公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計(jì)分析

黃波

要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得城市化建設(shè)進(jìn)度也在快速推進(jìn)，我國(guó)公路橋梁工程的數(shù)量與規(guī)模都有了進(jìn)一步拓展。與此同時(shí)橋梁施工技術(shù)也有了明顯進(jìn)步，工程設(shè)計(jì)水平的提高使得原本存在于公路橋梁中的大跨度橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題得到了有效改善。但由于公路橋梁工程數(shù)目的不斷提高，為有效推進(jìn)大跨度橋梁工程的發(fā)展，還需要不斷加強(qiáng)橋梁建設(shè)的穩(wěn)定性與使用壽命，這針對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)有著更加嚴(yán)格的要求，所以為改進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)，完善內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃，確保大跨度橋梁的安全性，則需要明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)和優(yōu)化對(duì)策。本文便圍繞公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計(jì)展開(kāi)論述，重點(diǎn)探討了有關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程;大跨度橋梁;工程設(shè)計(jì)

0 引言

大跨度橋梁工程是路橋施工中的關(guān)鍵構(gòu)成，在公路橋梁工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面具有關(guān)鍵性意義。為了進(jìn)一步改善公路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量，在大跨度橋梁設(shè)計(jì)發(fā)那面便需要注重設(shè)計(jì)優(yōu)化。相比之下，在橋型的設(shè)計(jì)上往往會(huì)面臨很多復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題，為了保障橋梁設(shè)計(jì)方案及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的科學(xué)性，需要不斷探索設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策，在提高大跨度橋梁工程使用效益的同時(shí)控制其工程造價(jià)。

1 公路橋梁中大跨度橋橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大跨度斜拉橋的跨度相較于其他結(jié)構(gòu)類型來(lái)說(shuō)更大，而且穩(wěn)定性與承載性能都具有明顯優(yōu)勢(shì)，有效改善了傳統(tǒng)橋梁跨度不足等缺陷。大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)一般有主梁、斜拉索、索塔，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要將各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)多種結(jié)構(gòu)形式的橋梁。但設(shè)計(jì)期間也要重點(diǎn)關(guān)注橋梁索面，圍繞橋梁結(jié)構(gòu)的最大承載力，設(shè)計(jì)單或雙索面以及斜索面。斜拉橋有著自錨特征，因此部分河流區(qū)域不需要設(shè)計(jì)橋梁錨碇，跨徑一般設(shè)計(jì)在200 m～800 m之間。

1.2 大跨度懸索橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

面對(duì)一些山區(qū)丘陵地段，往往需要設(shè)計(jì)大跨度索橋來(lái)接通山區(qū)公路，而大跨度索橋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一般有塔柱、主纜、錨碇等結(jié)構(gòu)。很多山區(qū)地區(qū)跨徑較大，若環(huán)境高度較高，那么則適合懸索橋結(jié)構(gòu)。對(duì)于懸索橋來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要有兩個(gè)塔柱分別置于橋梁兩側(cè)，利用塔架來(lái)支撐橋身，塔架材料多為鋼筋混凝土構(gòu)成，能夠有效加強(qiáng)塔柱的承載能力，連通塔柱與懸索，在橋梁兩端固定懸索，將大跨度懸索橋劃為三個(gè)部分，一般包含中跨與兩邊跨，結(jié)合具體施工要求，按照錨固位置與成本控制來(lái)把握邊跨長(zhǎng)度，并且可以適當(dāng)對(duì)跨比進(jìn)行調(diào)整，將塔柱高度作為參照調(diào)控實(shí)際比例。

1.3 拱橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

拱橋是一種典型的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由于建筑條件的局限，一般都會(huì)采用石拱橋設(shè)計(jì)，但隨著目前公路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)的快速進(jìn)步，拱橋的設(shè)計(jì)也融入了很多現(xiàn)代元素，并且拱橋建設(shè)材料也越來(lái)越多樣化，能夠采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁，也可以根據(jù)鋼筋混凝土與傳統(tǒng)石拱來(lái)設(shè)計(jì)。目前的拱橋結(jié)構(gòu)以鋼管混凝土與鋼筋混凝土較多，拱橋施工相比之下工期更短，并且拱橋本身在結(jié)構(gòu)上承載性能更強(qiáng)，實(shí)用價(jià)值非常高。在一些跨徑較小的橋梁工程中，拱橋的應(yīng)用本身就有著一定優(yōu)勢(shì)，例如V形峽谷便適合拱橋結(jié)構(gòu)，拱橋的材料多為鋼筋混凝土，拱肋包含實(shí)體拱肋與桁式拱肋。實(shí)體拱肋需要將橋梁跨徑作為基礎(chǔ)，采用單管或多管的設(shè)計(jì)模式，單管設(shè)計(jì)的抗彎性不足，若拱橋的橋梁跨徑處于80 m以內(nèi)，則可以應(yīng)用單管形式的拱肋。多管桁式拱肋可以加入小直徑鋼管，能夠有效改善拱肋的抗彎性能，若拱橋跨徑處于100 m以上，則更加使用多管桁式拱肋[1]。

2 大跨度公路橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策

2.1 大跨度橋梁整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化

由于大跨度橋梁多跨越高山河流，因此安全性成為了橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化中的重中之重，不管是橋梁結(jié)構(gòu)的承載力還是使用壽命方面都是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容，但與此同時(shí)也使得大跨度公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)與建設(shè)中難度與復(fù)雜性都普遍偏高。同時(shí)由于地理因素影響，大跨度公路橋梁很多為高次超靜定結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)在模擬計(jì)算中也可能會(huì)受環(huán)境因素、氣候因素、水文因素等多方面條件的制約，導(dǎo)致在橋梁施工過(guò)程中導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工面臨較大壓力。對(duì)此需要選擇合理有效的方法舉措來(lái)確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與使用壽命，對(duì)大跨度橋來(lái)那個(gè)工程的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，控制橋梁工程的設(shè)計(jì)難度，并在此基礎(chǔ)上控制建設(shè)成本，這也是大跨度橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要內(nèi)容之一。

2.2 大跨度橋梁局部設(shè)計(jì)的優(yōu)化

目前，橋梁工程設(shè)計(jì)建造技術(shù)以及建設(shè)材料的質(zhì)量都有了明顯提高，更多更先進(jìn)的技術(shù)工藝以及材料涌入市場(chǎng)，這也進(jìn)一步改善了原本橋梁工程體系的空缺和不足，改善橋梁工程結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性。大跨度橋梁工程的局部?jī)?yōu)化便是針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力位置和易損結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的針對(duì)性強(qiáng)化，在改善橋梁結(jié)構(gòu)安全性與承載力的基礎(chǔ)上加強(qiáng)橋梁跨越能力，也能有效控制橋梁工程的建造成本。目前我國(guó)的鋼材產(chǎn)能也有了明顯提升，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼材料應(yīng)用也越來(lái)越多，在原本橋梁結(jié)構(gòu)中自重較大且跨越能力不足的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更改鋼結(jié)構(gòu)梁體或鋼混疊合梁體，能夠有效減少梁體結(jié)構(gòu)自重，減少梁高的基礎(chǔ)上也加強(qiáng)了橋梁自身的跨度。公路大跨度斜拉橋與懸索橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也是根據(jù)這一方法而實(shí)現(xiàn)。針對(duì)橋梁跨徑比和垂直比等方面的深入分析，橋梁自

振頻率與結(jié)構(gòu)共振的探索，以及結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)推廣都為公路大跨度橋梁提高跨度、加強(qiáng)承載力、提高使用壽命等帶來(lái)了可靠支持[2]。

2.3 大跨度橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

自理想到設(shè)計(jì)，再到施工建設(shè)的一系列過(guò)程中，有關(guān)的因素較為繁多且復(fù)雜，針對(duì)大跨度公路橋梁上部結(jié)構(gòu)而言，設(shè)計(jì)與優(yōu)化是僑聯(lián)工程施工建設(shè)改良環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵，因此設(shè)計(jì)人員需要充分明確大跨度公路橋梁在設(shè)計(jì)與施工期間所面臨的技術(shù)性問(wèn)題，了解大跨度橋梁的最大承載能力，科學(xué)把控項(xiàng)目的建設(shè)成本等。針對(duì)一些比較復(fù)雜的地形或環(huán)境，大跨度公路橋梁工程需要結(jié)合自身結(jié)構(gòu)的跨度和轉(zhuǎn)彎半徑等現(xiàn)有因素進(jìn)行全方位考慮，選擇合理的梁體結(jié)構(gòu)，例如空心板高跨比相對(duì)更大，跨徑較小，在一些地勢(shì)較為平坦，跨度相比較小的地形條件下更加適用;T梁為開(kāi)口斷面，抗彎性稍有不足，比較適合地形陡峭，跨度中等的平直路段;等截面箱梁的抗彎性能較為優(yōu)秀，比較適合跨度中等的平直路段，或轉(zhuǎn)彎半徑較小路段等。變截面懸臂梁跨徑相比更大，整體抗彎能力更強(qiáng)，比較適合跨度較大且轉(zhuǎn)彎半徑較小的路段。橋梁上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要全面發(fā)揮結(jié)構(gòu)的受力特征，分析不同梁體的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件來(lái)進(jìn)行選擇，保證大跨度公路橋梁結(jié)構(gòu)特性以及使用性能可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

2.4 大跨度公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

大跨度公路橋梁的樁基和橋墩等結(jié)構(gòu)位置的設(shè)計(jì)以及數(shù)量設(shè)計(jì)都可能會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步改善橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，需要針對(duì)樁基與橋墩等結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在設(shè)計(jì)方面，需要結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的寬度來(lái)合理把控布設(shè)的寬度，橋梁可以選擇多橋墩的結(jié)構(gòu)形式，以此來(lái)提高橋梁的抗傾覆效果。并且橋墩設(shè)計(jì)也要合理控制橋梁結(jié)構(gòu)剛度，科學(xué)分配同一聯(lián)的墩頂力，使所有橋墩的作用都能展現(xiàn)出來(lái)。橋梁樁基的布設(shè)需要根據(jù)橋墩的布設(shè)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，同一橋墩下的樁基長(zhǎng)度與持力層需要盡量相符，根據(jù)地質(zhì)勘查工作的結(jié)果來(lái)計(jì)算和校驗(yàn)樁基[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，公路交通體系也越來(lái)越完善，大跨度公路橋梁作為交通體系中的關(guān)鍵構(gòu)成，進(jìn)一步探索橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，能夠提高公路橋梁綜合建設(shè)質(zhì)量，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展予以充分支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳飛，劉智.公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)闡釋[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（14）：87-88.

[2]隋春來(lái).公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計(jì)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（9）：96-97+100.

[3]戴暉.公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用[J].中華民居，2014（9）：247.