岳超

摘 要：交通运输业是促进社会经济发展的基础产业。为了保证交通运输行业的稳定发展，人们需要提高公路桥梁建设水平。我国地域辽阔，在公路桥梁建设中，大跨度桥梁应用越来越多。为了提高设计水平和建设质量，设计施工人员需要对公路桥梁中大跨度桥梁设计要点进行研究和分析。本文分析了不同类型大跨度桥梁的设计要点，提出了大跨度桥梁设计的优化措施。

关键词：公路桥梁;大跨度桥梁;设计要点

中图分类号：U442.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）26-0119-03

Abstract： The transportation industry is a basic industry that promotes social and economic development. In order to ensure the stable development of the transportation industry， people need to improve the level of highway and bridge construction. China has a vast territory， and there are more and more applications of large-span bridges in highway bridge construction. In order to improve the design level and construction quality， design and construction personnel need to research and analyze the key points of the design of large-span bridges in highway bridges. This paper analyzed the design points of different types of long-span bridges， and proposed optimization measures for the design of long-span bridges.

Keywords： highway bridge;long span bridge;design points

隨着我国经济的快速发展，大跨度桥梁需求不断增加，近些年来，我国加大了对大跨度桥梁的研究力度。虽然随着大跨度桥梁建设规模的扩大及建设技术水平的提高，相关的设计、建设理论越来越完善，但是因受施工环境、人为因素、技术性难题等因素影响，大跨度桥梁设计中仍然存在部分问题。为了改善大跨度桥梁设计过程中存在的薄弱环节，设计人员需要根据大跨度桥梁的相关理论进行技术创新研究，遵循“安全、舒适、经济、美观”的原则，抓住设计重点，完善优化设计方案，使大跨度桥梁建设成效更加显著。

1 不同类型大跨度桥梁的设计要点

1.1 大跨度悬索桥设计

在大跨度桥梁设计中，悬索桥的建设是桥梁建设技术水平提升的重要标志。在一些高山地区，跨度比较大的公路桥梁建设中，悬索桥应用比较普遍，其具有广阔的应用前景。悬索桥的结构设计比较特殊，在大跨度悬索桥设计过程中，桥塔设计水平会直接影响桥梁的承载能力。悬索桥的桥塔可以依据工程情况设计为两个，而两个桥塔可以将悬索桥分为中跨与边跨两部分。桥塔设计中需要特别注意桥塔的位置，可以根据桥梁的长度对桥塔位置进行科学确定。通常，中跨以及边跨的设计比值为2∶1或者4∶1。而桥梁的垂直比为1∶6或者1∶7。在实际设计过程中，设计人员要根据桥梁施工实际需求，实时对具体比例进行适当调整[1]。

1.2 大跨度拱桥设计

大跨度拱桥在我国早期公路桥梁建设中应用较多，随着我国公路建设事业的发展，大跨度拱桥由于其自身特点慢慢满足不了跨度范围较大的工程，大跨度拱桥主要应用于500 m以下的跨度桥梁中，一般城市公路桥梁及在V字形山谷跨越中应用较多。以大跨度简支拱桥设计为例，在设计时应利用Midas-civil有限元软件，建立简支拱桥支架的计算模型，通过支架应力及挠度验算，确定支架系统各部位变形、应力、应变满足规范设计强度、刚度的要求，进一步确定大跨度简支拱桥支架设计的合理性。随着钢筋混凝土结构的应用发展，钢筋混凝土结构与拱桥结构组合的应用越来越广泛，这种拱桥结构的承载力比较强，并且施工工艺相对简单[2]。

1.3 大跨度斜拉桥设计

一般情况下，在200～800 m的沟谷或者河流跨越桥梁建设中，大跨度斜拉桥的应用比较普遍。在大跨度桥梁施工过程中，大跨度斜拉桥的主要优势是稳定性和承载力比较强，并且具有较强的跨越能力。大跨度斜拉桥主要包括主梁、索塔以及斜拉索三部分。主梁提供弹性支承力，受力的跨度比较小。索塔是景观设计中的重要元素，索塔可依据施工情况及景观展现要求设计成V形或倒Y形。斜拉索在大跨度斜拉桥中起到将主梁荷载传递给索塔的作用，由钢索、锚具、减震装置及保护措施组成。因此，在对该类型大跨度桥梁进行设计时，要充分考虑大跨度桥梁跨越情况，对主梁、索塔、斜拉索进行组合。大跨度斜拉桥当前应用较广，下文将设计中的要点做详细的阐述。

主梁是大跨度斜拉桥中的主要部件之一，是桥梁中重要的传递荷载与支撑部件。目前，大跨度桥梁设计应用的主梁加劲梁包括叠合梁、混凝土梁、钢梁以及混合梁等。其中，叠合梁的有效应用可以减少桥梁结构的占用高度。混凝土梁利用混凝土材料制作而成，其承载力以及刚度都能够满足桥梁建设要求。钢梁主要是以钢材料制作而成的主梁。在对大跨度桥梁主梁进行设计时，要根据桥梁应用要求选择主梁结构形式，并对主梁材料、施工技术进行优化设计，以保证主梁施工质量[3]。

在斜拉索桥梁中，拉索作为主要支撑，使用的是柔性结构。在应用过程中，如果受到外部作用力，这种结构会出现振动情况。例如，其在风雨天气中很容易受风雨影响，拉索之间会出现耦合振动或者自激振动，这些振动情况都会导致拉索锚固产生连锁振动反应，会影响拉索的使用寿命，甚至会对桥梁使用安全产生一定影响。因此，在进行拉索优化设计时，要重视其动力设计工作。

大跨度斜拉桥的非线性条件和收缩徐变存在一定变化，不管是利模标高还是斜拉索力，都会对桥梁的线性产生一定影响，因此需要对索力进行合理确定。这是确保桥梁结构安全的重要基础，同时是确定桥梁施工材料用量的重要保障。现阶段，桥梁索力设计可以参照以下调整理论：针对定位仪状态的索力设计可以利用零位移或者支撑连续梁等方法完成调整工作;在设计约束索力时，要坚持用索量最小的原则;对不存在约束的索力进行设计时，遵循弯矩最小方法，达到设计目的;应用影响矩阵法时，计算不同加权条件下的优化结果，获取不同目标函数。利用获取的数据结果，可以对桥梁索结构的合理性进行准确评价，并且可以完成在大跨度桥梁施工过程中的索力调整工作[4]。

在对索塔进行设计时，要依据工程要求及施工条件对塔高进行科学确定[5]。大跨度橋梁的索塔不能过高，太高会导致施工难度增加，并且会增加工程造价。而索塔过低会影响索塔的工作效率，并且会导致拉索受力受到影响。

2 优化大跨度桥梁设计的策略

根据公路桥梁设计优化的相关理论，在对大跨度桥梁的一些计算量进行应用时，要以变量方式使用，然后利用计算公式实现大跨度桥梁的预定要求，最终获取整体设计方案。在对大跨度桥梁进行设计时，可从以下方面出发，优化设计方案。

2.1 从桥梁整体结构着手优化设计方法

对整体结构进行优化时，可以利用容许应力设计方法。在我国现代设计理论快速发展的过程中，采用概率法、半概率设计方法以及全概率设计方法，都可以有效增强大跨度桥梁结构的可靠性。在对桥梁结构中存在的不确定因素进行描述时，利用定量分析方法对安全性指标和竞技性指标进行确定，这样有利于协调桥梁安全性和经济性需求，达到大跨度桥梁设计的最优目标，确保大跨度桥梁设计的应用价值。为了提高桥梁的实用性，还要根据具体情况建立桥梁结构优化模型。对建立的模型进行分析，可以保证结构的优化效果。在实际施工中，要根据具体的桥梁建设需求确定最优算法，确保分析结果的准确性，从而提高大跨度桥梁设计水平。目前使用的优化算法种类比较多，如数学规划法、最优准则法以及仿生学法，合理选择优化算法是提高结构优化设计最终效果的基础[6]。

2.2 上部结构优化设计要点

在大跨度桥梁上部结构优化设计的过程中，必须根据桥梁工程的具体情况，充分考虑整个桥梁的承受力、施工技术的经济性，有效保证上部结构设计的合理性。其间需要从以下方面出发，对不同桥型进行合理选择。

2.2.1 空心板结构桥型。这种桥梁形式施工工艺比较简单，能够提高施工效率，降低工程投入成本。但是，该桥型跨径比较小，桥梁高大，如果将其应用在一些深沟桥梁中，会导致高跨比例不统一、不协调而影响桥梁结构的稳定性。该桥梁形式的上部结构不能符合路线比较小的半径和大超高线形，在高墩数量不断增加的过程中，会导致桥面伸缩缝增加，影响行车安全和舒适性[7]。该桥梁结构形式不能应用在大跨度的山区桥梁中，一般应用在地形平缓、填土较低的中型桥梁工程或者小型桥梁工程中。

2.2.2 预制拼装的多梁式T梁。在一些中等跨径的桥梁施工过程中，该桥梁结构形式的应用比较普遍。其施工成本比较低，施工技术比较简单。与整体箱梁相比，其工程造价具有明显的优势。但是，在一些曲线梁施工过程中，T梁是一种开口断面的桥梁形式，桥梁抗扭和平衡承受能力比较低。此外，曲梁弯矩作用会使桥梁下部结构产生较大不平衡力，影响桥梁下部结构的稳定性和承载力。在曲线桥弯曲程度比较小的情况下，曲线T梁可以作为直梁进行设计应用。在施工时，要使用翼缘板宽度对桥梁平面线形进行调整，有效缓解曲梁弯矩作用[8]。

在大跨度桥梁上部结构优化设计中，需要注意的是，在选择桥梁形式时，除了考虑桥梁形式是否与大跨度桥梁建设要求相符合之外，还要考虑施工技术是否可行，施工成本是否在预期范围内，这样才能提高桥梁工程的建设效益。

2.3 下部结构优化设计要点

在对大跨度桥梁下部结构进行优化设计时，设计人员不仅要优化结构形式，更要基于有关勘测设计规范，明确施工技术要点。例如，在传统的下部结构施工过程中，使用的技术是将施工模板与施工平台连接，使两者成为一个整体。这种方式在早期施工过程中比较方便，但是施工进入一定阶段后，施工难度会增加。随着施工技术的发展，当前，大跨度桥梁下部结构中使用的施工技术是翻模技术，施工人员需要先在模板支架上固定施工平台，并使用塔吊完成桥梁下层模板和平台吊装作业，然后拆卸下层模板，并且进行上层模板平台的安装和测量。对翻模技术进行充分利用，可以有效分离施工模板和施工平台，使模板和平台成为互相独立的个体，在桥梁每隔5 m的地方可以形成新的施工平台，不仅能够提高施工效率，而且可以保证施工的便捷性[9]。因为墩台塔吊的工作区间始终位于直角坐标系中，并且会沿着直线运动，所以翻模技术能够有效简化桥梁施工流程，保证墩台桥梁模板的施工质量，防止其出现裂缝或者扭矩问题。除此之外，翻模技术还能够提高桥梁混凝土墩台的美观性。

3 结语

在我国交通运输行业快速发展的过程中，公路桥梁建设有着至关重要的意义。公路桥梁本身是我国公路交通体系的重要组成部分，对我国交通运输事业的发展有积极的推动作用。随着我国公路桥梁建设技术的不断发展，大跨度桥梁建设数量和规模不断增加，促进了我国社会经济的发展。因此，在大跨度桥梁建设过程中，人们要掌握大跨度桥梁设计要点，根据不同类型的大跨度桥梁结构对大跨度桥梁设计进行优化。这样才能够提高大跨度桥梁设计水平，保证设计方案的科学性与合理性，为后续施工提供可靠指导，提高大跨度桥梁建设水平，从而使大跨度桥梁在我国公路运输事业中发挥重要作用。

参考文献：

[1]周明星.公路桥梁中大跨度桥梁设计要点分析[J].城市建设理论研究，2019（12）：125.

[2]李宇锋.公路桥梁中大跨度桥梁设计研究[J].交通世界（建养机械），2016（10）：96-97.

[3]王子健.大跨钢梁斜拉桥索梁锚固结构空间受力行为及设计优化研究[D].成都：西南交通大学，2015.

[4]谢小华.公路桥梁中大跨度桥梁设计研究[J].建材发展导向，2017（14）：128.

[5]周丹.公路桥梁中大跨度桥梁设计分析[J].中国科技投资，2018（26）：43.

[6]陈飞，刘智.公路桥梁中大跨度桥梁设计要点阐释[J].中国新技术新产品，2019（14）：87-88.

[7]黎善武.基于原型监测和机器学习的大跨度桥梁涡激振动研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

[8]王元清，邢继胜，李运生.曲线钢-混凝土组合梁桥的跨度与桥梁刚度及设计跨高比相关关系[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2009（5）：899-903.

[9]张宇光.大跨度桥梁设计要点与优化策略[J].城市建设理论研究，2019（17）：137.