基于台州市区桥梁的设计优化研究——以椒江二桥为例

冉成伟 张志远

荆门市规划勘测设计研究院 湖北 荆门 448000

正文：

进行桥梁优化设计的时候，前提是要保证安全第一，是否对现实生活有所帮助，是否足够经济实惠等。这就对设计者的要求提高了，在理论基础知识之上，在桥梁建设工程方面有相关经验，在经验不成熟的情况下，设计就会变得不准确。要根据当地的条件进行设计，根据政府部门的相关指导方针，不断引进先进技术，设备，材料等，一切的具体的施工方案按照标准进行，合理使用设计方法，避免桥梁设计中因主观因素导致问题的产生。

1 椒江二桥的基本概况以及结构设计现状分析

作为我国目前最大的双塔双索斜拉桥代表的椒江二桥位于我国浙江省台州市的椒江区，坐落在台州市东部的台州湾椒江入海口，北接椒江区前所街道道感堂村，即台金高速东延段与75省道交叉处，南接疏港大道，南接线至椒江疏港大道和太和二路交叉处，是椒江区迄今承建的最大单体工程，是浙江省及台州市公路“十一五”建设规划中的区域干线公路225省道改跨越椒江的重要通道。椒江二桥的建设极大的拉动了浙江省的经济增长速度。对浙江省台州市的城市建设具有重要的建设意义。

在优化设计的时候，会涉及到很多领域，在这个庞大的系统工程中，必须要理论结合实践，在桥梁设计中，防患于未然，防止因经验不足导致设计时出现差错。下面对这些问题进行罗列，第一，进行设计的时候，在强度和耐久性问题上，注重前者；第二，设计时只考虑到强度而忽视使用极限问题，因为使用性才是桥梁真正存在的意义；第三，只注重桥梁建设问题，不重视维护。

在具体施工的过程中，在耐久性问题上，没有进行明文规定以及标准的设定，在涉及的时候也没有专职人员，设计总是敷衍了事，这些原因往往会导致桥梁事故的发生，而且也不满足桥梁的设计标准，经济性也不高。

针对椒江二桥的设计工作，设计理论不够完善，加上体系的不健全，在设计施工安全方面会暴露出很多问题，亟需解决。在结构设计时，首先应该制定一套经济适用型的设计方案，然后对方案及连接方面进行设计，并选出施工规范允许的安全系数和指标来确保结构的安全性。

2 椒江二桥结构设计中需要注意的问题

2.1 桥梁结构的耐久性

台州市在桥梁设计工作中取得了很大进展，不过都是有关材料和统计方面的，基于耐久性问题还是考虑欠妥，在桥梁投入使用时，很多环境因素会影响到桥梁的寿命，所以，耐久性问题作为桥梁建设的重点备受关注。对于在设计工作中，工作人员只重视算法，对结构改造并没有深入研究，因为桥梁建设中的重点耐久性会对桥梁的使用寿命产生很大影响，必须要加强管理，及时做出改善措施，防患于未然。

2.2 桥梁的疲劳损伤

一共从风荷载和车辆负载这两个方面涉及到对桥梁结构的使用，这两个方面统称为动荷载，因为动载荷的存在，桥梁结构的内部产生循环应力也会随之增大，进而会由于桥身振动产生应力损伤。

很多因素会导致桥梁受到损伤，比如说内部材料分布不均，有很多小问题，这些小问题不断积累，在动载荷的影响下变成大问题，到达一定程度的时候，桥身结构会出现裂痕，甚至会发生断裂，后果不堪设想。所以要将这些隐藏的祸患扼杀在摇篮之中，重视桥身结构的保护工作。

2.3 桥梁的超载

在设计优化的工作中，一切都要按照标准执行，在实际的运作中，桥梁往往会出现超载的问题，这样一来会增加桥身应力，损伤桥体。因为超载所造成的损伤是巨大的，这些损伤是很难修复的，超载甚至会破坏桥梁的结构，引起交通事故。所以在设计工作中要加大载荷研究力度，增加桥梁的安全性和耐久性。

2.4 桥梁结构的抗震性

近些年，自然灾害频发，尤其是地震这样破坏性极大的自然灾害。所以桥梁的抗震性能也就备受关注。地震会对桥梁结构造成严重的破坏，严重影响桥梁寿命，所以在设计工作中，要同时考虑桥梁的耐久性和抗震性能，保证施工质量，重视每一个细节：第一，保证内部材料的整体性和连续性，不断优化施工流程；第二，加强桥墩和桥身的链接强度；第三，通过增加配筋来保证整体结构的延展性；第四，对于不良土层进行强化；第五，运用结构构造措施对桥体的薄弱环节进行改进。

增加桥梁结构的抗震性，不仅可以防止动载荷对桥梁的损伤，也可以减少地震对桥体的冲击。

3 椒江二桥的概念设计与相关的分析理论研究

3.1 椒江二桥优化设计的相关的分析理论研究

1.对于椒江二桥这种大跨度斜拉桥的非线性静力分析理论研究

力学性能对于桥梁来说极为重要，尤其像椒江二桥这种大跨度的斜拉桥，一定要基于桁架受力来确定受力状态。在施工时，采用分段悬臂法。因为施工的分段进行，后期的施工一定会对前期的施工结果造成影响，那么要保证施工的质量，就必须要在施工之前做好工程的与估算以及整个桥梁结构中的受力分析，以及外形结构等等[2]。

2.椒江二桥的优化方案试设计与参数研究

像椒江二桥这样的“千米级”以上的斜拉桥，主跨必须要采用钢箱梁形式。说完主跨，下面介绍边跨，边跨在设计的时候采用的是混凝土主梁，像国外比较知名的大桥采用的成桥方式就是这种以主边跨的成桥方式，例如Normandy，Stonecutters大桥的混合梁体系，这种方式不仅可以改善桥梁的力学性能，还可以让其更加经济。在情况不允许的情况下，主跨和边跨都可以采用钢箱梁形式。在索力传递的时候，为增强桥塔与主梁的抗弯曲性能，可以让中跨承受更多的来自主梁的受拉力，更大程度上减少桥塔和桥索根部来自于主梁的受力。当然了，由于受限于桥梁选址的限制，传统的自锚体系全钢箱梁结构在桥梁的设计中运用的比较广泛[4]。

3.将双索面优化为多索面的理论分析

一般情况下，对于四车道的桥面采用的是双索道，基本上车道的数量与索道的数量相关联，对于椒江二桥这种六车道的特大跨度的斜拉桥来说，建议改变双索道为多索道[1]。双索道有不足之处，譬如，凭借索道的侧向牵引，主梁对于桥塔的压力才会减小，而对于椒江二桥这种大跨度的斜拉桥来说，沉重的负荷只能由桥塔承受，所以，在主梁的设计中会重点考虑索道。因此，在这种大跨度的斜拉桥中，可以适当地增加索面，为了减少跨度半径，可以主梁将原有横向承载模式变为2或3跨弹性支撑连续梁，降低主梁的高度，减少横向荷载所需的材料，从而有利于主梁向轻巧化发展。

关于多索面支撑，最早来源于Roebling设计的著名的Brooklyn桥的这一悬吊组合体系，与1883年正式完工。在最近几年国内外的公路斜拉桥建设中，已有很多成功的例子，有三索面、三柱式塔、混凝土单箱双室的黑石渡桥，位于湖南长沙浏阳河上；有四索面，M型塔，混凝土分离双箱梁的西湾大桥，位于澳门特别行政区；还有四索面、独柱塔、分体组合梁+横向联结系的汀九桥，位于香港特别行政区等等。

3.2 椒江二桥的优化设计的主要内容

在椒江二桥的结构中，有一个比较明显的特征就是，桥梁跨度中存在一个弹性中间支承，它是由桥塔两侧的斜拉索引出的，可以预先给在斜拉索上施加拉力，可以减少主梁的截面弯矩，高度以及自重问题，让主梁的强度更大，耐久性更长。前文提到的一个问题就是桥梁的动载荷过大，可以降低斜拉索之间的距离以及对其进行适当地进行预先的张拉力作用，这样做可以降低桥体负荷，减小弯矩。基于轴向受力状态，桥塔、桥梁以及斜拉索构成的主体可以将材料的性能发挥到极致。随着截面弯矩的降低，桥身自重会减少，这对于施工来说便捷高效了许多，这恰恰也是现代桥梁的发展方向，密集型和轻柔型[3]。

基于技术层面的分析，纵观斜拉桥的发展历史，基本上可以分为四个显著时期，稀疏型斜拉索时期、密集型斜拉索时期、主梁柔性化时期以及大跨度、跨径时期。不同时期斜拉桥的改变都源于斜拉桥的三个基本要素桥塔、桥梁和桥索三者之间的组合变化，期间产生了各式各样的斜拉桥，而椒江二桥就是其中的代表之一。具体情况不做详细描述。

总的来说，一共可以从五个角度展开对椒江二桥的设计优化工作：第一，在对于桥型选择上遵循桥梁美学的要求，整体尺寸更加合理；第二，在结构设计方面，不仅要考虑到桥塔、桥梁以及桥索这三个桥梁的基本要素的设计，还要考虑到三者之间的链接方式以及拉索锚固方式；第三，在桥体的机构受力分析方面，不仅要从耐久性、稳定性、静力三个方面进行评估分析，还要从桥梁的动力特性、抗震性以及抗风性方面就行评估分析；第四，具体的施工方案设计，对桥塔、桥梁以及桥索三个要素进行方案设计，还要对基本架构进行可行性分析；第五，来自于经济方面的分析，只有不断的提高桥梁建造施工技术，才能不断的降低经济成本，引进国内外先进的技术，构建一个完整的，健全的，科学的桥梁建设体系、风险评估体系以及施工方案，在经济的基础上优化桥梁结构，不断改进方案。

4 结束语

综上所述，椒江二桥在台州市交通事业中发挥的重要作用，可以说是直接影响着台州市整体的经济水平，因而对椒江二桥的设计优化工作就显得非常重要了，对其进行设计优化时，借助各种桥梁设计分析理论，来解决耐久性、疲劳损伤问题、动载荷问题、抗震性以及经济性问题等，以及一些成功的案例为椒江二桥的优化设计提供宝贵的实践经验。更大程度的优化桥梁的各种性能。