大跨度橋梁設計的設計要點與優化策略

王超

摘 要：我國常見的大跨度橋梁主要有三種類型，即斜拉橋、懸索橋和拱橋，而橋梁的優化工作則分為四個部分，即整體、局部、上部和下部，我國的國土面積較大，其中不乏包含地勢險要、結構復雜的地形部分，設計大跨度橋梁工作需要保障橋梁的穩定性，同時工作人員的技術也需要相對成熟。

關鍵詞：大跨度橋梁;工程;優化設計

中圖分類號：U442.5 文獻標識碼：A

1 大跨度橋梁設計的工作要點

我國的大跨度橋梁設計工作在全世界都處于主要地位，如：武漢長江大橋、南京長江大橋、黃州灣跨海大橋以及港珠澳跨海大橋等。我國主要設計的大跨度橋梁主要有斜拉橋、拱橋和懸索橋，這三種橋的建設優勢在于橋梁的穩定性較高、技術的成熟度也較高，具體的工作要點如下。

1.1 設計大跨度斜拉橋的要點

拉索性橋梁在我國十分常見，此類橋梁實際上都屬于大跨度斜拉橋，此種橋梁的優點在于橋梁的穩定結構和重量承載能力都十分優秀，此類橋梁在跨海大橋以及城市立交橋中使用是相得益彰的。大跨度斜拉橋主要由三個部分構成，即主梁、塔柱和斜拉索，在此種大橋的建設過程中，工作人員可以按照橋梁安裝工程的實際情況組裝大跨度斜拉橋的不同部分，從而達到改變大跨度斜拉橋外觀和內部結構的效果。在設計過程中的要點在于橋梁的索面設計工作當中，工作人員需要結合橋梁能夠承擔的最大重力選擇雙斜索面以及平行索面的類型。在部分特殊地形當中工作人員需要著手研究橋梁結構，并使用相關數據計算需要建設的橋梁類型，但眾所周知，無論任何類型的橋面都有最大承受重量的限制，否則大跨度斜拉橋的穩定性和安全性就會受到威脅。此外，大跨度斜拉橋拉索最大的特點是能夠自錨，在部分地形復雜的形態下，大跨度斜拉橋固定橋梁的過程中可以不使用錨錠，在基本情況下跨度范圍在200 m～800 m之間的地形可以建設大跨度斜拉橋。

1.2 設計大跨度懸索橋的要點

我國許多建設橋梁的地形上有許多溝壑縱橫的山脈、山谷等特殊地貌，在山區道路和橋梁的建設設計過程中，需要使用大跨度的橋梁連接，保障橋梁和道路使用過程中的運輸工作順利進行。大跨度橋梁有典型的特點，如：山區和丘陵之間建設的大跨度懸索橋。大跨度懸索橋結構的主要構成主要有四個部分，即塔柱、主纜勁梁以及錨錠，我國面積廣闊，其中有較多山區和海拔較高的地區，因此我國的大跨度懸索橋建設十分常見，如：江陰大橋、長江公路大橋。在此類大跨度懸索橋設計的過程中，為了提升橋梁的承重能力，在建設過程中需要注意支撐橋梁的塔柱建設質量，因此在懸索橋建設的過程中塔柱和懸索連接的橋梁之間使用的通常使用的是高強度鋼筋混凝土材料，達到全面提升懸索橋質量和承重能力的效果。懸索橋梁的塔柱主要固定在橋梁的兩端，搭架會將懸索橋分為三個部分，即中間和兩端，測量橋梁中各個跨度的方式是通告錨錠的位置判斷。在整個大跨度懸索橋的設計建筑過程中，工作人員需要合理控制橋梁跨度兩端和中間的比重，同時結合實際的橋梁建設環境以及橋梁的內部結構和工程施工成本選擇合適的橋梁設計高度。

1.3 設計大跨度拱橋的要點

我國具有悠久歷史，在古代建設的橋梁多數是拱橋，在我國歷史發展過程中拱橋是最經典的橋梁類型。隨著橋梁設計技術的逐漸提升，現代設計師在設計拱橋的過程中，通常會在設計中加入現代化的設計理念和審美概念，因此施工過程中會經常使用新型原材料，一般使用的材料就是強度較高的鋼筋混凝土。與傳統的拱橋設計工作相比，使用現代化材料設計拱橋具有較大優勢，最大的優勢在于能夠在縮短工期的同時提高拱橋的承載能力。簡單分析就是在拱橋設計和建設過程中使用高強度的鋼筋混凝土材料能夠在降低成本的同時，提高橋梁的整體安全性和穩定性。由于此類橋梁的優勢，在地形復雜的地方建設大跨度拱橋是設計師的首選，同時在跨度較小的部位使用拱橋設計展開橋梁建設工作也是常見選擇，當下拱橋結構當中最基礎的構建就是拱助，在我國的橋梁建設領域，主要有實體拱助和桁式拱助兩種，想要將拱橋的穩定性達到最大，工作人員需要按照嚴格的測量標準確定橋梁設計過程中使用的鋼管類型。在拱橋建設過程中單管形式和單管形式相比有較大的不足之處，即單管形式拱橋的抗彎性差，在拱橋的建設和設計當中使用，會較大程度降低拱橋的使用壽命以及安全系數。但與多管形式相比，單管形式在拱橋設計和建設當中使用，能夠使拱橋達到性能高、成本低以及施工技術簡單的效果，設計人員可以將單管形式使用到在地形跨度較小的位置建設拱橋的工作當中。而抗彎性較好的多管形式在拱橋設計當中使用可以促使在地形跨度較大的位置建設拱橋穩定性更強。總之，在拱橋設計的過程中實際人員可以按照實際情況選擇拱橋的建造結構，同時合理應用拱橋建筑材料，為拱橋的穩定性以及安全性提供幫助。

2 大跨度橋梁設計工作的優化策略

2.1 橋梁的局部優化

大跨度橋梁設計工作的局部優化工作首先可以對橋梁中加勁梁橫截面進行優化，在我國大多數大跨度橋梁的設計過程中，工作人員一般會使用鋼梁材料作為主要設計和建設材料，使用鋼筋和混凝土材料的情況較少，因此優化大跨度橋梁加勁梁的關鍵內容就是對橋梁當中的疊合梁、混合梁和鋼梁進行優化。

其次是對大跨度橋梁中的斜拉索和主纜進行優化，目前在我國的山地和丘陵地形當中大跨度斜拉橋十分常見。大跨度斜拉橋的設計和使用會給人們的生活帶來較大的便利，但在實際的橋梁使用過程中，也會產生大量問題，如：某大跨度斜拉橋梁在使用的過程中產生了線纜支撐不足的情況，而此問題在自然環境中會逐漸對斜拉橋中拉索的使用產生影響，直觀的體現就是橋梁會產生主梁與拉索的振動，由此可見橋梁設計的過程中優化斜拉索和主纜在橋梁設計過程中有至關重要的地位。在實際的橋梁建設過程中技術人員可以根據建設橋梁的實際情況展開測量，并準確的測試主梁和拉索之間的共振參數，通過相關數據在橋梁設計的過程中保障大跨度橋梁的穩定性和安全系數。

最后是對于大跨度橋梁的橋墩和橋梁進行優化，眾所周知，大跨度橋梁的重要組成部分中有橋墩和橋梁，兩者的數量和位置與大跨度橋梁的穩定程度息息相關，因此工作人員為保障大跨度橋梁的穩定性提升需要在設計的過程中對橋梁的橋墩和橋梁進行全面優化。若在設計過程中，大跨度橋梁的數量和位置都不合理會導致橋梁的使用壽命大幅度減少，橋梁的穩定向也會得到影響。由此可見專業化的橋梁制造人員需要按照標準對于橋梁的整體需求進行分析，對大跨度橋梁中的橋墩和橋梁進行優化。

2.2 橋梁的整體優化

在大跨度橋梁的整體優化過程中，面臨的主要難度就是大部分的大跨度橋梁結構都較為復雜。在設計和建設的過程當中，橋梁建設的工作不僅十分復雜，還需要掌握較多專業知識，如：將高次超靜定結構應用到大跨度橋梁的內部結構優化工作當中的過程中，在橋梁設計和建設的每個環節中的工作都提高重視，同時及時檢查整個大跨度橋梁的設計質量。由于橋梁結構的實際優化和設計工作難度都較大，橋梁設計者一方面需要付出較大的精力對大跨度橋梁進行優化。在此種優化展開的過程中，另一方面工作人員還要在橋梁建設和設計的過程中對橋梁建設的原材料質量進行控制。此種優化方式在保障大跨度橋梁質量的同時還能控制橋梁施工的成本，也能使橋梁建設技術得到創新發展。

如：某大跨度橋梁設計人員在進行橋梁結構優化設計過程中全面的考慮了橋梁設計的綜合協調以及優化工作的合理程度，同時該設計人員還對優化設計之后的橋梁能否滿足橋梁的外觀、質量等相關要求。在目前我國橋梁設計的水平下，相關設計人員在進行橋梁優化工作的過程可以提高對橋梁的工藝、造價、質量以及性價比等內容的關注程度，全面促進橋梁的質量得到提升。

2.3 橋梁的上部優化

大跨度橋梁的上部結構優化工作涉及到投資、施工等工作，屬于復雜的工程，且對于大跨度橋梁而言，上部的優化工作是橋梁設計和建設的主要內容。但在橋梁設計建設的過程中工作人員需要考慮橋梁設計工作的實際局限性，即要考慮橋梁的最大承受能力，減少橋梁建設工作的成本投入。在我國地勢險要的地方進行大跨度橋梁的優化工作需要注意避免選擇空心板橋梁結構，反而可以選擇較為穩定的靠口式T型梁結構，使用此類結構進行優化和設計的大跨度橋梁承受的壓力與箱梁式結構的橋梁能夠承受的壓力存在差距，因此設計人員在選擇大跨度橋梁優化結構的過程中，需要提前確定曲線橋梁的彎曲程度。再優化大跨度橋梁的線性，促使大跨度橋梁自身價值能夠得到最大程度的發揮。

2.4 橋梁的下部優化

在對大跨度橋梁的下部結構進行優化的過程中，需要先保障優化工作能夠先滿足橋梁上部結構的支撐需要，并根據橋梁的類型選擇與橋梁上部結構特點相適應的橋墩高度以及類型，在保障橋梁整體質量不會受到影響的前提下得到加固，并考慮橋梁受到軸力和橋墩的自重對橋梁上部進行優化。

3 結束語

綜上所述，我國的道路交通和社會經濟的發展相互促進，在我國橋梁建設和設計過程中，有關部門不僅重視技術層面的創新，也不斷提升橋梁設計工作的合理化，雖然我國的大跨度橋梁設計技術已經排在世界的前端，但在發展過程中也需要不斷提升，為橋梁建設的發展提供推動力。

參考文獻：

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