大跨度桥梁设计要点思考

大跨度桥梁设计要点思考

黄小勇邓会丽

中水北方勘测设计研究有限责任公司 中国市政工程华北设计研究总院有限公司

摘要：随着城市化进程的加快，公路交通基础设施的建设也日益增多。跨径不同的桥梁作为连接道路的重要设施，其设计和建造质量直接影响着交通运输的安全和通行效率。因此，对跨径桥梁的设计进行分析，对于提高桥梁建设的质量、降低建设成本、缩短施工工期等方面都具有重要的意义。

关键词：大跨度桥梁；设计；方法

前言

在我国桥梁工程中，悬索桥、拱桥、斜拉桥是较为常见的桥梁形式。随着桥梁建设类型的增多，以及建设规模的不断扩大，各相关部门对其提出了更高的质量要求，如要求桥梁不仅要具有极强的稳定性、坚固性，同时要兼具舒适性和美观性。然而，大跨度桥梁由于跨度较大，其建设与施工过程往往表现出较高的复杂性。因此，在设计环节，设计人员需要充分把握桥梁设计要点，积极探索并采用合理、可行的优化措施。同时，需综合考虑稳定性、坚固性、舒适性和美观性等要素，提高桥梁质量和性能。

1大跨度桥梁设计问题分析

1.1大跨度桥梁设计中的问题

目前大跨度桥梁设计中的不足集中在缺乏灵活性、技术更新滞后、适用范围有限等方面。一是标准化设计可能过于强调统一和规范，导致设计缺乏灵活性难以满足多样化的需求；二是标准化设计主要适用于特定类型的桥梁，对于其他类型的桥梁可能不太适用；三是标准化设计可能忽视不同地区的特定条件，如地理、气候、文化等因素，导致设计的不适应性。大跨度桥梁设计面临技术创新，工程施工安全与成本压力等方面挑战。一是随着科技的不断发展，桥梁设计的新技术、新工艺不断涌现。标准化跨径桥梁设计需要不断适应和吸收这些新技术，以保持其竞争力。二是环境保护意识的增强对桥梁设计提出更高的要求。大跨度桥梁设计需要充分考虑环境因素，如生态平衡、景观保护等因素，以满足可持续发展的要求。三是桥梁设计直接关系到人们的生命财产安全。大跨度桥梁设计需要更加注重工程安全，确保设计的可靠性和稳定性。四是随着建设成本的增加，桥梁设计的经济性面临更大的挑战。大跨度桥梁设计需要在保证设计质量的前提下，合理控制成本，提高经济效益。

1.2大跨度桥梁设计影响因素

大跨度桥梁设计受到结构形式、跨度与荷载等多方面因素的影响。一是大跨度桥梁应具有良好的受力性能和耐久性能，并符合相关规范和标准的要求；二是大跨度桥梁的跨度应根据工程实际情况和相关规范要求确定，同时需要考虑桥梁的经济性、施工难度等因素；三是大跨度桥梁所承受的荷载类型、大小、方向等应符合设计要求，并保证桥梁的承载能力；四是大跨度桥梁的材料应符合相关规范和标准的要求，同时需要考虑材料的经济性、环保性等因素；五是桥梁的安全性和稳定性是设计的核心要求，需要充分考虑各种可能的负载和环境因素，如风、雨、雪等。除了以上几个方面，大跨度桥梁的设计还受到许多其他因素的影响，如地质条件、气候环境、建设成本等，这些因素需要在设计时进行综合考虑和分析。

2大跨度桥梁设计要点

2.1悬索桥

2.1.1跨度和塔楼高度比例

跨度和塔楼高度的比例对桥梁结构的主要性能有直接影响，直接关系到悬索桥的稳定性和承载力，因此在设计和施工过程中需合理控制该参数。

2.1.2悬索索力计算

设计人员应综合考量温度变化、自重、外部荷载等重点因素，基于这些因素选择最适合的索力计算方法。

2.1.3斜拉索的角度

确定斜拉索的角度时，应以提高材料使用率和最大化桥梁承载能力为目标，同时考虑降低施工作业难度。科学、合理地确定斜拉索的角度，不仅有助于提升桥梁的整体性能，还能有效控制主梁的弯矩。

2.2拱桥

在拱桥设计中，设计人员需要重点把握好桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高、基础底面标高。

2.2.1桥面标高

应确保桥下净空能够满足泄洪和通航的要求，如果是无铰拱桥，拱脚的布局应位于设计水位以下，同时注意淹没深度要控制在矢高的2/3以内。

2.2.2拱顶底面标高

用桥面标高减去拱顶填料厚度，即可得出拱顶上缘标高，再减去主拱圈的厚度，最终得到拱顶底面标高。

2.2.3起拱线标高

起拱线标高设计通常采用低拱脚设计方案，为有效预防冰害，不论是有铰桥还是无铰桥，拱脚都要比最高流水面高出0.25m。

2.2.4基础底面标高

重点需要根据冲刷深度、地基承载力等要素加以明确。

2.3斜拉桥

斜拉桥的结构组成有桥体塔柱、桥体斜拉索、桥体主梁。

2.3.1桥体塔柱

设计桥塔时，设计人员应先明确其在结构上需要承受的作用力，包括水平力、水平推力、塔身的自重力，同时要承受来自于拉索的拉力以及主梁的压力，因此设计人员要把握耐久性、稳定性、刚度、强度等要点。此外，设计过程中要全面参考荷载情况、使用功能、结构体系等主要影响因素，着重关注索塔结构形式的设置、尺寸的选取，并将预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构进行结合使用。

2.3.2桥体斜拉索

由于斜拉索需要通过索塔上的锚固点向主梁传递压力，所以拉索的受力状态等于主梁的受力状态，设计人员进行计算时可以将斜拉索视为弹性支撑杆。同时，斜拉索对梁端具有约束作用，因此需要设计人员精准控制梁端的弯矩，以确保结构的稳定性和安全性。

2.3.3桥体主梁

设计主梁时，通常要选用正交异形板截面，主要构成包括两块尺寸相同的平行金属板，板与板之间需借助预应力筋进行连接，形成一个牢固的空间受力体系，实际用于承担主梁内力。

3大跨度桥梁设计优化措施

3.1上部结构优化

3.1.1合理优化简支空心板结构

简支空心板结构在桥梁工程中得到广泛应用，其在实际施工中的应用能够显著降低工程难度，推动桥梁施工流程的高质量、高效率实施。然而，在大跨度桥梁项目中，由于桥梁跨径问题，该结构的使用效果可能出现差异，甚至导致桥梁高跨不协调。

3.1.2合理控制伸缩缝

为确保桥梁上部结构与下部结构有效衔接，设计人员在设计过程中应充分考虑该部位可能对整体设计造成的不利影响。例如，在具体施工过程中，制订有效的应对措施控制伸缩缝，避免伸缩缝过宽或过窄，从而确保桥梁运营期间车辆通行的便捷性和舒适性。

3.1.3优化悬索桥锚旋

设计桥梁上部结构时，设计人员应严格遵循桥梁工程建设规范和相关施工要求，同时考虑施工作业的便利性，避免前期设计不合理导致后续施工复杂化。针对大跨度桥梁工程，通过优化悬索桥锚旋等方式，可以进一步提升桥梁性能，消除潜在安全隐患，提高施工质效。

3.1.4跨径和结构形式优化

设计人员还需综合考虑桥梁的受力结构、工程造价等因素。在确定跨径和选用结构形式时，应合理选择优化施工工艺，并与其他要素，如船只行驶、高跨比等有机结合。此外，需重视不同类型的大跨度桥梁优化重点，如悬索桥需优化锚碇，斜拉桥则需考虑非线性条件、收缩徐变等因素对索力受力与位移的影响，以保证上部结构优化方案的合理性。

3.2墩台塔吊结构优化

墩台塔吊结构优化设计是确保桥梁建设质量和效率的关键环节。桥梁墩台塔吊作业需要利用翻模施工技术，涉及在平台上固定模板支架，利用塔吊对模板进行运送和拆卸，最后安装和测量上层模板。该方式可有效避免桥梁模板出现裂缝问题，并增强混凝土墩台结构的稳固性。进行墩台塔吊结构优化时，需要控制施工平台间距。由于墩台塔吊是直线运动，为保证施工质量、简化施工流程，需要搭建稳固的施工平台，并合理控制施工平台间距，一般建议将平台间的距离控制在5m左右，以确保塔吊顺畅、准确地移动和操作。为提升大跨度桥梁整体质量，需要保证墩台塔吊始终位于直角坐标系，以确保塔吊的准确操作和定位，提高施工精度。同时，优化墩台塔吊结构时，可根据实际情况建立模型，通过模型分析，完善设计方案，提升优化结构的合理性。此外，需要综合考虑安全性和经济性。既要确保塔吊能够安全、稳定地工作，又要考虑施工成本和维护成本，实现最佳的经济效益。

结束语

有大跨度桥梁具有结构形式多样、跨度大、施工难度高等特点，使得整体设计工作较为复杂。为保证大跨度桥梁的安全性、经济性与美观性，在设计过程中需要综合考虑结构力学、材料科学、环境影响及施工技术等多因素，并通过局部优化、整体优化、上部结构优化及墩台塔吊结构优化等措施，保证大跨度桥梁设计方案的科学性。同时，未来的研究方应更加注重跨学科融合，以推动大跨度桥梁设计的创新与发展。此外，需积极借鉴国内外先进设计理念和技术手段，推动桥梁建设事业的持续进步。

参考文献：

[1]莫嘉俊.跨越大跨度桥梁的结构设计及施工技术研究[J].城市建设理论研究，2023（31）：187-189.

[2]邹小洁.新型Y形主梁大跨度桥梁方案设计研究[J].城市道桥与防洪，2024（2）：47-51+100+11-12.