大跨度橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化措施探討

尹永杰

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230001）

大跨度橋梁作為當(dāng)下我國(guó)城市建設(shè)的重要保障及地標(biāo)，具有較大的意義與影響，然而現(xiàn)階段有關(guān)我國(guó)大跨度橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化措施的研究相對(duì)較少。基于該現(xiàn)狀，要求使用行之有效的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究，如大跨度斜拉橋的具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)、大跨度懸索橋的具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)、局部設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、整體設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法、橋梁墩臺(tái)塔吊結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化方法等。文章針對(duì)大跨度橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化措施進(jìn)行了分析，對(duì)今后設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展具有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 大跨度橋梁特點(diǎn)概述

隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)建設(shè)日益完善，橋梁作為城市重要地標(biāo)及交通紐帶，起到關(guān)聯(lián)城市、疏導(dǎo)交通、美化城市的重要作用[1]。我國(guó)南方城市很多都將橋梁作為城市建設(shè)的重要代表之一，如長(zhǎng)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(zhǎng)度、寬度較大，并且在承載能力、穩(wěn)定性等方面都較為突出，這也導(dǎo)致了大跨度橋梁在設(shè)計(jì)中的復(fù)雜性、系統(tǒng)性[2]。大跨度橋梁具有結(jié)構(gòu)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)組織規(guī)劃困難、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。如圖1所示，具體表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）項(xiàng)目結(jié)構(gòu)規(guī)模較大。橋梁主體結(jié)構(gòu)多為大跨度結(jié)構(gòu)形式，從長(zhǎng)度、寬度等層面都突顯了橋梁主體的大氣、宏觀(guān)。（2）在結(jié)構(gòu)組織及規(guī)劃方面也較為復(fù)雜：從大跨度橋梁主體結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，很多橋梁都需要對(duì)該橋體過(guò)渡節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)橋梁實(shí)際長(zhǎng)度、寬度等進(jìn)行元素融入。（3）施工難度高?？缍仍酱螅こ桃?guī)模越大，施工難度越大，每個(gè)細(xì)節(jié)都要處理到位。（4）承載能力超強(qiáng)。大跨度橋梁主要為大量車(chē)輛提供交通條件，對(duì)其順利通行起到極為重要的促進(jìn)作用，日均需要承受上百或上千車(chē)輛通行，這也對(duì)大跨度橋梁本身承載能力提出了嚴(yán)格要求。

圖1 大跨度橋梁特點(diǎn)概述

2 大跨度橋梁具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

隨著我國(guó)道路橋梁施工技術(shù)不斷提升，針對(duì)橋梁項(xiàng)目施工也出現(xiàn)諸多設(shè)計(jì)思路，從設(shè)計(jì)創(chuàng)新及思路突破角度出發(fā)，對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析尤為關(guān)鍵[3]。通過(guò)對(duì)部分大跨度橋梁分析研究后發(fā)現(xiàn)，很多大跨度橋梁在結(jié)構(gòu)方面呈現(xiàn)多元化、豐富性，大體包括懸索橋、斜拉橋及拱橋形式，當(dāng)然也包括一些全索橋及索桁橋等當(dāng)下較為流行、新穎的橋式結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)際考察及分析后得出，斜拉橋、懸索橋在安全性、承載力及穩(wěn)定性方面都相對(duì)于其他形式更有優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析。

2.1 大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大跨度斜拉橋是當(dāng)下我國(guó)較為常見(jiàn)的橋梁主體結(jié)構(gòu)形式之一，該橋梁結(jié)構(gòu)形式優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性頗高，并且可以滿(mǎn)足大跨度需求，也就是說(shuō)該橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)用性較強(qiáng)[4]。當(dāng)然，橋梁的承載能力也是其主要優(yōu)勢(shì)之一。大跨度斜拉橋承載能力很強(qiáng)，可以滿(mǎn)足當(dāng)下城市交通及運(yùn)輸需求，并對(duì)傳統(tǒng)橋梁的局限性進(jìn)行有效突破，大幅提升橋梁的跨度距離、承載能力及安全穩(wěn)定性。斜拉橋主體結(jié)構(gòu)主要包括橋體主梁、橋體斜拉索、橋體塔柱等，在對(duì)大跨度斜拉橋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以從這三部分入手，這三部分組織結(jié)構(gòu)具有一定的可變性及重組性，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際情況及項(xiàng)目需求，對(duì)其進(jìn)行再重組設(shè)計(jì)，如改變橋梁形狀、結(jié)構(gòu)型式等。其要點(diǎn)在于橋梁的索面設(shè)計(jì)，在其設(shè)計(jì)中主要對(duì)橋梁整體承受能力進(jìn)行分析考量，即考慮承受的最大限度，設(shè)計(jì)選擇主要以雙斜索面、平行索面兩種方式為主。通過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)該橋梁在拉索過(guò)程中具備其“自錨”性特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了施工項(xiàng)目開(kāi)展的便捷性，如在河流及峽谷環(huán)境下施工，無(wú)需對(duì)固定橋梁錨碇進(jìn)行考量，該因素也確立了大跨徑斜拉區(qū)間范圍，一般跨徑為200～800m。

2.2 大跨度懸索橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

我國(guó)地理環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，一般多以山區(qū)為主，加之山區(qū)道路的復(fù)雜崎嶇，在對(duì)其進(jìn)行建設(shè)過(guò)程中一般都會(huì)通過(guò)引用大跨度橋梁對(duì)相關(guān)道路進(jìn)行關(guān)聯(lián)?；诖?，懸索橋就成為當(dāng)下我國(guó)山區(qū)大跨度橋梁的主要應(yīng)用型式，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)也是十分重要。懸索橋橋梁結(jié)構(gòu)大體包括塔柱、錨碇、主纜及加勁梁等相關(guān)結(jié)構(gòu)，懸索橋的主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)我國(guó)復(fù)雜山區(qū)地形及大跨度的充分滿(mǎn)足。較為典型的懸索橋設(shè)計(jì)案例如南京長(zhǎng)江大橋、舟山西堠門(mén)大橋等。大跨度懸索橋架構(gòu)施工圖如圖2所示。

圖2 大跨度懸索橋架構(gòu)施工圖

現(xiàn)階段懸索橋設(shè)計(jì)以橋梁兩端的塔柱設(shè)計(jì)為主，主要是對(duì)橋身的穩(wěn)定及安全進(jìn)行支撐，塔柱材料主要以鋼筋混凝土為主。當(dāng)然在其設(shè)計(jì)工作也需要對(duì)懸索橋的承載能力進(jìn)行考量，這也是設(shè)計(jì)過(guò)程中的重中之重。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要對(duì)該橋梁兩端懸索聯(lián)結(jié)進(jìn)行分析，提升橋梁及塔柱的連接穩(wěn)定性，懸索橋通過(guò)設(shè)計(jì)后呈現(xiàn)中跨、兩個(gè)邊跨三個(gè)重點(diǎn)部分。此外，在對(duì)邊跨長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照錨固具體位置、項(xiàng)目工程施工成本等進(jìn)行考量設(shè)計(jì)，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員可以按照項(xiàng)目實(shí)際高度對(duì)邊跨、中跨長(zhǎng)度比例進(jìn)行合理調(diào)整。

3 大跨度橋梁設(shè)計(jì)相關(guān)優(yōu)化措施

3.1 局部設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

（1）針對(duì)加勁梁的重要性，應(yīng)對(duì)其橫截面采用設(shè)計(jì)優(yōu)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(dāng)下我國(guó)大跨度橋梁項(xiàng)目施工及引用角度分析，在設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)分析發(fā)現(xiàn)，很多大跨度橋梁多采用斜拉橋、懸索橋的結(jié)構(gòu)型式，此兩種型式需要對(duì)其自身橋身進(jìn)行拉索，并進(jìn)行堅(jiān)固支撐。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往會(huì)受外部、周邊因素干擾，對(duì)拉索造成嚴(yán)重影響，極易出現(xiàn)振動(dòng)，并波及橋梁安全。（3）橋墩及橋基等環(huán)節(jié)。橋墩、橋基對(duì)整體大跨度橋梁安全及穩(wěn)定影響頗大，也是支撐橋梁的重要基礎(chǔ)所在。在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真考量，如位置設(shè)計(jì)不當(dāng)、相關(guān)數(shù)量配置不合理、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固等，都會(huì)對(duì)橋梁整體穩(wěn)定性及安全性造成嚴(yán)重影響。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定不能從片面性、節(jié)點(diǎn)性進(jìn)行考慮，需要以橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定為主，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)分析。

3.2 整體設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不是單一、片面的簡(jiǎn)單流程，而是需要更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜、多變，所以在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)諸多節(jié)點(diǎn)、涉及問(wèn)題、標(biāo)量等進(jìn)行考量。當(dāng)下我國(guó)對(duì)大跨度橋梁整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度較大，主要是受環(huán)境、成本及技術(shù)方面限制。因此，需要設(shè)計(jì)人員引用國(guó)外先進(jìn)大跨度橋梁設(shè)計(jì)模式、理念等，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，將功能發(fā)揮、安全穩(wěn)定、成本控制等進(jìn)行融入，才能起到最終優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

3.3 橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

橋梁上部結(jié)構(gòu)對(duì)橋梁整體的承載能力影響十分關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)選擇，在方案選擇時(shí)主要以橋梁實(shí)際使用情況為主要依據(jù)，考量范圍主要包括工藝可行性、施工流程、技術(shù)難度及成本因素等。

3.4 橋梁墩臺(tái)塔吊結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化方法

傳統(tǒng)翻模施工手段主要采用對(duì)塔吊進(jìn)行資源利用，通過(guò)把施工模板逐層吊起，再經(jīng)過(guò)施工人員處理，即完成施工任務(wù)。橋梁墩臺(tái)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(tái)融合的方法進(jìn)行，選擇合適高度間距進(jìn)行新施工平臺(tái)構(gòu)建，優(yōu)化了施工流程，起到簡(jiǎn)化橋梁施工過(guò)程的實(shí)際作用。同時(shí)也對(duì)墩臺(tái)模板發(fā)生裂縫、平臺(tái)偏扭等情況進(jìn)行有效規(guī)避，而且對(duì)混凝土墩臺(tái)整體外觀(guān)美化十分有利。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大跨度橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化措施進(jìn)行分析研究，從多方面、多角度對(duì)大跨度橋梁及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡明，并結(jié)合現(xiàn)狀提出了相關(guān)優(yōu)化措施，主要包括大跨度斜拉橋的具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)、大跨度懸索橋的具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)、局部設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、整體設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法、橋梁墩臺(tái)塔吊結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化方法等，為設(shè)計(jì)工作開(kāi)展提供了指導(dǎo)與參考。