探析大跨度橋梁設計的設計要點與優(yōu)化策略

郭小平 梅志軍

摘要：目前橋梁設計領域內比較常見的大跨度橋梁設計形式主要包括斜拉橋結構、懸索橋結構、拱橋結構等幾種形式，不同的橋梁結構有著不同的設計要點，設計人員需要結合橋梁工程建設的地質環(huán)境、跨度距離等相關信息作為理論依據(jù)進行設計，并且合理的采用局部優(yōu)化、整體優(yōu)化、上部結構優(yōu)化以及塔吊結構優(yōu)化等方式對其進行優(yōu)化，以求最終能夠達到較為理想的施工效果，這也是筆者將要與大家進行重點探究的核心問題。

關鍵詞：大跨度橋梁;設計要點;優(yōu)化策略

橋梁工程一直以來都是國內交通領域中非?；A的項目之一，雖然近幾年來國內的橋梁施工技術已經得到了顯著的提升，但是對于一些大跨度的橋梁項目而言，工作人員在實際施工的過程中仍然會存在一些缺陷問題，為了可以有效的對這些缺陷問題進行優(yōu)化，工作人員也制定了相應的優(yōu)化方案，接下來筆者將以大跨度橋梁項目為例，從設計要點以及優(yōu)化策略等方面對其展開詳細的論述，希望以下內容可以對相關設計人員有所裨益。

一、設計要點

（一）斜拉橋結構設計

其他傳統(tǒng)的橋梁結構相比，斜拉橋結構的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在強穩(wěn)定性和高穩(wěn)定性等方面，斜拉橋結構通常是由主梁、拉索等幾個部分共同構成，設計人員在設計斜拉橋結構時，需要重點注意以下設計要點：第一，結構施工場地的實際情況，合理的將三部分結構通過相互組合形成不同的橋梁體系，如支撐體系、懸浮體系等等;第二，設計人員在對斜拉橋的索面結構進行設計時，需要以斜拉橋所能承受承載力的最大值為標準，通?？梢栽O計為雙平行式或者雙索面式，以提高斜拉橋結構的穩(wěn)定性;第三，由于斜拉橋結構自身具有特殊的自錨特征，因此設計人員在設計時不需要額外對該斜拉橋結構進行錨錠的設計;第四，斜拉橋結構通常適用于跨徑通常在200m-800m之間的河流、峽谷等地區(qū)[1]。

（二）懸索橋結構設計

懸索橋結構主要適用于一些山區(qū)地帶，通常由主纜、加勁梁、塔柱、錨錠等結構組成，懸索橋結構被廣泛的應用于一些跨徑較大且高度較高的環(huán)境條件中，并且也取得了良好的成效。設計人員在設計懸索橋結構時，也應當注意以下設計要點：第一，設計兩個塔柱結構來支撐懸索橋，加強橋梁結構的穩(wěn)固性;第二，合理的使用相應的材料來制作塔架，在懸索橋的兩端使用錨錠進行固定;第三，使用塔架將懸索橋結構均勻的分為三個部分，其中包括一個中跨和兩個邊跨，邊跨的具體長度可以根據(jù)錨固結構的具體施工位置進行確定，一般來說，設計人員常常會將懸索橋結構中的中跨和邊跨的長度比例設計為2：1或者4：1，垂跨值比例則可以設計為1：6或者1：7，設計人員可以結合橋塔的高度對其適當?shù)恼{整，以求能夠達到最佳的作用效果。

（三）拱橋結構設計

拱橋結構是國內歷史非常悠久的一種橋梁結構設計，工作人員在設計大跨度拱橋結構時，需要嚴格按照設計標準來設置拱橋的參數(shù)，與其相對應的設計要點主要包括兩部分內容：第一，拱軸線的設計，對于恒載比重較大的公路混凝土拱橋結構而言，工作人員可以將拱軸線設計為恒載壓力線，對于活載較大的鐵路混凝土拱橋結構，可以設計為恒載與活載相結合的形式，對于上承式實腹或者空腹類的拱橋結構可以設計為懸鏈線，對于中承式或者下承式大跨度鋼管混凝土拱橋結構則可以設計為低拱軸系數(shù)的懸鏈線，工作人員可以根據(jù)拱橋結構的類型不同來選擇最佳的拱軸線，以求達到理想的拱橋施工效果;第二，拱腳段負彎矩的設計，對于全截面填充的混凝土拱橋結構可以采用拉應力超限的方式來完成拱腳段負彎矩的設計，對于截面增高而不填充混凝土的橋梁結構則可以采用壓應力超限的設計方案。

二、優(yōu)化策略

（一）局部優(yōu)化

對大跨度橋梁進行局部優(yōu)化可以有效的提高橋梁結構的整體質量水平，具體優(yōu)化策略如下：第一，對橋梁結構中的加勁梁的橫截面面積進行優(yōu)化，并且按照一定的比例將鋼梁、混凝土梁、疊合梁、混合梁進行相互組合，通過這種方式來進一步優(yōu)化加勁梁的應用性能;第二，對橋梁結構的主纜動力進行優(yōu)化，這種優(yōu)化方式主要適用于斜拉橋結構和懸索橋結構，由于這兩種橋梁結構大多是由纜索作為主要的支撐結構，因此該類橋梁結構極易受到外界影響因素而出現(xiàn)強烈的振幅，因此設計人員可以對該類橋梁結構中的主纜設施進行優(yōu)化，減少耦合振動，提高其穩(wěn)定性[3];第三，對橋梁結構中的橋墩進行優(yōu)化，設計人員可以結合橋梁結構的具體情況適當?shù)膶蚨盏臄?shù)量、位置以及受力情況進行調整和優(yōu)化，以此來顯著提升橋梁結構的穩(wěn)固性。

（二）整體優(yōu)化

與局部優(yōu)化相對應的橋梁結構優(yōu)化方式便是整體優(yōu)化，從客觀的角度上來說，大跨度橋梁結構設計的復雜性非常高，所涉及到的參數(shù)與變量也非常多，因此工作人員想要更加全面的對橋梁結構進行優(yōu)化，則需要合理的將局部優(yōu)化與整體優(yōu)化相結合，從宏觀的層面上對橋梁結構的全過程造價、施工工藝以及動力性能等內容進行優(yōu)化，同時還需要在保障橋梁結構基本功能特性的基礎上盡可能的提高其美觀性，將結構優(yōu)化與景觀優(yōu)化相結合，從而進一步加強橋梁結構的整體施工效果。

（三）上部結構優(yōu)化

對于橋梁的上部結構而言，其主要是用于承載整個橋梁結構的自身重力，工作人員要想對大跨度橋梁的上部結構進行優(yōu)化，可以采取以下優(yōu)化措施：第一，對于一些以空心板為主的橋梁結構，其跨徑相對較小，橋梁規(guī)格較大，因此常常會出現(xiàn)上部結構的半徑過大或者承載力達不到既定標準等相關問題，針對這種情況，工作人員可以適當?shù)販p少高墩結構的數(shù)量來有效地對該橋梁結構潛在的安全問題進行緩解和消除;第二，對于一些山區(qū)地域內的大跨度橋梁結構，工作人員可以采用曲線梁或者T梁來調整橋梁結構平面的線型，通過這種方式來有效地減少橋梁結構出現(xiàn)彎扭的情況，提高橋梁結構的質量[4]。

（四）塔吊結構優(yōu)化

工作人員在對大跨度橋梁項目的塔吊結構進行優(yōu)化時，通常會使用到翻模施工技術，在應用該技術是需要借助一些運輸性能良好的塔吊設備將橋梁項目中的上層模板進行吊起處理，然后在將施工平臺固定在模板支架上，使用塔吊設備將橋梁結構中下層模板進行拆卸，再按照上層模板的尺寸和規(guī)格進行測量和安裝，使得施工模板與施工平臺結合為統(tǒng)一整體。為了提高施工作業(yè)的效率，工作人員還可以在橋梁結構中每間隔5m便設置一個全新的平臺結構，若將整個大跨度橋梁結構看作一個平面，則橋梁項目中所使用的塔吊結構將會始終處于該平面內并且持續(xù)進行直線運動，通過這種優(yōu)化方式不僅可以大幅度減少橋梁結構中模板偏移或者裂縫等問題，從而更好的提高該橋梁結構的美觀性。

三、結語：

大跨度橋梁工程已然成為交通領域中未來幾年的重要發(fā)展趨勢，雖然現(xiàn)階段國內的大跨度橋梁項目仍然處于發(fā)展階段，在實際施工設計中還存在一些不足之處，但是隨著國內交通領域的迅猛發(fā)展，筆者相信在不久之后大跨度橋梁項目的施工設計水平會得到巨大的突破，大幅度提高橋梁結構的穩(wěn)定性，減少橋梁結構中潛在的安全隱患問題，為推動國內交通行業(yè)的長遠發(fā)展做出更大的貢獻，這也正是我們所期望看到的結果。

參考文獻：

[1]吳鵬，吳燕蘭.大跨度橋梁設計要點與優(yōu)化策略[J].交通世界，2017（32）：196-197.

[2]赫騰飛，趙文娟，牛偉.大跨度橋梁設計中的人文思考[J].產業(yè)與科技論壇，2016，15（11）：159-160.

[3]戴暉.公路橋梁中大跨度橋梁設計的應用[J].中華民居（下旬刊），2014（09）：247-249.

[4]戎仕騰.大跨度橋梁施工技術要點分析[J].黑龍江交通科技，2013，36（11）：168-171.