大跨度橋梁設計關鍵點及優化措施研究

江啟軍

（廣東省九域工程技術咨詢有限公司，廣東 廣州 510507）

在社會經濟快速發展的背景下，我國橋梁建設規模、數量都取得了較大的進展，橋梁建筑施工技術取得了很大的進步，橋梁設計也得到了顯著的提升。大跨度橋梁作為當前比較常見的橋梁類型，其設計建造中的各類問題已基本得到了解決[1]。不過，隨著橋梁建設工程項目數量不斷增加，大跨度橋梁的結構復雜程度、跨度等也有所增加，為了確保大跨度橋梁設計建造的健康發展，確保橋梁持久性與穩定性，人們對于橋梁設計提出了更高的要求。在大跨度橋梁設計中，對于關鍵點的把握十分重要，采取相應的優化措施也是提高橋梁設計質量的重中之重。

1 工程概況介紹

以某高墩大跨度橋梁施工建設項目為例，建筑結構為預應力混凝土連續剛構橋，采用連續剛構橋作為主橋上部結構，尺寸為140m+250m+140m，主跨250m 的跨徑。采用30m 預應力簡支箱梁、50m 預應力T 梁作為引橋上部結構。主橋設計中，在墩頂0＃塊薄壁箱型墩薄壁對應位置，設置2 個厚度為2.5m 的橫隔板，根據單箱單式箱型截面、室箱梁中心線，分別參照主梁和梁高，箱梁設計采用三向預應力的方法。橋段根部梁高14m 跨中中心梁高5m，高跨比分別為1 ∶17.8、1 ∶50。箱梁點半寬度為10m，底板寬度為5m，翼緣板懸臂為2.5m。0＃塊以外的箱梁高度，根據1.8m 拋物線變化。箱梁底板厚度，從跨中向支點根據0.32 ～1.3m 拋物線變化。箱梁頂板正常段，為0.28m 厚度，橋墩支點附近，根據線性變化。腹板厚度分別為40cm、70cm、100cm，腹板厚度變換均在一個梁端內，并按線性變化。

2 大跨度橋梁的設計關鍵點

2.1 大跨度斜拉橋的設計關鍵點

拉索性的橋梁在我國比較常見，是大跨度斜拉橋中的一種常見類型。此類橋梁的優勢在于橋梁結構承載性、穩定性良好，應用于城市立交大橋、跨海大橋的建設比較合適。在大跨度斜拉橋構成結構中，主要包括斜拉索、塔柱、主梁等部分[2]。大跨度斜拉橋的建設中，應遵循實際情況，分別組裝大跨度斜拉橋的各個部分，進而使其內部結構及外觀結構發生改變。在橋梁索面設計方面應當給予高度重視，需要考慮到橋梁能夠承受的最大重力，選擇設計平行索面及雙斜索面。在一些特殊地形中，也要特別重視對橋梁結構的研究設計，通過數據計算，確定選擇懸浮類型浮橋，或是固定式跨度大橋，或是支撐類跨度大橋等更為合適。設計中要注意無論橋面選擇了何種類型，都必須保證橋面通行車輛總重量，不會超過橋梁承受壓力最大值，否則將對大跨度斜拉橋的安全性、穩定性造成影響。此外，大跨度斜拉橋的拉索具有自錨的特點，對于復雜的地形情況，固定強梁可不對錨錠加以應用。大跨度斜拉橋的跨度范圍，一般在200 ～800m，根據實際建設需求進行設計（見圖1）。

圖1 大跨度斜拉橋

2.2 大跨度懸索橋的設計關鍵點

在喀斯特地貌、山谷、山脈等溝壑縱橫的山區道路建設中，往往對大跨度橋梁有很大的需求。因而在丘陵、山區等地區建設的大跨度懸索橋，也是大跨度橋梁中的一個重要類型。此類橋梁的構成部分，主要包括錨錠、勁梁、主纜、塔柱等結構。大跨度懸索橋在海拔較高的地區、遼闊的山區地帶比較多見，例如長江公路大橋、江陰大橋等就屬于此類橋梁。大跨度懸索橋的設計中，需要確保橋梁承重能力充足，塔柱是主要的支撐橋身的構件[3]。連接塔柱、懸鎖的橋梁，采用鋼筋混凝土材料，可以使大跨度懸索橋的承重能力得到提升。懸鎖通過塔柱在橋梁兩端固定，大跨度懸索橋基于塔架分為3 個跨度，分別為兩端跨度及中間跨度。在設計中，對兩端跨度進行度量，主要根據錨錠位置選擇，以及大跨度懸索橋決定的。在整個大跨度懸索橋的設計中，對于中跨、兩端跨度的比重應加以控制，根據實際情況和內部結構等加以確定。同時對于大跨度懸索橋施工成本也要加以考慮，并將橋塔高度位置選擇作為標準（見圖2）。

2.3 大跨度拱橋的設計關鍵點

圖2 大跨度懸索橋

拱橋在我國具有比較久遠的歷史，其中最為經典的是石拱橋。隨著橋梁設計建造技術的發展，采用鋼筋混凝土及鋼管澆筑水泥的混合性材料，建造新式拱橋，能大大提高橋梁性能，縮短施工工期，提高拱橋的承載能力。在很多地形復雜的地區，可選擇大跨度拱橋的形式，而跨徑相對較小的地形結構，也可以使用拱橋的結構。在現代鋼筋混凝土拱橋結構中，拱肋是最為基礎和重要的構件之一，其常見的類型包括桁式拱肋、實體拱肋等類型[4]。在大跨度拱橋的設計中，需要根據標準對實際跨徑進行測量，進而選擇合適的鋼管形式，并運用所選的鋼管形式設計拱肋，從而確保橋梁的穩定性良好。其中單管形式相比于多管形式，劣勢較大，抗彎性不好，可能造成拱橋安全性和使用壽命下降，不過單管形式施工簡單、成本低、性能高，在一些較小跨度的橋梁匯總也可應用，而在跨度相對較大的橋梁中，采用多管形式，以提升抗彎性能，確保橋梁設計滿足實用要求（見圖3）。

圖3 大跨度拱橋

3 大跨度橋梁的設計優化措施

3.1 橋梁局部部分優化

在大跨度橋梁局部部分優化中，主要對加勁梁橫截面、斜拉索及主纜、橋墩及橋梁等部分進行優化。在當前很多大跨度橋梁設計中，通常主要的跨梁材料都使用鋼梁材料，對于鋼梁與混凝土混合的跨梁材料應用較少。因此對加勁梁的優化，主要是對鋼梁、混合梁、疊合梁的強化。在一些丘陵、山地等地區，大跨度斜拉橋比較常見，其設計與應用對于人們的出行有著很大的便利[5]。而實際設計中，市場面臨一些問題，例如線纜難以提供足夠的支撐，拉索的使用也會受到自然環境因素的影響，發生主梁、拉索震動或不穩定情況。因此，對于大跨度斜拉橋設計，對主纜和斜拉索的優化很重要。根據實際情況加以測量，對主梁、拉索間共振參數進行計算，對摩擦震動參數有效控制，進而確保橋梁安全穩定。橋梁和橋墩是大跨度橋梁中的重要部分，其數量、位置等，會對橋梁穩定性直接影響。因此，優化橋梁和橋墩部分，對于橋梁穩定性的提升至關重要。如果橋梁設計中，沒有合理設置橋梁及橋墩的位置數量，橋梁的使用壽命、穩定性都將會受到影響。因此，在優化設計中，對于橋梁和橋墩，要根據相應標準進行整體性分析，確保優化設計滿足橋梁承重要求。

3.2 橋梁整體部分優化

在橋梁建筑領域中，眾多橋梁建設者皆知，大跨度橋梁普遍具有非常復雜的結構。橋梁建設中，不但具有極大的工作量，涉及的專業知識和學科也非常多。例如大跨度橋梁內部結構，需要應用高次超靜定結構等。因此，在大跨度橋梁設計中，對于各項工作都要提高重視，對整個橋梁質量水平定期檢查，做到整體部分的設計優化。對于橋梁結構設計優化的工作難度要清晰認識，在優化設計中付出更大的努力。此外，橋梁建設原料成本及施工成本的控制，以及設計技術的改革和更新，都是大跨度橋梁設計整體優化中的重要內容，同時還要注重對橋梁實用性和外觀性的協調設計。

3.3 橋梁上部結構優化

大跨度橋梁是一項多工序的復雜工程，在設計、投資、施工等方面均涉及諸多內容。其中橋梁上部結構是大跨度橋梁的重要部分之一，因而其優化設計對于整個橋梁設計建造都具有重要的意義和價值。在橋梁設計建造中，對于橋梁施工技術的局限性要加以考慮，對橋梁最大承受能力嚴格測量，進而對施工經濟投入有效控制。如果大跨度橋梁設計建造地點地勢相對險要，對于一些簡單的空心板等結構則不能使用，而是應當采用多梁T型結構設計。通過在橋梁建設中應用T 型結構，還能夠實現成本的壓縮，因而在大跨度橋梁設計中廣泛應用和認可。當前很多應用的T 梁結構均為靠口式結構，采用該結構的橋梁，承受壓力與箱梁式相比有著較大的區別。因此對于橋梁結構類型的選擇中，要對曲線橋梁彎度大小加以確定，進而調整橋面線性，從而確保橋梁自身彎度可發揮做大的作用。

4 結束語

大跨度橋梁是當前我國道橋建設中一種比較常見的橋梁類型，能夠滿足很多復雜地形的橋梁建設和交通需求。隨著橋梁建設技術的不斷發展，在大跨度橋梁設計建造中，也取得了很大的進步。但是隨著大跨度橋梁跨度的不斷增大和結構的日益復雜化，對于橋梁設計均提出了更高的要求。基于此，要對大跨度橋梁設計關鍵點加以把握，在實際設計中，結合具體情況和需求，采取有效的優化措施，從而提高橋梁設計質量。