大跨度橋梁的設計要點及優化措施探討

尹永杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

大跨度橋梁作為當下我國城市建設的重要保障及地標，具有較大的意義與影響，然而現階段有關我國大跨度橋梁設計要點及優化措施的研究相對較少?；谠摤F狀，要求使用行之有效的方法對其進行分析研究，如大跨度斜拉橋的具體設計要點、大跨度懸索橋的具體設計要點、局部設計優化方法、整體設計優化方法、橋梁上部結構優化方法、橋梁墩臺塔吊結構具體優化方法等。文章針對大跨度橋梁的設計要點及優化措施進行了分析，對今后設計工作的開展具有十分重要的指導意義。

1 大跨度橋梁特點概述

隨著我國城市基礎建設日益完善，橋梁作為城市重要地標及交通紐帶，起到關聯城市、疏導交通、美化城市的重要作用[1]。我國南方城市很多都將橋梁作為城市建設的重要代表之一，如長江大橋、楊浦大橋等，這些都屬于大跨度橋梁。大跨度橋梁主要是指橋梁長度、寬度較大，并且在承載能力、穩定性等方面都較為突出，這也導致了大跨度橋梁在設計中的復雜性、系統性[2]。大跨度橋梁具有結構規模大、結構組織規劃困難、承載能力強等特點。如圖1所示，具體表現在以下四個方面：（1）項目結構規模較大。橋梁主體結構多為大跨度結構形式，從長度、寬度等層面都突顯了橋梁主體的大氣、宏觀。（2）在結構組織及規劃方面也較為復雜：從大跨度橋梁主體結構可以發現，很多橋梁都需要對該橋體過渡節點進行設計，并根據橋梁實際長度、寬度等進行元素融入。（3）施工難度高?？缍仍酱?，工程規模越大，施工難度越大，每個細節都要處理到位。（4）承載能力超強。大跨度橋梁主要為大量車輛提供交通條件，對其順利通行起到極為重要的促進作用，日均需要承受上百或上千車輛通行，這也對大跨度橋梁本身承載能力提出了嚴格要求。

圖1 大跨度橋梁特點概述

2 大跨度橋梁具體設計要點

隨著我國道路橋梁施工技術不斷提升，針對橋梁項目施工也出現諸多設計思路，從設計創新及思路突破角度出發，對大跨度橋梁進行設計要點分析尤為關鍵[3]。通過對部分大跨度橋梁分析研究后發現，很多大跨度橋梁在結構方面呈現多元化、豐富性，大體包括懸索橋、斜拉橋及拱橋形式，當然也包括一些全索橋及索桁橋等當下較為流行、新穎的橋式結構。通過實際考察及分析后得出，斜拉橋、懸索橋在安全性、承載力及穩定性方面都相對于其他形式更有優勢，現對這兩種結構形式進行設計要點分析。

2.1 大跨度斜拉橋的設計要點

大跨度斜拉橋是當下我國較為常見的橋梁主體結構形式之一，該橋梁結構形式優勢在于穩定性頗高，并且可以滿足大跨度需求，也就是說該橋梁結構的實用性較強[4]。當然，橋梁的承載能力也是其主要優勢之一。大跨度斜拉橋承載能力很強，可以滿足當下城市交通及運輸需求，并對傳統橋梁的局限性進行有效突破，大幅提升橋梁的跨度距離、承載能力及安全穩定性。斜拉橋主體結構主要包括橋體主梁、橋體斜拉索、橋體塔柱等，在對大跨度斜拉橋進行設計時，可以從這三部分入手，這三部分組織結構具有一定的可變性及重組性，設計人員可以根據實際情況及項目需求，對其進行再重組設計，如改變橋梁形狀、結構型式等。其要點在于橋梁的索面設計，在其設計中主要對橋梁整體承受能力進行分析考量，即考慮承受的最大限度，設計選擇主要以雙斜索面、平行索面兩種方式為主。通過分析后發現該橋梁在拉索過程中具備其“自錨”性特點，這就導致了施工項目開展的便捷性，如在河流及峽谷環境下施工，無需對固定橋梁錨碇進行考量，該因素也確立了大跨徑斜拉區間范圍，一般跨徑為200～800m。

2.2 大跨度懸索橋的設計要點

我國地理環境相對復雜，一般多以山區為主，加之山區道路的復雜崎嶇，在對其進行建設過程中一般都會通過引用大跨度橋梁對相關道路進行關聯?；诖耍瑧宜鳂蚓统蔀楫斚挛覈絽^大跨度橋梁的主要應用型式，對其結構形式設計也是十分重要。懸索橋橋梁結構大體包括塔柱、錨碇、主纜及加勁梁等相關結構，懸索橋的主要優勢在于對我國復雜山區地形及大跨度的充分滿足。較為典型的懸索橋設計案例如南京長江大橋、舟山西堠門大橋等。大跨度懸索橋架構施工圖如圖2所示。

圖2 大跨度懸索橋架構施工圖

現階段懸索橋設計以橋梁兩端的塔柱設計為主，主要是對橋身的穩定及安全進行支撐，塔柱材料主要以鋼筋混凝土為主。當然在其設計工作也需要對懸索橋的承載能力進行考量，這也是設計過程中的重中之重。在設計過程中還需要對該橋梁兩端懸索聯結進行分析，提升橋梁及塔柱的連接穩定性，懸索橋通過設計后呈現中跨、兩個邊跨三個重點部分。此外，在對邊跨長度進行設計時，需要按照錨固具體位置、項目工程施工成本等進行考量設計，在其設計過程中設計人員可以按照項目實際高度對邊跨、中跨長度比例進行合理調整。

3 大跨度橋梁設計相關優化措施

3.1 局部設計優化方法

（1）針對加勁梁的重要性，應對其橫截面采用設計優化，加勁梁型式主要包括鋼梁、疊合梁、混凝土梁以及混合梁等。從當下我國大跨度橋梁項目施工及引用角度分析，在設計過程中需選擇重量較輕的鋼梁或疊合梁作為主跨梁部分。（2）通過分析發現，很多大跨度橋梁多采用斜拉橋、懸索橋的結構型式，此兩種型式需要對其自身橋身進行拉索，并進行堅固支撐。但在實際應用過程中往往會受外部、周邊因素干擾，對拉索造成嚴重影響，極易出現振動，并波及橋梁安全。（3）橋墩及橋基等環節。橋墩、橋基對整體大跨度橋梁安全及穩定影響頗大，也是支撐橋梁的重要基礎所在。在設計過程中一定要對其進行認真考量，如位置設計不當、相關數量配置不合理、結構不穩固等，都會對橋梁整體穩定性及安全性造成嚴重影響。所以，相關設計人員在對其進行設計時一定不能從片面性、節點性進行考慮，需要以橋梁整體結構的安全穩定為主，進行綜合設計分析。

3.2 整體設計優化方法

大跨度橋梁結構設計不是單一、片面的簡單流程，而是需要更為科學、合理的系統布局。同時，該結構設計也較為復雜、多變，所以在整體設計過程中需要對諸多節點、涉及問題、標量等進行考量。當下我國對大跨度橋梁整體優化設計的難度較大，主要是受環境、成本及技術方面限制。因此，需要設計人員引用國外先進大跨度橋梁設計模式、理念等，并結合項目實際情況，將功能發揮、安全穩定、成本控制等進行融入，才能起到最終優化設計的效果。

3.3 橋梁上部結構優化方法

橋梁上部結構對橋梁整體的承載能力影響十分關鍵，在設計過程中需要對其進行科學選擇，在方案選擇時主要以橋梁實際使用情況為主要依據，考量范圍主要包括工藝可行性、施工流程、技術難度及成本因素等。

3.4 橋梁墩臺塔吊結構具體優化方法

傳統翻模施工手段主要采用對塔吊進行資源利用，通過把施工模板逐層吊起，再經過施工人員處理，即完成施工任務。橋梁墩臺塔吊翻模施工工藝與其有明顯不同，主要以分離施工模板同施工平臺融合的方法進行，選擇合適高度間距進行新施工平臺構建，優化了施工流程，起到簡化橋梁施工過程的實際作用。同時也對墩臺模板發生裂縫、平臺偏扭等情況進行有效規避，而且對混凝土墩臺整體外觀美化十分有利。

4 結束語

通過對大跨度橋梁的設計要點及優化措施進行分析研究，從多方面、多角度對大跨度橋梁及設計要點進行闡明，并結合現狀提出了相關優化措施，主要包括大跨度斜拉橋的具體設計要點、大跨度懸索橋的具體設計要點、局部設計優化方法、整體設計優化方法、橋梁上部結構優化方法、橋梁墩臺塔吊結構具體優化方法等，為設計工作開展提供了指導與參考。