公路桥梁中大跨度桥梁设计研究

党永生

(甘肃公路航空旅游研究院有限公司,甘肃 兰州 730000)

1 大跨度桥梁结构及其设计理论的发展

随着中国经济的发展,长桥的建设在20 世纪末达到了顶峰。大跨径桥梁的类型多种多样,包括斜拉桥、悬索桥、拱桥、悬臂桁架桥和全缆桥、电缆桥,固定的两个悬索桥混合系统桥、电缆桁架桥和其他新型桥。世界上最大的悬索桥是建于1998 年的明石海峡大桥(主跨1991m),以及世界上最大的斜拉桥日本塔塔拉桥(主跨：890m),建于1999 年。悬索桥是伦阳市长江上的公路桥梁,主跨1490m,居世界悬索桥第三位。湖北荆州长江公路大桥是世界上第三座主跨为500m 的斜拉桥和第二座预应力混凝土斜拉桥。当前的桥梁技术已经能够解决现有问题,但是随着桥梁跨度的不断增加,它们正在向更长,更大和更灵活的方向发展,以确保稳定性、耐用性、易操作性和易构造性。

设计桥梁工程结构的过程是一种处理桥梁结构的安全性(可靠性,耐久性)、适用性(功能要求和易操作性)、经济性(包括建筑和维护成本)的方法。在传统的桥梁结构设计中,设计人员需要根据设计要求和实际经验制定设计计划,参考类似的桥梁工程设计,然后计算强度、刚度和稳定性。但是,由于设计者经验的限制而确定的最终解决方案通常不是理想的最佳解决方案,而只是在有限数量的解决方案中接近最佳解决方案的可行解决方案。桥梁结构优化理论是传统桥梁结构设计理论的重大进步,也是现代桥梁设计的目标。设计计算中包括的所有定量部分均表示为变量,以构成所有结构设计的可行系统域,前提是满足规格和法规要求,并使用数学方法根据预定要求构建最佳系统。

2 大跨度桥梁的优化设计

2.1 索塔的结构优化

太高的塔会增加施工难度并增加工程成本。如果塔架太低,电缆的工作效率将降低,作用在电缆和主梁上的力也会增加。因此,仅优化塔架的高度是不经济的,需要与其他部件一起考虑。同时,为确保长桥设计的合理性,有必要注意塔架的结构形式,电缆的固定形式,塔架力的合理性,电缆的形式以及锚固点的分布。

2.2 动态优化斜拉索或主缆

当前,在公路桥梁的设计和建造中,在大跨度桥梁的设计中出现了许多新的桥梁类型,例如全缆桥,长悬架混合动力系统等。这些新型桥具有共同的特征。即,它们全部由电缆支撑,并且桥面板相对柔性,从而使其成为柔性结构。在敷设电缆的过程中,由于外部激励会产生大的振动。例如,当有风和雨时,风和雨的振动现象,电缆和主梁之间的耦合振动导致电缆的数据共振和磁激励振动。但是,电缆的大范围振动很容易在电缆的固定端引起疲劳,从而缩短了电缆的使用寿命。如果情况严重,甚至可能威胁到桥梁的安全。因此,在大跨度桥梁的优化设计过程中应注意动力问题的设计。

3 公路桥梁大跨度结构设计的应用

3.1 简支空心板结构桥型的应用

公路桥梁大跨度桥梁结构的设计还包括大跨度桥梁结构的设计,在选择上层建筑类型时,必须根据公路桥梁的实际施工情况综合考虑力学性能,经济可行性和施工工艺难度。相对而言,简支式空心板结构的桥梁类型,施工技术较为成熟,施工方便,但这种桥梁跨度较小,梁较长。由于桥梁的跨度受到某些限制,因此可能会导致横跨沟渠的桥梁的高宽比不一致,并且外观也不佳。上层建筑不能满足超高线,公路桥径半径较小,高墩数增加,桥面扩展裂缝较多,桥梁的使用条件相对较差。因此,在跨度较大的山区,这种桥型桥梁通常用于填土量少,地形相对平坦的中小型桥梁。

3.2 预制和组装的多梁T 形梁应用

预制和组装的多梁T 形梁在中型桥梁上的应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点。在中等直径之间的直梁桥中,预制的多光束T 型梁是一种广泛使用的大跨度桥梁结构。但是,与弯曲梁相比,T形梁是敞开的,并且抗扭力和梁的平衡性比箱形梁差,因此弯曲梁的弯矩在桥的下部产生了更大的不平衡力。但是,当弯曲桥的曲率较小时,应将弯曲T 型梁桥设计为直梁,并且可以通过法兰板的宽度调整平面线性度,从而可以减少弯曲梁的弯曲和扭曲。在某种程度上,它可以有效地弥补弯曲T 型梁桥的结构和强度的缺点。弧形桥的直线部分受静载荷和活载荷之间的不平衡影响,但存在位移曲线,但与弯曲梁相比较小。因此,在大跨度桥梁的设计过程中,可以采取措施加强侧向连接,以提高公路桥梁结构的完整性。但是,对于大跨度的桥梁,最好悬臂注入箱形梁。对于中型桥梁,无论采用哪种方法来建造箱梁桥,都将导致高成本,相对预制和组装的多梁T 型梁是一种更好地应用。

3.3 子结构设计

下部结构必须能够满足上部结构的支撑要求,同时必须与上部结构协调一致,并且外观必须均匀排列。根据墩的上部结构和高度,墩采用多种形状,例如柱墩,空心箔墩和双薄墩。支柱墩目前广泛用于公路桥梁,其重量轻,结构稳定性好,施工方便快捷,外形轻巧美观。在高墩的情况下,除了要计算承载能力和可使用性极限条件检查外,还应强调稳定性分析。对于连续梁结构或连续刚性桥梁,每个墩的稳定性受相邻墩的约束影响,因此应考虑整个桥或至少一个连接进行分析。稳定性分析中的一个中心问题是确定零件在各种可能的载荷和边界条件下的临界载荷。以下是连续光束的示例。梁与墩之间的板状橡胶轴承,作用在梁主体上的水平力H(车辆制动力和温度影响等)通过轴承与梁与墩接触面的摩擦阻力传递到墩。但是在轴向力和墩体重量的影响下,墩顶继续产生附加变形,从而使板支撑传递原始水平力。桥梁的功能转变为抵抗墩顶部恒定变形的能力,首先将支撑的原始剪切变形恢复为零,然后逐渐达到相反的状态。

4 优化策略

4.1 局部优化

大跨度桥梁的局部优化可以有效提高桥梁结构的整体质量。具体的优化策略如下：首先,优化桥梁结构中钢筋梁的截面积,并将钢梁和混凝土梁以恒定比例合并。梁,复合梁和混合梁的组合可以进一步优化增强型梁应用的性能。其次,优化桥梁结构主电缆的功率。该优化方法主要应用于斜拉桥结构和悬索桥结构。由于两个桥结构中的大多数都用作无电缆结构,因此该桥结构对外部影响非常敏感,并且跨度很大。这使设计人员可以在这种类型的桥梁结构中使用电源电缆安装。优化以减少组合振动并提高稳定性。第三,为了优化桥梁结构中的桥台,设计人员可以根据桥梁结构的具体情况适当调整和优化墩的数量,位置和强度。这样,可以大大提高桥结构的稳定性。

4.2 整体优化

与局部优化相对应的桥梁结构优化方法是全局优化。从客观的角度来看,大跨度桥梁结构设计的复杂度很高,并且涉及许多参数和变量。因此,员工需要更多。要完全优化桥梁结构,需要合理地结合局部优化和一般优化,并优化桥梁结构的总体过程成本,施工技术和动态性能。同时,有必要保护腿部。根据结构的基本功能特性,尽可能地改善了结构的美感,并且通过结合结构优化和景观优化来进一步增强效果。桥梁结构的一般建设。

4.3 上层建筑优化

对于桥梁上部结构,它主要用于支撑整个桥梁结构的重力。如果施工人员想要优化大跨度桥梁的上部结构,则可以采取以下优化措施：首先,对于某些空心板主桥结构,通常存在相关问题,例如跨度小和桥梁规格大,例如上层建筑半径太大或承载能力不符合既定标准。针对这种情况,可以适当地减少人员数量。大量的墩台结构可以有效地减少和消除潜在的桥梁结构安全问题。其次,对于山区的一些大直径桥梁结构,工作人员可以使用弯曲的梁或T 型梁来调整桥梁结构的平面。这样,对准有效地减少了桥结构的弯曲和变形,并提高了桥结构的质量。

4.4 综合调查与合作

图1

在设计公路和桥梁时,设计单位和设计师必须注意整体测量和协作工作。仅凭原理是不够的。有必要综合研究各种因素对公路桥梁施工的影响,按照设计程序进行深入分析和准确计算,合理运用实际数据。设计可靠且适应性强的公路桥梁。例如,对于具有特殊地质环境的工程项目,必须科学地规划土方工程,并结合实际的环境设计计划,并且必须使用施工技术以最大程度地减少误差。在修建公路桥梁时,要充分考虑各种地质复杂条件,不破坏周围环境,建造适合实际地质条件的公路桥梁,减少今后施工问题的发生,切实保证工程进度。

5 山区公路桥梁的施工要求

5.1 在桥梁的设计中应管理跨度与墩高之间的关系

就桥梁美学而言,跨度与墩高之间的关系理想情况下应在0.618 与1 之间。即使从经济应用的角度来看,这种关系也是非常恒定的。当然,由于复杂的地形变化,这些道路上的桥梁不能形成统一的形状,仍然取决于某些当地条件。通过选择20m 和40m 或30m 和40m 的组合跨度,可以进行其他比较,并且可以为不同的照明配置选择最合适的结构。

5.2 全面实施支撑、防滑、减重、背压、排水等工艺

首先,由于山脉复杂的地形,在雨季到来时,由于某些原因造成的破坏和滑坡经常发生。必须迅速采取有效措施解决滑坡问题。某些措施包括排水,减重和背压。在公路和桥梁项目的建设中,大多数滑坡发生在夏天,可以使用辅助施工方法(例如排水和支护工作)来避免滑坡问题并减少对滑坡稳定性的破坏。此外,在滑坡质押阶段,应采取预防措施,以尽可能防止滑坡,保护过程中的局部自然条件,并防止在施工期间因桥梁施工而引起的滑坡。

其次,在过去的工程实践中,防滑挡土墙被广泛使用,但是在一些项目的建设中,考虑到当地条件和项目的实际问题,决定使用更合理的防滑桩。与防滑挡土墙相比,防滑桩具有较强的防滑能力,易于施工,降低了施工成本。然而,在实际施工中,已经发现某些滑坡的推力太大,防滑桩不满足防滑要求,或者使用许多防滑桩既不经济也不合理。规划时,可以根据实际地质情况优化计划,使用带有多根锚索的防滑锉。