大跨度桥梁设计的设计要点与优化策略分析郑鹏

大跨度桥梁设计的设计要点与优化策略分析郑鹏

天津城建设计院有限公司第七分院浙江杭州310051

摘要:随着我国的综合国力显著增强,在世界上的影响力越来越大,国际地位显著提高,推动着我国的全面改革的进程不断加快,建筑行业的发展速度也是日新月异,在如今的桥梁施工过程中,大跨度桥梁的施工项目同之前相比变得越来越多,并且随着施工技术的不断提高和加强,桥梁的结构形式也变得越来越复杂和精细,在这样的背景下,广大的建筑行业工作者应该在对桥梁进行设计的过程中,对大跨度桥梁的设计要求和关键点进行准确的把握和思考,对桥梁设计的措施进行不断的革新和改进,以此来满足大跨度桥梁的施工要求,让大跨度桥梁能够的质量更加安全可靠。经受住人们的考验,本文从大跨度桥梁在设计过程中要点着手进行分析和探究,并且提出了相应的设计优化方案和措施,以此来促进大跨度桥梁的发展水平更加的快速。

关键词:大跨度桥梁;设计要点;优化对策

引言

现如今的阶段,我国桥梁的建设水平与以往相比,有了大幅度的提升,并且对于造建造大跨度桥梁过程中出现的一些问题,也能很好的对问题进行解决,这使得我国的大跨度桥梁的数量与日俱增,在这样的情况下,如果想要保证大跨度桥梁的质量满足人们的需要,就要对设计的要点进行关注和思考,不断对其进行改进。

一、分析大跨度桥梁设计的设计要点

(一)大跨径斜拉桥设计的设计要点

大跨径斜拉桥结构属于拉索型的一种,这种桥梁的主要特点就是桥梁具有很大的跨度,并且具有非常大的承载力,能够承受住很大的压力,此外,它还具有稳定性高的特点,和以往梁式结构的桥梁相比,其跨越能力较大。大跨径斜拉索桥的构成主要分为三部分,他们分别是主梁、斜拉索和塔柱[1]。桥梁的设计师在对桥梁进行设计的过程中,可以根据这三个部分之间的关系,对其进行组合,来设计出形状和结构都各不相同的桥梁,设计时在对桥梁的索面进行设计的时候,应该对桥梁所能承受的最大压力进行充分的考虑,在满足条件的基础上可以设计成为双平行的索面或者是双斜索面,而对斜拉索桥并不用固定桥梁的锚碇,由于其自身就具有相应的自锚特征,所以一般在跨度为200-800m的峡谷或者河流中,就可以选择建造大跨径的斜拉索桥这种桥梁结构。

(二)大跨度悬索桥设计的设计要点

悬索桥存在于国内的山区当中,属于大跨度桥梁的一种主要类型,主要由塔柱、主缆、锚碇及加劲梁等部分构成,而且在山区的跨径比较大,高度较高的环境下,适合使用悬索桥结构。当前的悬索桥通常会设计出两个塔柱,将其作为桥身支承,塔架应用钢筋的混凝土材料,并将悬索两端经过锚碇,将其固定于桥梁的两端,而两个塔架把整个悬索桥分成三部分,主要是中跨以及两个边跨的部分,边跨长度应该按照锚固的具体位置与工程的成本决定,通常情况下,中跨和边跨主要根据2:1或是4:1的长度比值进行设计,垂跨比值通常设计成1:6或是1:7,设计人员可以按照桥塔的高度进行适当的调整。

(三)拱桥设计的设计要点

拱桥属于我国使用时间最长的一种桥梁类型,以往的拱桥主要以石拱桥为主,当前在拱桥设计中加入现代设计元素,如加入钢筋结构的拱桥以及混合类型拱桥的结构相互结合。当代拱桥的结构主要以钢管的混凝土以及钢筋混凝土拱桥为主,施工过程较为简便、建设起来所需花费的时间较短,且承载能力较强,具有较强的实用性与经济性,这就使拱桥结构渐渐发生成国内山区的大跨度桥梁在建设过程中,首选的一种桥梁类型[2]。拱桥的结构主要适合用在跨径短,且峡谷呈V字型的地形中,钢管混凝土的拱桥上的拱肋主要分成实体拱肋与桁式拱肋,设计人员在应用实体拱肋的过程中,应按照跨径来选用单管还是多管的形式,单管抗扭的性能非常高、施工过程较为简便,但抗弯性非常低,通常用在跨径小于80m的拱桥当中,多管桁式的拱肋主要使用直径相关较小的钢管,以便加强抗弯性能,通常用在跨径大于100m的钢管混凝土的拱桥当中。

二、大跨度桥梁设计的优化对策

(一)桥梁局部优化

第一,优化加劲梁的横截面,加劲梁由叠合梁、钢梁、混合梁以及混凝土梁组成。在当前已经建成的一些大跨度桥梁当中,主跨梁的形式大部分多以钢梁为主,混凝土和钢梁结合起来使用的非常少;第二,优化斜拉索或是主缆动力,因斜拉桥与悬索桥属于目前大跨度桥梁在建设过程中常用的一种桥式,两者间的共同点加多,即均由缆索来支承、桥面比较柔软以及阻尼值非常低。而且在外部环境的激励之下,拉索很容易发生发幅度振动[3]。例如,在狂风暴雨时,主梁与拉索间常常会出现耦合振动,进而引发参数共振以及拉索自激振等;第三,优化桥墩和基础,桥墩和基础属于桥梁的重要支撑结构,同时也属于桥梁下部分结构当中十分重要的一个构成部分,能够增强桥梁稳固性。因此,桥墩和基础在所处位置、数量以及结构形式等方面,对桥梁自身的稳固性与耐久性都会造成很大影响,但是对桥梁的上部分结构影响非常小,因而,设计人员在设计桥墩与基础时,应综合考虑桥梁。

(二)大跨度桥梁的整体优化

由于大跨度桥梁大部分都属于高次超静定的结构,结构非常复杂,且需要设计的变量较多,在建设及设计过程中涉及到的因素较多,设计人员想要全面、综合地优化整个设计过程还有很大阻碍。因此,设计人员在优化大跨度桥梁的结构时,应重点研究局部优化,但全面、综合地评价一个桥梁质量的好坏,并不是凭借局部质量实行评判,而应从综合考虑整个桥梁的使用效果及运营情况等方面,所以对整个桥梁结构进实行优化设计还具有一些困难[4]。当前对于大跨度桥梁结构的整体优化重点包括以下方面:优化桥梁的整体造价、动力性能以及施工工艺等,同时实现桥梁的结构优化和景观设计优化相互协调。

(三)桥梁上部结构优化

在选用桥梁上部结构形式时,需根据桥梁实际使用情况,全面、仔细地考虑整个桥梁的承受能力、施工工艺及施工技术的难度以及经济性。对于简支的空心板结构桥型,虽然施工操作比较简便,施工工艺较为成,但是跨径较小,且桥梁高大,因桥梁的跨径受到局限,常常导致跨深沟桥梁的高跨比例不够统一、协调。而且上部结构很难和路线较小的半径及大超高的线形相符,随着高墩的数量渐渐增加,桥面的伸缩缝也会变多,造成行驶的条件较差。因此,在一些山区大跨度当中,此种桥型主要用在地形相对平缓、且填土较低的一些中、小桥内。预制拼装的多梁式T梁因在桥梁的中等跨径桥当中,具备施工简便、施工成本较低等优势,工程造价远远低于整体式的箱梁,属于中等跨径的直梁桥建设中经常应用的一种桥型。但是对于部分曲线梁,T梁属于开口的断面,桥梁抗扭与梁体的平衡所能承受的能力远远低于箱梁,且曲梁弯矩作用对于桥梁下部所产生的不平衡力非常大,但是在曲线桥弯曲的程度小的时候,曲线T梁桥主要应用直梁进行设计,利用翼缘板的宽度来调整整个桥梁平面的线形,进而环节曲梁弯扭作用。

三、结语

综上所述,伴随着我国交通发展的速度和步伐越来越快,推动了我国的桥梁行业不断的取得新的进展的突破,在这样的情况下,桥梁设计人员应该在保证桥梁质量和安全的前提和基础下,对桥梁的结构进行进一步的优化和改善,这已经成为了我们目前对大跨度桥梁设计工作中最关注的主题之一,通过上文对大跨度桥梁设计过程中的要点和优化的手段,希望能够给广大的桥梁设计师一些经验和借鉴,为以后桥梁发展的顺利进行贡献自己的力量。

参考文献

[1]何志芬,徐龙旺.大跨度预应力混泥土连续梁桥设计细节探讨[J].西部交通科技,2014,(10):45.

[2]周敏.大跨度钢桁架桥梁的结构设计[J].科技传播,2014,(18):20.

[3]刘春雷.浅析桥梁设计中安全性和耐久性问题[J].民营科技,2016,(01):121-122.

[4]易卫,曹赟干.大跨度桥梁抗震设计要点分析[J].交通建设与管理,2014,(18):144-146.

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