公路桥梁中大跨度桥梁设计应用

公路桥梁中大跨度桥梁设计应用

陈兵强

中铁二院西北勘察设计有限责任公司，甘肃省兰州市 730000

摘要：随着我国城市建设的推进，道路桥梁建设日益增多。为了实现大跨度桥梁在公路桥梁中的重要作用，需要对大跨度桥梁进行科学合理的设计，以达到良好的应用。

关键词：公路桥梁；大跨度；桥梁设计

引言

大跨度桥梁是公路桥梁设计和建设的重要组成部分，在公路桥梁的使用中发挥着重要作用。为了保证公路桥梁的服务质量，在设计大跨度桥梁时应特别注意。相对来说，在选择桥型时，有一定的复杂性和难度。确定合理的桥梁设计方案和桥梁设置是影响公路桥梁建设工程造价和使用功能的重要因素。因此，公路桥梁建设单位应重视大跨度桥梁的设计。

1公路桥梁大跨度优化设计的应用

1.1简述大跨度桥梁优化设计的必要性

大跨度桥梁是公路桥梁的重要组成部分，有多种形式，比如悬索桥、悬臂桁架桥、斜拉桥、拱桥等。随着社会经济的发展，出现了许多新的桥型，包括斜拉桥、索桁桥、全索桥和斜拉-2悬索混合体系桥等。目前，我国公路桥梁的设计和建设已经得到了很好的发展，大跨度桥梁的设计，结构设计是为了保证桥梁结构的安全性、经济性、适用性和美观性^[1]。传统的桥梁设计受设计经验的限制，不能满足新的大跨度桥梁设计和施工的要求，因此有必要对大跨度桥梁进行优化设计，如图1所示。

图1 大跨度桥梁优化设计

1.2大跨度桥梁的优化设计

在公路桥梁的设计和施工中，大跨度桥梁的优化设计主要是以变量的方式反映设计计算中所涉及的全部工程量。需要以满足相关施工规范和规定为前提，形成一个以所有结构设计为可行方案的领域。通过一定的数学手段，根据公路桥梁的预定要求，可以得到最优的应用方案。虽然局部优化不等于全局优化，但有利于全局优化，可以促进桥梁结构的发展。目前，在公路桥梁大跨度优化设计过程中，主要优化内容包括：

1.2.1索塔结构优化

在公路桥梁建设过程中，在大跨度桥梁设计的优化中，索塔结构的优化是优化内容的一部分。索塔的优化主要是优化索塔的受力合理性和塔高。如果塔太高，会增加施工难度，增加工程造价。如果塔身过低，斜拉索的工作效率会降低，斜拉索和主梁的应力也会增大。因此，如果单独优化塔高是不经济的，需要和其他部分综合考虑。同时要注意塔体结构设计、索锚固形式、塔体受力合理性、索形式及锚固点分布等。从而保证大跨度桥梁设计的合理性。

1.2.2斜拉索或主缆的动态优化

目前，在公路桥梁的设计和建设中，大跨度桥梁的设计出现了许多新的桥型，如全缆索桥、斜拉悬挂混合体系等。这些新桥型有一个共同的特点，就是都是由拉索支撑，桥面比较柔软，属于柔性结构。在斜拉索的应用过程中，由于外界激励会产生较大的振动。比如有风雨天气时，风雨振动现象和拉索与主梁的耦合振动会引起拉索的数据共振和自激振动。

2公路桥梁大跨度结构设计的应用

2.1简支空心板结构桥型的应用

公路大跨度桥梁的设计也包括大跨度桥梁结构的设计。在选择上部结构形式时，应根据公路桥梁的实际施工情况，综合考虑其受力特点、经济性和施工技术难度。相对而言，简支空心板结构的桥型施工技术成熟，施工更方便。但是这种桥型跨度比较小，梁比较高。由于桥梁的跨度受到一定的限制，容易造成跨沟桥的高跨比不协调，不能起到良好的美学作用。上部结构无法符合公路桥梁路线的超高线和小半径，且高墩数量增多，桥面伸缩裂缝较多，桥梁行车条件相对较差^[2]。 所以简支空心板类桥梁通常应用在填方较低、地势相对平缓的地区，不适用于跨度较大的山区。

2.2 预制装配式T梁的应用

预制多梁T梁在中等跨径桥梁中的应用，具有施工方便、节约成本的特点，低于整体箱梁。在中等跨径的直梁桥中，预制装配式多梁T梁是一种广泛应用的大跨径桥梁结构。但T型梁与曲梁相比，属于开口截面，梁的抗扭和平衡受力能力较箱形梁差。曲梁的弯矩会对建筑物下部产生较大的不平衡力。但当弯桥弯曲程度较小时，弯T梁桥宜设计成直梁，平面线形可通过翼缘板宽度调整，可减小弯梁的弯扭效应。在一定程度上可以有效弥补曲线T梁桥在施工和受力上的不足。弯桥的直线设置部分虽然会受到恒载和活载不平衡的影响，有位移曲线，但与曲梁相比相对较小。因此，在大跨度桥梁的设计过程中，可以采用加强横向连接的措施来提高公路桥梁结构的整体性。

2.3大跨度桥梁下部结构的设计

大跨度桥梁下部结构设计时，需要满足上部结构对支撑力的要求。同时，大跨度桥梁下部结构的设计应保证与上部结构形状的协调，保持布局的统一性。目前，在公路桥梁的设计过程中，广泛采用柱式桥墩，柱式桥墩自重轻，结构稳定性好。而且具有施工快捷方便的特点，外形轻巧美观。对于高墩，不仅要验算桥梁在正常情况下的使用极限，还要保证桥梁承载力的计算^[3]。

此外，在桥梁下部结构的设计过程中，还需要保证其美学性能，实现下部结构与上部结构的协调发展，从而实现桥梁整体结构的美观与和谐。目前，在大跨度桥梁设计过程中，柱式墩是应用最广泛的下部结构。当时公路桥梁设计中广泛采用的墩式，具有自重轻、结构稳定性好的优点，在施工过程中没有难度，方便快捷，可以实现更美观的结构造型。但需要注意的是，桥墩具有一定的柔性，可以在一定程度上提高桥梁的承载能力。但是，这种灵活性必须有一个确定的值，才能使它在这个范围内变化。如果超过这个值，不仅不能提高承载能力，反而会降低竞赛的稳定性、安全性和耐久性，进而影响桥梁的整体质量。严重时可能发生安全事故。在设计过程中，为了防止这种情况的发生，在设计连续梁结构的桥梁或连续刚构的桥梁时，需要对每个柱式桥墩进行详细的稳定性分析，分析其稳定性的影响因素，选取全桥或至少一个梁作为分析对象，获取相关数据。满足设计中的稳定性要求，才能继续施工作业，否则必须发现安全隐患，避免各类安全事故的发生。

结语

在公路桥梁建设过程中，大跨度桥梁的设计起着至关重要的作用，是影响公路桥梁建设质量和使用寿命的关键因素。在设计大跨度桥梁时，大跨度桥梁的优化设计和结构设计可以保证设计功能的充分发挥。

参考文献：

[1]朱剑.大跨度桥梁设计在公路桥梁中的应用[J].民营科技，2012（12）：203～205.

[2]卢剑桥.山区公路大跨度桥梁设计关键问题的探讨[J].科技创新导报.2012.（14）：53～55.

[3]戎仕腾.大跨度桥梁施工技术要点分析[J].黑龙江交通科技.2013.（11）：183.