駱興榮 厲玨

摘 要：本文在對大跨度橋梁設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)計理念分析的基礎(chǔ)上，介紹了大跨度拱橋、懸索橋及斜拉橋的設(shè)計要點，以期能夠為我國大跨度橋梁設(shè)計水平的提升提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;大跨度橋梁;設(shè)計

隨著我國公路橋梁建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，對大跨度橋梁設(shè)計工作進行研究，有利于我國橋梁設(shè)計與建設(shè)水平的不斷提升。盡管當(dāng)前大跨度橋梁設(shè)計與建設(shè)理論不斷完善，但受技術(shù)、人為、施工及材料等因素的影響，在橋梁設(shè)計中仍然存在諸多問題，這就需要設(shè)計人員在大跨度橋梁設(shè)計中，要抓住設(shè)計重點，對設(shè)計方案不斷優(yōu)化，設(shè)計出安全、美觀、經(jīng)濟、舒適的大跨度橋梁。

1 大跨度橋梁設(shè)計理念

近年來，隨著我國公路橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁長度越來越長，大跨徑橋梁在公路橋梁建設(shè)中應(yīng)用越來越多，而在橋梁建造技術(shù)不斷成熟的背景下，公路工程中可選用的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)類型也增多，如拱橋、懸索橋、斜拉橋、懸臂桁架橋等類型，如1998年建成的全世界最大懸索橋明石海大橋，主跨程度達(dá)到1 991 m，1999年建成的世界最大斜拉橋塔塔拉橋，主跨長度890 m，都成為橋梁建設(shè)史中的經(jīng)典[1]。在進行橋梁工程設(shè)計中，整個設(shè)計過程是否橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性、適用性不斷優(yōu)化的過程。傳統(tǒng)橋梁設(shè)計中，多數(shù)依靠的是設(shè)計人員的工作經(jīng)驗、設(shè)計要求，在對典型橋梁工程參考的基礎(chǔ)上，確定橋梁的剛度、強度及穩(wěn)定性，受設(shè)計人員主觀因素影響較大[2]。近年來，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論提出與應(yīng)用，為現(xiàn)代橋梁設(shè)計提供了目標(biāo)。借助模型、數(shù)學(xué)算法等，對橋梁最佳結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠有效進行構(gòu)建，滿足現(xiàn)代橋梁建設(shè)中穩(wěn)定性、易操作性、美觀性等需求。

2 大跨度公路橋梁設(shè)計要點

在大跨度橋梁設(shè)計中，不同跨徑的橋梁可選擇的橋梁類型也不同，如150 m～200 m跨徑，可選擇拱橋、矮塔斜拉橋、連續(xù)鋼構(gòu)橋等類型;200 m～500 m跨徑，可選擇拱橋、斜拉橋、梁式橋、懸索橋等類型;500 m～1 000 m跨徑，可選擇斜拉橋、懸索橋等類型;1 000 m～1 500 m跨徑，可選擇懸索橋、斜拉橋等類型。

2.1 大跨度拱橋設(shè)計

自我國公路橋梁開始大規(guī)模建設(shè)至今，多種橋梁類型不斷出現(xiàn)，而在早期大跨度拱橋比較常見，但隨著公路橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，大跨度拱橋因其自身存在的不足，如在跨度較大的山谷、河流中，大跨度拱橋并不適用，逐漸被其它橋梁所取代[3]。現(xiàn)階段，大跨度拱橋主要用于跨度不超過500 m的橋梁中，如在V字型山谷跨越、城市公路橋梁等施工中應(yīng)用較多。

2.2 大跨度懸索橋設(shè)計

公路橋梁設(shè)計中，橋梁類型比較多樣，懸索橋在公路橋梁設(shè)計中比較常見，適用于大跨度橋梁，隨著橋梁建設(shè)技術(shù)水平的提升，懸索橋標(biāo)志著我國橋梁建設(shè)水平的提升。在一些跨度較大的山區(qū)公路橋梁建設(shè)中，懸索橋的應(yīng)用前景非常廣闊。此類橋梁在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面具有自身的特殊性，橋塔設(shè)計水平對橋梁的整體承載能力會產(chǎn)生直接影響[4]。因此，在設(shè)計中，需結(jié)合工程實際情況，對懸索橋橋塔進行合理設(shè)計，通常設(shè)計兩個橋塔，將懸索橋分為邊跨、中跨兩個部分。在進行橋塔設(shè)計中，重點是根據(jù)橋梁的整體長度對橋塔的位置準(zhǔn)確、合理的設(shè)計，一般邊跨與中跨的設(shè)計比例為1：2或1：4，橋梁垂直比為6：1或7：1，當(dāng)然根據(jù)不同橋梁的不同特點，在懸索橋?qū)嶋H設(shè)計中，上述比例可適當(dāng)進行調(diào)整。

2.3 大跨度斜拉索橋梁設(shè)計

大跨度斜拉橋同樣也是當(dāng)前公路橋梁建設(shè)中，應(yīng)用比較普遍的一種橋梁結(jié)構(gòu)，具有承載力高、穩(wěn)定性強的特點，并且跨越能力較強，適用于跨度在200～800之間的河流、溝谷跨越橋梁建設(shè)中[5]。從大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)組成部分來看，主要分為三部分，即主梁、斜拉索、索塔。主梁受力跨度相對較小，主要提供了彈性承載力;索塔是橋梁景觀設(shè)計中的重點，通常設(shè)計為倒Y型或V型，具體根據(jù)橋梁景觀呈現(xiàn)效果及施工實際情況來確定;斜拉索是橋梁設(shè)計中關(guān)鍵的部分，該結(jié)構(gòu)的主要作用是將主梁荷載傳遞到索塔，由鋼索、減震裝置、錨具及保護措施等構(gòu)件組成。三個組成部分共同構(gòu)成大跨度斜拉索橋的整體，共同承擔(dān)橋梁的荷載作用，在設(shè)計中對三個部分要合理進行組合，充分考慮橋梁跨越情況及承載需求。具體設(shè)計方法如下：

首先，主梁。作為大跨度斜拉索橋中的主要組成部分，承擔(dān)著橋梁支撐與荷載傳遞的作用?，F(xiàn)階段，在進行大跨度斜拉索橋主梁設(shè)計中，主要采用主梁加勁梁的設(shè)計方法，包含混凝土梁、疊合量、混合梁及鋼梁等類型?；炷亮旱膽?yīng)用范圍更廣，原因是橋梁采用混凝土材料制成，不管是剛度、承載力等都能滿足橋梁建設(shè)要求，并且混凝土梁的建設(shè)成本相對較低，施工工藝也相對簡單;疊合梁最大的優(yōu)勢是對橋梁結(jié)構(gòu)的空間占用高度能有效減少;鋼梁則是在主梁制作時以鋼材料為原料，施工也比較簡單，但成本相對較高。在主梁設(shè)計中，不同主梁結(jié)構(gòu)的承載力、成本等都不同，各有優(yōu)勢與不足，所以需要根據(jù)不同主梁的施工技術(shù)、材料成本等因素綜合考慮后優(yōu)化選擇，以確保所選主梁結(jié)構(gòu)滿足橋梁建設(shè)要求。

其次，拉索。拉索作為斜拉索橋梁中的支撐結(jié)構(gòu)，以柔性結(jié)構(gòu)使用為主。從斜拉索橋梁的實際使用情況來看，因拉索屬于柔性結(jié)構(gòu)，受外力因素的影響下，拉索會出現(xiàn)振動的情況。如在暴雨、大風(fēng)等天氣環(huán)境下，拉索之間會出現(xiàn)自激振動、耦合振動等現(xiàn)象，在連鎖振動反應(yīng)作用下，拉索錨固效果容易受到影響，導(dǎo)致拉索的使用壽命縮短，甚至可能引起橋梁在使用過程中的安全性問題。所以，對拉索進行優(yōu)化設(shè)計是大跨度斜拉索橋梁設(shè)計中的重點，尤其是拉索的動力設(shè)計工作需要加以重視。

第三，索力。對于大跨度斜拉橋梁而言，其收縮徐變量、非線性條件等，都處于變化的狀態(tài)，不管是斜拉索力，還是立模標(biāo)高等因素，都會使橋梁的線性受到影響，所以合理確定索力是大跨度斜拉橋設(shè)計中的重點，目的是提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性?，F(xiàn)階段，在進行橋梁索力設(shè)計中，主要通過對支撐連續(xù)梁、零位移等調(diào)節(jié)的方法進行優(yōu)化;對約束索力設(shè)計中，以索力最小的原則為依據(jù)進行設(shè)計;如索力無約束時，在設(shè)計中為達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，需保證彎矩最小;對影響矩陣方法進行應(yīng)用時，對不同加權(quán)條件下進行計算并對結(jié)果進行優(yōu)化，借助不同的目標(biāo)函數(shù)獲得的結(jié)果，能準(zhǔn)確評價橋梁結(jié)構(gòu)是否合理，以此作為索力調(diào)整的依據(jù)。

最后，索塔。對塔高進行合理確定是索塔設(shè)計中的重點，實際設(shè)計中要按照施工條件、工程要求等因素進行確定。一般情況下，大跨度橋梁對索塔的高度要求不宜過高，否則不管是施工難度還是施工造價都會提升。但同時索塔的高度也不能過低，避免拉索受力、索塔工作效率受到影響。

3 結(jié)語

隨著公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，橋梁設(shè)計作為重點組成部分，對橋梁結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量及公路橋梁事業(yè)的發(fā)展都有直接影響。本文主要對當(dāng)前大跨度懸索橋、大跨度拱橋及大跨度斜拉橋等常用大跨度橋梁設(shè)計中的要點進行分析，以促使我國大跨度橋梁設(shè)計水平的不斷提升。

參考文獻(xiàn)：

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