關(guān)于大跨度橋梁設(shè)計(jì)研究

左魯　張銳

摘 要：本文以橋梁項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作展開相關(guān)分析和研究重點(diǎn)，提出大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)不同類型的大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)進(jìn)行闡述，同時(shí)提出針對(duì)性的大跨度橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化工作策略，從根本上提高大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性與合理性，提高橋梁工程結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)人們的日常出行提供出重要的安全保障，同時(shí)為后續(xù)類似橋梁工程設(shè)計(jì)工作提供必要的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：大跨度;橋梁;設(shè)計(jì)

在近幾年的發(fā)展過程中，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，大跨度橋梁工程項(xiàng)目在公路交通工程建設(shè)施工當(dāng)中應(yīng)用非常普遍，同時(shí)所表現(xiàn)出的效果比較明顯。當(dāng)前，我國(guó)正在不斷加大大跨度橋梁工程項(xiàng)目的研究工作力度，隨著大跨度橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工規(guī)模的不斷擴(kuò)張，并且在橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)施工水平方面也在快速提升，與之相關(guān)的設(shè)計(jì)理論以及配套工程技術(shù)也日漸完善。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)工作過程中，由于受到工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、環(huán)境條件、人文性因素以及后續(xù)工程建設(shè)存在的各種技術(shù)性難題等多方面因素的干擾，在大跨度橋梁公司項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作中，仍然存在比較多的問題沒有得到有效解決。

1 不同形式大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)分析

1.1 大跨度懸索橋設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

在大跨度橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作過程中，懸索橋建設(shè)施工是橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工當(dāng)中非常重要的組成部分，是我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作提升的重要發(fā)展標(biāo)志，尤其在我國(guó)一些山區(qū)地質(zhì)條件下，經(jīng)常會(huì)受到地形條件因素的影響進(jìn)行大跨度橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)。通過大跨度懸索橋結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計(jì)，在整個(gè)地形條件的適應(yīng)性方面更加優(yōu)良，同時(shí)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。在大跨度懸索橋設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，橋塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作水平直接關(guān)系到整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，對(duì)于懸索橋的橋塔而言，可以根據(jù)項(xiàng)目工程的實(shí)際環(huán)境和地質(zhì)條件情況，將其設(shè)置成兩個(gè)橋塔，兩個(gè)橋塔可以將懸索橋劃分成中跨和邊跨兩個(gè)重要的組成部分。在橋塔設(shè)計(jì)工作當(dāng)中必須要充分重視橋塔的位置選擇，需要根據(jù)橋梁的實(shí)際長(zhǎng)度情況，對(duì)橋塔的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行確認(rèn)。通常情況下，在大跨度懸索橋設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，中跨和邊跨的設(shè)計(jì)比值大小分為2：1和4：1，而對(duì)于橋梁的垂直比可以將其設(shè)置成1：6或者1：7，在具體設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要基于橋梁工程項(xiàng)目的實(shí)際建設(shè)要求，對(duì)整個(gè)橋梁的構(gòu)成比例進(jìn)行合理調(diào)整[1]。

1.2 大跨度拱橋設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

大跨度拱橋在我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目當(dāng)中的占比量相對(duì)較大，在我國(guó)各個(gè)不同地區(qū)都有所應(yīng)用。在我國(guó)公路橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)的不斷向前發(fā)展，大跨度拱橋結(jié)構(gòu)應(yīng)為自身所獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特性，經(jīng)常會(huì)受到一些大跨度地形條件因素的限制，而無法發(fā)揮出應(yīng)有的功能和效果，其中大跨度拱橋結(jié)構(gòu)主要使用在一些500 m以下的跨度橋梁工程項(xiàng)目當(dāng)中。

以我國(guó)某地區(qū)一處大跨度簡(jiǎn)支拱橋項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作為例展開分析和研究，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，通過使用Midas-civil 有限元軟件來進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)和分析，有效建立起支拱橋支架結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析模型，同時(shí)通過有限元軟件的進(jìn)一步分析之后，可以有效得到橋梁工程結(jié)構(gòu)的各環(huán)節(jié)應(yīng)力受力以及橋梁撓度大小，有效確認(rèn)支架結(jié)構(gòu)各部位所存在的變形和應(yīng)力受力問題，同時(shí)需要有效滿足橋梁工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)計(jì)工作強(qiáng)度以及橋梁剛性程度的設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高大跨度簡(jiǎn)支拱橋設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。隨著我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作不斷優(yōu)化和完善，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和拱橋結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)這種拱橋結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力相對(duì)較高，在整個(gè)工程施工工藝流程上比較簡(jiǎn)單，因此在橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)工作中應(yīng)用非常普遍[2]。

1.3 大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)工作分析

對(duì)于大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)工作而言，通常情況下在一些寬度范圍在200 m～800 m的溝谷地帶，或者是河流跨越橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)施工當(dāng)中應(yīng)用非常普遍。在大跨度斜拉橋梁項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，該橋梁結(jié)構(gòu)形式所表現(xiàn)出的主要優(yōu)勢(shì)，在于橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較強(qiáng)、承載能力更高，同時(shí)對(duì)于一些大跨度的溝谷和河流具有較強(qiáng)的跨越性效果。在大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，主要的構(gòu)成部分包含主梁索塔以及斜拉索等幾大重要的組成部分，主梁結(jié)構(gòu)所提供出的彈性支撐力受到力的跨度影響相對(duì)較小，索塔的整體美觀性相對(duì)較高，在景觀設(shè)計(jì)工作中，對(duì)索塔的元素應(yīng)用效果非常明顯。索塔可以基于項(xiàng)目工程的實(shí)際施工情況以及景觀設(shè)計(jì)工作要求，可以將其設(shè)置成“V”字型或者倒“Y”型。在大跨度斜拉橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，通過斜拉索的使用所起到的主要作用，是將主橋梁的荷載作用力直接傳遞到索塔部分，同時(shí)通過各種錨索錨具減震裝置，以及各種防護(hù)措施等環(huán)節(jié)所構(gòu)成。因此，在針對(duì)此類大跨度橋梁項(xiàng)目工程進(jìn)行設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，必須要有效考慮到大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的整體跨度大小，同時(shí)必須要有效做好主梁結(jié)構(gòu)、索塔結(jié)構(gòu)、斜拉索結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)工作。

2 大跨度橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)工作策略分析

2.1 橋梁整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作方法

在進(jìn)行大化度橋梁項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，必須要對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)展開全面優(yōu)化和設(shè)計(jì)，可以通過使用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)工作方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)前在我國(guó)現(xiàn)代橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論快速發(fā)展背景下，通過使用概率法、半概率設(shè)計(jì)工作方法和全概率設(shè)計(jì)方法，可以有效提高大跨度橋梁工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。同時(shí)在針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，針對(duì)一些不確定性因素進(jìn)行描述，通常情況下使用的是定量分析工作方法，對(duì)其中的各項(xiàng)安全控制工作指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，進(jìn)一步提高大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，要求對(duì)整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面優(yōu)化，確保大跨度橋梁工程項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)與應(yīng)用價(jià)值[3]。

為了進(jìn)一步提高大跨度橋梁整體結(jié)構(gòu)的實(shí)用性效果，在優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要基于實(shí)際的橋梁工程建設(shè)情況，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。通過模型分析工作方法，可以保證橋梁各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以及不同組成部分設(shè)計(jì)工作的全面優(yōu)化和改進(jìn)。在具體的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作中需要有效結(jié)合項(xiàng)目工程，所處地形條件情況以及橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)成情況，有效確認(rèn)其中的最優(yōu)算法，充分保證橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作結(jié)果的科學(xué)性與合理性，以此來進(jìn)一步提高大跨度橋梁工程項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)工作效果和水平。當(dāng)前在大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，比較常用的優(yōu)化算法以及設(shè)計(jì)工作方式比較復(fù)雜。比如，可以通過數(shù)學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作方法、最優(yōu)化準(zhǔn)則法以及仿生學(xué)設(shè)計(jì)工作方法等，通過這些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用，可以對(duì)大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，全面提高大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 大跨度橋梁上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

在針對(duì)大跨度橋梁工程項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，需要基于橋梁工程項(xiàng)目的實(shí)際狀況，有效考慮到整個(gè)橋梁工程的承載能力以及施工技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性效果，充分保證大跨度橋梁結(jié)構(gòu)上部設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。比如，對(duì)于空心板結(jié)構(gòu)形式的橋梁，在整個(gè)施工工藝的組成上相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)可以進(jìn)一步提高項(xiàng)目工程的施工效率與穩(wěn)定性，前期的經(jīng)濟(jì)成本投入量相對(duì)較低，但是對(duì)于這種橋型跨境范圍相對(duì)較小，同時(shí)橋梁高度相對(duì)較大，在一些深溝地質(zhì)條件下進(jìn)行使用，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高化比例不統(tǒng)一、橋梁結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)等情況，對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成了不同程度的干擾。這種橋梁結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)無法充分符合路線，相對(duì)比較小的半徑或者是一些大型的超高線性條件，在橋梁高端數(shù)量不斷上升的條件下，很容易會(huì)造成橋面伸縮縫數(shù)量的增加，因此會(huì)進(jìn)一步影響到整個(gè)行車的安全性和舒適度。通過該橋梁的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，不能直接使用在一些跨度相對(duì)較大的山區(qū)地形條件當(dāng)中，通常情況下在我國(guó)一些地形結(jié)構(gòu)構(gòu)成相對(duì)比較平緩、填土量較低的中型橋梁工程項(xiàng)目工程當(dāng)中應(yīng)用比較普遍[4]。

2.3 橋梁下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)

在針對(duì)大跨度橋梁工程項(xiàng)目下一步結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)工作過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員不單需要對(duì)下步結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成形式進(jìn)行全面優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)還需要充分基于相關(guān)勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)工程施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行充分明確。比如，在我國(guó)一些傳統(tǒng)的大跨度橋梁項(xiàng)目工程建設(shè)工作當(dāng)中，所使用的設(shè)計(jì)手法主要是基于施工模板和施工平臺(tái)之間的有效銜接，將兩者設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)方式在一些早期施工當(dāng)中應(yīng)用效果比較明顯，但是隨著工程的不斷向前推進(jìn)，在后續(xù)階段的工程建設(shè)過程中會(huì)存在一定的工作難度。隨著我國(guó)橋梁工程項(xiàng)目的進(jìn)一步向前發(fā)展，現(xiàn)階段在大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，下部結(jié)構(gòu)通常情況下采用的是翻模施工技術(shù)方法，相關(guān)工作人員需要在橋梁下部結(jié)構(gòu)的模板支架表面固定，施工平臺(tái)同時(shí)有效使用塔吊設(shè)備，完成橋梁結(jié)構(gòu)下層模板與平臺(tái)吊裝工作，然后直接拆卸掉下層部分的模板，同時(shí)需要對(duì)上層模板的平臺(tái)進(jìn)行有效安裝與測(cè)量工作。在此工作當(dāng)中必須要充分發(fā)揮出翻模技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)，有效分離施工模板和施工平臺(tái)，同時(shí)保證模板和平臺(tái)相互之間形成獨(dú)立存在的單體結(jié)構(gòu)，同時(shí)橋梁下部結(jié)構(gòu)需要每間隔5 m設(shè)置一個(gè)新的工作平臺(tái)。通過這種下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作方法，不但可以進(jìn)一步提高大跨度橋梁整體建設(shè)效率，同時(shí)在整個(gè)工程施工的便捷程度上也會(huì)得到進(jìn)一步提升。

3 結(jié)語

綜上，為了解決大跨度橋梁項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作中存在的各種問題，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要基于大跨度橋梁工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)理論，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵要點(diǎn)進(jìn)行全面創(chuàng)新與優(yōu)化，在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中需要有效遵循安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等設(shè)計(jì)工作原則，對(duì)大跨度橋梁設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行全面把控，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目建設(shè)單位的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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