公路橋梁中大跨度橋梁設(shè)計研究

黨永生

(甘肅公路航空旅游研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

1 大跨度橋梁結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的發(fā)展

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,長橋的建設(shè)在20 世紀(jì)末達(dá)到了頂峰。大跨徑橋梁的類型多種多樣,包括斜拉橋、懸索橋、拱橋、懸臂桁架橋和全纜橋、電纜橋,固定的兩個懸索橋混合系統(tǒng)橋、電纜桁架橋和其他新型橋。世界上最大的懸索橋是建于1998 年的明石海峽大橋(主跨1991m),以及世界上最大的斜拉橋日本塔塔拉橋(主跨：890m),建于1999 年。懸索橋是倫陽市長江上的公路橋梁,主跨1490m,居世界懸索橋第三位。湖北荊州長江公路大橋是世界上第三座主跨為500m 的斜拉橋和第二座預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。當(dāng)前的橋梁技術(shù)已經(jīng)能夠解決現(xiàn)有問題,但是隨著橋梁跨度的不斷增加,它們正在向更長,更大和更靈活的方向發(fā)展,以確保穩(wěn)定性、耐用性、易操作性和易構(gòu)造性。

設(shè)計橋梁工程結(jié)構(gòu)的過程是一種處理橋梁結(jié)構(gòu)的安全性(可靠性,耐久性)、適用性(功能要求和易操作性)、經(jīng)濟(jì)性(包括建筑和維護(hù)成本)的方法。在傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中,設(shè)計人員需要根據(jù)設(shè)計要求和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)制定設(shè)計計劃,參考類似的橋梁工程設(shè)計,然后計算強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。但是,由于設(shè)計者經(jīng)驗(yàn)的限制而確定的最終解決方案通常不是理想的最佳解決方案,而只是在有限數(shù)量的解決方案中接近最佳解決方案的可行解決方案。橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論是傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的重大進(jìn)步,也是現(xiàn)代橋梁設(shè)計的目標(biāo)。設(shè)計計算中包括的所有定量部分均表示為變量,以構(gòu)成所有結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行系統(tǒng)域,前提是滿足規(guī)格和法規(guī)要求,并使用數(shù)學(xué)方法根據(jù)預(yù)定要求構(gòu)建最佳系統(tǒng)。

2 大跨度橋梁的優(yōu)化設(shè)計

2.1 索塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

太高的塔會增加施工難度并增加工程成本。如果塔架太低,電纜的工作效率將降低,作用在電纜和主梁上的力也會增加。因此,僅優(yōu)化塔架的高度是不經(jīng)濟(jì)的,需要與其他部件一起考慮。同時,為確保長橋設(shè)計的合理性,有必要注意塔架的結(jié)構(gòu)形式,電纜的固定形式,塔架力的合理性,電纜的形式以及錨固點(diǎn)的分布。

2.2 動態(tài)優(yōu)化斜拉索或主纜

當(dāng)前,在公路橋梁的設(shè)計和建造中,在大跨度橋梁的設(shè)計中出現(xiàn)了許多新的橋梁類型,例如全纜橋,長懸架混合動力系統(tǒng)等。這些新型橋具有共同的特征。即,它們?nèi)坑呻娎|支撐,并且橋面板相對柔性,從而使其成為柔性結(jié)構(gòu)。在敷設(shè)電纜的過程中,由于外部激勵會產(chǎn)生大的振動。例如,當(dāng)有風(fēng)和雨時,風(fēng)和雨的振動現(xiàn)象,電纜和主梁之間的耦合振動導(dǎo)致電纜的數(shù)據(jù)共振和磁激勵振動。但是,電纜的大范圍振動很容易在電纜的固定端引起疲勞,從而縮短了電纜的使用壽命。如果情況嚴(yán)重,甚至可能威脅到橋梁的安全。因此,在大跨度橋梁的優(yōu)化設(shè)計過程中應(yīng)注意動力問題的設(shè)計。

3 公路橋梁大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

3.1 簡支空心板結(jié)構(gòu)橋型的應(yīng)用

公路橋梁大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計還包括大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計,在選擇上層建筑類型時,必須根據(jù)公路橋梁的實(shí)際施工情況綜合考慮力學(xué)性能,經(jīng)濟(jì)可行性和施工工藝難度。相對而言,簡支式空心板結(jié)構(gòu)的橋梁類型,施工技術(shù)較為成熟,施工方便,但這種橋梁跨度較小,梁較長。由于橋梁的跨度受到某些限制,因此可能會導(dǎo)致橫跨溝渠的橋梁的高寬比不一致,并且外觀也不佳。上層建筑不能滿足超高線,公路橋徑半徑較小,高墩數(shù)增加,橋面擴(kuò)展裂縫較多,橋梁的使用條件相對較差。因此,在跨度較大的山區(qū),這種橋型橋梁通常用于填土量少,地形相對平坦的中小型橋梁。

3.2 預(yù)制和組裝的多梁T 形梁應(yīng)用

預(yù)制和組裝的多梁T 形梁在中型橋梁上的應(yīng)用具有比集成箱梁更低的建造成本和更低的工程成本的特點(diǎn)。在中等直徑之間的直梁橋中,預(yù)制的多光束T 型梁是一種廣泛使用的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)。但是,與彎曲梁相比,T形梁是敞開的,并且抗扭力和梁的平衡性比箱形梁差,因此彎曲梁的彎矩在橋的下部產(chǎn)生了更大的不平衡力。但是,當(dāng)彎曲橋的曲率較小時,應(yīng)將彎曲T 型梁橋設(shè)計為直梁,并且可以通過法蘭板的寬度調(diào)整平面線性度,從而可以減少彎曲梁的彎曲和扭曲。在某種程度上,它可以有效地彌補(bǔ)彎曲T 型梁橋的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的缺點(diǎn)。弧形橋的直線部分受靜載荷和活載荷之間的不平衡影響,但存在位移曲線,但與彎曲梁相比較小。因此,在大跨度橋梁的設(shè)計過程中,可以采取措施加強(qiáng)側(cè)向連接,以提高公路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性。但是,對于大跨度的橋梁,最好懸臂注入箱形梁。對于中型橋梁,無論采用哪種方法來建造箱梁橋,都將導(dǎo)致高成本,相對預(yù)制和組裝的多梁T 型梁是一種更好地應(yīng)用。

3.3 子結(jié)構(gòu)設(shè)計

下部結(jié)構(gòu)必須能夠滿足上部結(jié)構(gòu)的支撐要求,同時必須與上部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致,并且外觀必須均勻排列。根據(jù)墩的上部結(jié)構(gòu)和高度,墩采用多種形狀,例如柱墩,空心箔墩和雙薄墩。支柱墩目前廣泛用于公路橋梁,其重量輕,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,施工方便快捷,外形輕巧美觀。在高墩的情況下,除了要計算承載能力和可使用性極限條件檢查外,還應(yīng)強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性分析。對于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)或連續(xù)剛性橋梁,每個墩的穩(wěn)定性受相鄰墩的約束影響,因此應(yīng)考慮整個橋或至少一個連接進(jìn)行分析。穩(wěn)定性分析中的一個中心問題是確定零件在各種可能的載荷和邊界條件下的臨界載荷。以下是連續(xù)光束的示例。梁與墩之間的板狀橡膠軸承,作用在梁主體上的水平力H(車輛制動力和溫度影響等)通過軸承與梁與墩接觸面的摩擦阻力傳遞到墩。但是在軸向力和墩體重量的影響下,墩頂繼續(xù)產(chǎn)生附加變形,從而使板支撐傳遞原始水平力。橋梁的功能轉(zhuǎn)變?yōu)榈挚苟枕敳亢愣ㄗ冃蔚哪芰?首先將支撐的原始剪切變形恢復(fù)為零,然后逐漸達(dá)到相反的狀態(tài)。

4 優(yōu)化策略

4.1 局部優(yōu)化

大跨度橋梁的局部優(yōu)化可以有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。具體的優(yōu)化策略如下：首先,優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)中鋼筋梁的截面積,并將鋼梁和混凝土梁以恒定比例合并。梁,復(fù)合梁和混合梁的組合可以進(jìn)一步優(yōu)化增強(qiáng)型梁應(yīng)用的性能。其次,優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)主電纜的功率。該優(yōu)化方法主要應(yīng)用于斜拉橋結(jié)構(gòu)和懸索橋結(jié)構(gòu)。由于兩個橋結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)都用作無電纜結(jié)構(gòu),因此該橋結(jié)構(gòu)對外部影響非常敏感,并且跨度很大。這使設(shè)計人員可以在這種類型的橋梁結(jié)構(gòu)中使用電源電纜安裝。優(yōu)化以減少組合振動并提高穩(wěn)定性。第三,為了優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)中的橋臺,設(shè)計人員可以根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的具體情況適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化墩的數(shù)量,位置和強(qiáng)度。這樣,可以大大提高橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 整體優(yōu)化

與局部優(yōu)化相對應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法是全局優(yōu)化。從客觀的角度來看,大跨度橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜度很高,并且涉及許多參數(shù)和變量。因此,員工需要更多。要完全優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu),需要合理地結(jié)合局部優(yōu)化和一般優(yōu)化,并優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)的總體過程成本,施工技術(shù)和動態(tài)性能。同時,有必要保護(hù)腿部。根據(jù)結(jié)構(gòu)的基本功能特性,盡可能地改善了結(jié)構(gòu)的美感,并且通過結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化和景觀優(yōu)化來進(jìn)一步增強(qiáng)效果。橋梁結(jié)構(gòu)的一般建設(shè)。

4.3 上層建筑優(yōu)化

對于橋梁上部結(jié)構(gòu),它主要用于支撐整個橋梁結(jié)構(gòu)的重力。如果施工人員想要優(yōu)化大跨度橋梁的上部結(jié)構(gòu),則可以采取以下優(yōu)化措施：首先,對于某些空心板主橋結(jié)構(gòu),通常存在相關(guān)問題,例如跨度小和橋梁規(guī)格大,例如上層建筑半徑太大或承載能力不符合既定標(biāo)準(zhǔn)。針對這種情況,可以適當(dāng)?shù)販p少人員數(shù)量。大量的墩臺結(jié)構(gòu)可以有效地減少和消除潛在的橋梁結(jié)構(gòu)安全問題。其次,對于山區(qū)的一些大直徑橋梁結(jié)構(gòu),工作人員可以使用彎曲的梁或T 型梁來調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)的平面。這樣,對準(zhǔn)有效地減少了橋結(jié)構(gòu)的彎曲和變形,并提高了橋結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4.4 綜合調(diào)查與合作

圖1

在設(shè)計公路和橋梁時,設(shè)計單位和設(shè)計師必須注意整體測量和協(xié)作工作。僅憑原理是不夠的。有必要綜合研究各種因素對公路橋梁施工的影響,按照設(shè)計程序進(jìn)行深入分析和準(zhǔn)確計算,合理運(yùn)用實(shí)際數(shù)據(jù)。設(shè)計可靠且適應(yīng)性強(qiáng)的公路橋梁。例如,對于具有特殊地質(zhì)環(huán)境的工程項(xiàng)目,必須科學(xué)地規(guī)劃土方工程,并結(jié)合實(shí)際的環(huán)境設(shè)計計劃,并且必須使用施工技術(shù)以最大程度地減少誤差。在修建公路橋梁時,要充分考慮各種地質(zhì)復(fù)雜條件,不破壞周圍環(huán)境,建造適合實(shí)際地質(zhì)條件的公路橋梁,減少今后施工問題的發(fā)生,切實(shí)保證工程進(jìn)度。

5 山區(qū)公路橋梁的施工要求

5.1 在橋梁的設(shè)計中應(yīng)管理跨度與墩高之間的關(guān)系

就橋梁美學(xué)而言,跨度與墩高之間的關(guān)系理想情況下應(yīng)在0.618 與1 之間。即使從經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的角度來看,這種關(guān)系也是非常恒定的。當(dāng)然,由于復(fù)雜的地形變化,這些道路上的橋梁不能形成統(tǒng)一的形狀,仍然取決于某些當(dāng)?shù)貤l件。通過選擇20m 和40m 或30m 和40m 的組合跨度,可以進(jìn)行其他比較,并且可以為不同的照明配置選擇最合適的結(jié)構(gòu)。

5.2 全面實(shí)施支撐、防滑、減重、背壓、排水等工藝

首先,由于山脈復(fù)雜的地形,在雨季到來時,由于某些原因造成的破壞和滑坡經(jīng)常發(fā)生。必須迅速采取有效措施解決滑坡問題。某些措施包括排水,減重和背壓。在公路和橋梁項(xiàng)目的建設(shè)中,大多數(shù)滑坡發(fā)生在夏天,可以使用輔助施工方法(例如排水和支護(hù)工作)來避免滑坡問題并減少對滑坡穩(wěn)定性的破壞。此外,在滑坡質(zhì)押階段,應(yīng)采取預(yù)防措施,以盡可能防止滑坡,保護(hù)過程中的局部自然條件,并防止在施工期間因橋梁施工而引起的滑坡。

其次,在過去的工程實(shí)踐中,防滑擋土墻被廣泛使用,但是在一些項(xiàng)目的建設(shè)中,考慮到當(dāng)?shù)貤l件和項(xiàng)目的實(shí)際問題,決定使用更合理的防滑樁。與防滑擋土墻相比,防滑樁具有較強(qiáng)的防滑能力,易于施工,降低了施工成本。然而,在實(shí)際施工中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些滑坡的推力太大,防滑樁不滿足防滑要求,或者使用許多防滑樁既不經(jīng)濟(jì)也不合理。規(guī)劃時,可以根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況優(yōu)化計劃,使用帶有多根錨索的防滑銼。