大跨度桥梁设计关键点及优化措施研究

江启军

（广东省九域工程技术咨询有限公司，广东 广州 510507）

在社会经济快速发展的背景下，我国桥梁建设规模、数量都取得了较大的进展，桥梁建筑施工技术取得了很大的进步，桥梁设计也得到了显著的提升。大跨度桥梁作为当前比较常见的桥梁类型，其设计建造中的各类问题已基本得到了解决[1]。不过，随着桥梁建设工程项目数量不断增加，大跨度桥梁的结构复杂程度、跨度等也有所增加，为了确保大跨度桥梁设计建造的健康发展，确保桥梁持久性与稳定性，人们对于桥梁设计提出了更高的要求。在大跨度桥梁设计中，对于关键点的把握十分重要，采取相应的优化措施也是提高桥梁设计质量的重中之重。

1 工程概况介绍

以某高墩大跨度桥梁施工建设项目为例，建筑结构为预应力混凝土连续刚构桥，采用连续刚构桥作为主桥上部结构，尺寸为140m+250m+140m，主跨250m 的跨径。采用30m 预应力简支箱梁、50m 预应力T 梁作为引桥上部结构。主桥设计中，在墩顶0＃块薄壁箱型墩薄壁对应位置，设置2 个厚度为2.5m 的横隔板，根据单箱单式箱型截面、室箱梁中心线，分别参照主梁和梁高，箱梁设计采用三向预应力的方法。桥段根部梁高14m 跨中中心梁高5m，高跨比分别为1 ∶17.8、1 ∶50。箱梁点半宽度为10m，底板宽度为5m，翼缘板悬臂为2.5m。0＃块以外的箱梁高度，根据1.8m 抛物线变化。箱梁底板厚度，从跨中向支点根据0.32 ～1.3m 抛物线变化。箱梁顶板正常段，为0.28m 厚度，桥墩支点附近，根据线性变化。腹板厚度分别为40cm、70cm、100cm，腹板厚度变换均在一个梁端内，并按线性变化。

2 大跨度桥梁的设计关键点

2.1 大跨度斜拉桥的设计关键点

拉索性的桥梁在我国比较常见，是大跨度斜拉桥中的一种常见类型。此类桥梁的优势在于桥梁结构承载性、稳定性良好，应用于城市立交大桥、跨海大桥的建设比较合适。在大跨度斜拉桥构成结构中，主要包括斜拉索、塔柱、主梁等部分[2]。大跨度斜拉桥的建设中，应遵循实际情况，分别组装大跨度斜拉桥的各个部分，进而使其内部结构及外观结构发生改变。在桥梁索面设计方面应当给予高度重视，需要考虑到桥梁能够承受的最大重力，选择设计平行索面及双斜索面。在一些特殊地形中，也要特别重视对桥梁结构的研究设计，通过数据计算，确定选择悬浮类型浮桥，或是固定式跨度大桥，或是支撑类跨度大桥等更为合适。设计中要注意无论桥面选择了何种类型，都必须保证桥面通行车辆总重量，不会超过桥梁承受压力最大值，否则将对大跨度斜拉桥的安全性、稳定性造成影响。此外，大跨度斜拉桥的拉索具有自锚的特点，对于复杂的地形情况，固定强梁可不对锚锭加以应用。大跨度斜拉桥的跨度范围，一般在200 ～800m，根据实际建设需求进行设计（见图1）。

图1 大跨度斜拉桥

2.2 大跨度悬索桥的设计关键点

在喀斯特地貌、山谷、山脉等沟壑纵横的山区道路建设中，往往对大跨度桥梁有很大的需求。因而在丘陵、山区等地区建设的大跨度悬索桥，也是大跨度桥梁中的一个重要类型。此类桥梁的构成部分，主要包括锚锭、劲梁、主缆、塔柱等结构。大跨度悬索桥在海拔较高的地区、辽阔的山区地带比较多见，例如长江公路大桥、江阴大桥等就属于此类桥梁。大跨度悬索桥的设计中，需要确保桥梁承重能力充足，塔柱是主要的支撑桥身的构件[3]。连接塔柱、悬锁的桥梁，采用钢筋混凝土材料，可以使大跨度悬索桥的承重能力得到提升。悬锁通过塔柱在桥梁两端固定，大跨度悬索桥基于塔架分为3 个跨度，分别为两端跨度及中间跨度。在设计中，对两端跨度进行度量，主要根据锚锭位置选择，以及大跨度悬索桥决定的。在整个大跨度悬索桥的设计中，对于中跨、两端跨度的比重应加以控制，根据实际情况和内部结构等加以确定。同时对于大跨度悬索桥施工成本也要加以考虑，并将桥塔高度位置选择作为标准（见图2）。

2.3 大跨度拱桥的设计关键点

图2 大跨度悬索桥

拱桥在我国具有比较久远的历史，其中最为经典的是石拱桥。随着桥梁设计建造技术的发展，采用钢筋混凝土及钢管浇筑水泥的混合性材料，建造新式拱桥，能大大提高桥梁性能，缩短施工工期，提高拱桥的承载能力。在很多地形复杂的地区，可选择大跨度拱桥的形式，而跨径相对较小的地形结构，也可以使用拱桥的结构。在现代钢筋混凝土拱桥结构中，拱肋是最为基础和重要的构件之一，其常见的类型包括桁式拱肋、实体拱肋等类型[4]。在大跨度拱桥的设计中，需要根据标准对实际跨径进行测量，进而选择合适的钢管形式，并运用所选的钢管形式设计拱肋，从而确保桥梁的稳定性良好。其中单管形式相比于多管形式，劣势较大，抗弯性不好，可能造成拱桥安全性和使用寿命下降，不过单管形式施工简单、成本低、性能高，在一些较小跨度的桥梁汇总也可应用，而在跨度相对较大的桥梁中，采用多管形式，以提升抗弯性能，确保桥梁设计满足实用要求（见图3）。

图3 大跨度拱桥

3 大跨度桥梁的设计优化措施

3.1 桥梁局部部分优化

在大跨度桥梁局部部分优化中，主要对加劲梁横截面、斜拉索及主缆、桥墩及桥梁等部分进行优化。在当前很多大跨度桥梁设计中，通常主要的跨梁材料都使用钢梁材料，对于钢梁与混凝土混合的跨梁材料应用较少。因此对加劲梁的优化，主要是对钢梁、混合梁、叠合梁的强化。在一些丘陵、山地等地区，大跨度斜拉桥比较常见，其设计与应用对于人们的出行有着很大的便利[5]。而实际设计中，市场面临一些问题，例如线缆难以提供足够的支撑，拉索的使用也会受到自然环境因素的影响，发生主梁、拉索震动或不稳定情况。因此，对于大跨度斜拉桥设计，对主缆和斜拉索的优化很重要。根据实际情况加以测量，对主梁、拉索间共振参数进行计算，对摩擦震动参数有效控制，进而确保桥梁安全稳定。桥梁和桥墩是大跨度桥梁中的重要部分，其数量、位置等，会对桥梁稳定性直接影响。因此，优化桥梁和桥墩部分，对于桥梁稳定性的提升至关重要。如果桥梁设计中，没有合理设置桥梁及桥墩的位置数量，桥梁的使用寿命、稳定性都将会受到影响。因此，在优化设计中，对于桥梁和桥墩，要根据相应标准进行整体性分析，确保优化设计满足桥梁承重要求。

3.2 桥梁整体部分优化

在桥梁建筑领域中，众多桥梁建设者皆知，大跨度桥梁普遍具有非常复杂的结构。桥梁建设中，不但具有极大的工作量，涉及的专业知识和学科也非常多。例如大跨度桥梁内部结构，需要应用高次超静定结构等。因此，在大跨度桥梁设计中，对于各项工作都要提高重视，对整个桥梁质量水平定期检查，做到整体部分的设计优化。对于桥梁结构设计优化的工作难度要清晰认识，在优化设计中付出更大的努力。此外，桥梁建设原料成本及施工成本的控制，以及设计技术的改革和更新，都是大跨度桥梁设计整体优化中的重要内容，同时还要注重对桥梁实用性和外观性的协调设计。

3.3 桥梁上部结构优化

大跨度桥梁是一项多工序的复杂工程，在设计、投资、施工等方面均涉及诸多内容。其中桥梁上部结构是大跨度桥梁的重要部分之一，因而其优化设计对于整个桥梁设计建造都具有重要的意义和价值。在桥梁设计建造中，对于桥梁施工技术的局限性要加以考虑，对桥梁最大承受能力严格测量，进而对施工经济投入有效控制。如果大跨度桥梁设计建造地点地势相对险要，对于一些简单的空心板等结构则不能使用，而是应当采用多梁T型结构设计。通过在桥梁建设中应用T 型结构，还能够实现成本的压缩，因而在大跨度桥梁设计中广泛应用和认可。当前很多应用的T 梁结构均为靠口式结构，采用该结构的桥梁，承受压力与箱梁式相比有着较大的区别。因此对于桥梁结构类型的选择中，要对曲线桥梁弯度大小加以确定，进而调整桥面线性，从而确保桥梁自身弯度可发挥做大的作用。

4 结束语

大跨度桥梁是当前我国道桥建设中一种比较常见的桥梁类型，能够满足很多复杂地形的桥梁建设和交通需求。随着桥梁建设技术的不断发展，在大跨度桥梁设计建造中，也取得了很大的进步。但是随着大跨度桥梁跨度的不断增大和结构的日益复杂化，对于桥梁设计均提出了更高的要求。基于此，要对大跨度桥梁设计关键点加以把握，在实际设计中，结合具体情况和需求，采取有效的优化措施，从而提高桥梁设计质量。