台的美观性。

3 结语

综上所述，在我国社会经济高速发展的背景下，对我国道路交通运输的需求量也在不断的增长，这也对我国的道路交通建设事业的发展提出了更高的要求。桥梁是我国交通运输网络中的重要组成部分，因此，加强对大跨度桥梁的设计对于我国交通事业发展具有非常重要的意义。这就要求桥梁设计人员必须要深入的把握桥梁设计的要点，并结合桥梁建设工程的实际情况，对设计方案进行合理的优化，从而提高大跨度桥梁设计的水平，促进我国桥梁建设事业的健康发展。