大跨度桥梁结构的设计及施工控制

大跨度桥梁结构的设计及施工控制

【摘要】通常情况下，在公路交通运输的枢纽地段是大跨度桥梁所处的位置，作为道路生命线工程的主要构成。在选择桥型中存在一定的复杂性和难度，桥梁设置以及设计方案的合理性对整条路线的工程造价及使用性能造成直接影响，所以，在设计过程中应与桥梁各部分构造、地质以及地形之间的关系进行合理协调。

【关键词】公路桥梁；大跨度；设计；应用

一、大跨度桥梁设计中所涉及的问题

大跨度桥梁在设计上应考虑的问题相对较多，例如：跨径的选择、结构力学估算、桥面宽的选择以及桥型的选择等。其次，还应对桥梁的抗震及抗风效果进行设计。

1.跨径的选择

主梁的跨径是对结构内力及位移造成影响的关键，跨径选择的合理性能够促使结构有良好的力学行为及经济效益存在。对大跨度桥梁的主跨跨径进行确定时应先对桥梁位置信息进行掌握，特别是桥梁位置周围所处的地质、水文、航运以及气象等问题，对相关控制因素进行确定，例如：河道深度、宽度、水流速等。对桥墩位置及桥下净空进行确定，然后对施工的便捷及可行性进行关注，主要包括施工方法及工期等。

2.桥型的选择

对于大跨度桥梁的形式主要包括：悬索桥、拱桥、组合形式桥以及斜拉桥等。结合桥梁位置的地质、水文以及桥梁形状的自身特点，即可对合理的桥型进行确定。

（1）拱桥

拱桥能够将桥面的竖向荷载向部分水平推力进行转化，促使拱的弯矩得到有效减小，拱主要对压力进行承受，进一步将抗压性能得到有效的展现。拱桥存在较大的跨越能力，能够将圬工及其他抗压材料的使用性能得到充分发挥。简单的构造，受力极为明确且简洁。多样的形式及美观的外形。而拱桥也有自身的缺点存在：有水平推力的拱桥会要求有较高的地基基础存在，容易受到多孔连续拱桥之间的相互影响。当存在较大跨径及自重时，要求有较高的施工工艺。当建筑高度相对较高时，对其稳定性造成影响。

（2）斜拉桥

梁体的尺寸较小，具有较大的桥梁跨越能力。桥下净空及桥面标高对其造成

的限制较小。与悬索桥相比存在良好的抗风稳定性。无需进行集中锚碇构造，对悬臂施工极为便利。而不足之处则是：该结构属于多次超静定结构，具有复杂的设计计算，索与梁或塔的连接构造相对复杂。在施工过程中存在较多的高空作业，且要求有严格的施工控制等技术。

（3）悬索桥

悬索桥也就是常说的吊桥，主要是通过索塔在两岸实施悬挂并锚固的缆索，对上部结构发挥着主要承重作用。力的平衡条件对缆索的几何形状造成决定性影响。通常与抛物线相接近。从缆索处有许多吊杆垂下，对桥面进行吊起，运用加劲梁对桥面和吊杆之间进行设置，与缆索共同构成组合体系，促使火灾所造成的挠度变形得到减小。由于悬索桥能够对材料的强度进行充分利用，且存在自重轻且用料省的特点，所以，在各种体系桥梁中，悬索桥都存在较大的跨越能力，跨径一般能超过1000m。在大跨度及特大跨度的公路桥梁中得到适用。

3.桥面宽度的选择

随着交通量的逐渐增加，桥面宽度也进一步加大。通过车辆荷载的产生，当桥面越宽，则会有越大的偏载可能性出现。另外，自重荷载也会随着桥面的加宽而逐渐加大，促使结构材料的使用量得到提升，降低了桥梁结构的经济性。

4.结构力学的估算

在桥梁设计中结构力学的估算作为解决问题的重点进行关注，按照整体结构体系和分体系之间的力学关系，采用近似估算的方式，通常存在概念清晰且定性正确的结构体系，避免在后期设计过程中出现不必要的繁琐运算，有较好的经济可靠性存在。

二、主梁线形的测量

1.测量主梁挠度、主梁顶面高程以及轴线

在每一节段悬臂端梁顶部都应对2～4个标高观测点及一个轴线点进行设置。测点通过预埋短钢筋或钢板的方式，采用红色油漆对编号进行标注。采用水准仪实施测量，按照每一节段的施工次序，在每一节段中对主梁挠度按照三种工况实施平行独立测量，并进行相互校核。运用全站仪及钢尺等对轴线进行测量，对前端偏位处应运用测下角法或视准法进行测量。在视准的过程中，应将轴线的后视点向过渡墩处进行引入，通过远点对近距离点进行控制。在测量主梁顶面混凝土高程的过程中，同一截面内对2～4点进行测量，结合横坡对其平均值进行取出，这样则能对主梁顶面的高程值进行获取。同时，当工况不同的条件下，通过观察获取的主梁挠度变化值，与给定立模标高立模的高程值也可对主梁顶面的高程值进行确定，通过两者之间的比较，即可对施工质量进行检验。

2.测量主梁立模标高

对立模标高进行测量时应通过精密水准仪进行，在测量过程中尽可能与温差较大的时段进行避开。当施工单位立模到位，测量结束之后，施工各节段的立模标高应通过监理单位实施复测，监控单位实施不定期的抽测。

3.直接对同跨两边对称截面的相对高差进行测量及多跨线形的通测

当两边存在相同的施工节段时，可直接对对称截面的相对高差进行测量及分析比较。当存在不同的施工节段时，对称节段的高差不能对其可比性进行满足，此时，可对较慢一边的最末端截面及较快一边已施工的对应截面进行选择，将其作为相对高差的测量对象。在实际测量过程中，同一对称截面可对多点进行测量，结合横坡所取的平均值，即可对对称截面的对应点的相对高差进行获得。不仅应将各跨线形控制在范围内，而且还应定期或不定期对全梁全过程线形进行通测，促使全桥线形的协调性得到保障。

三、大跨度桥梁结构的设计

在选择上部构造形式时，应和桥梁的具体情况相结合，对其施工技术难度、受力难度及经济性进行综合考虑。当选用简支空心板结构时，具有方便施工及成熟的施工技术等特点，当跨径较小且梁高大。由于桥梁跨度受到制约，通常导致跨深沟桥梁高跨比出现不协调性，且有较差的美观性存在。上部结构与大超高线形及路线小半径进行复核，增加了高墩数量；桥面存在较多的伸缩缝及较差的行驶条件。所以，在大跨度桥梁中，通常在该桥型中对平缓及填土不高的中小桥上得到应用。在中等跨径中，预制拼装多梁式T梁的运用存在施工方便且造价较低的特点，其造价与整体式箱梁相比相对较低，在中等跨径自梁桥中得到适用。对于曲线梁，由于T梁属于开口断面，与箱梁相比，其抗扭及梁体平衡受力能力相对较差，下部结构受到曲梁的弯矩作用所形成的不平衡力较大。当曲线桥存在较小的弯曲程度时，运用直梁设计对曲线T梁桥进行使用，通过翼缘板的宽度对平面线形进行调整，进一步将曲梁的弯扭作用得到减少。在一定程度上能够对曲线T梁桥受力及施工中存在的不足之处得到改善。其次，运用对横向联系加强的方式，进一步将结构的整体性得到提升。对于大跨度桥梁来说，应运用悬臂浇筑箱梁进行使用。但在中等跨径的桥梁中，无论箱梁运用哪种施工方式，都有较高的费用存在，对比预制拼装多梁式T梁，都有一定的弱势存在。

在对下部结构进行设计时，应对上部结构对支撑力的要求得到满足，并在外形上能够与上部结构达到相互协调及均匀布置的作用。结合上部构造形式、桥墩高度对桥墩形式进行选择，例如：空心薄壁墩、柱式墩以及双薄壁墩等。现阶段在公路桥梁中运用最为广泛的桥墩形式这是柱式墩，具有自重轻、方便施工、稳定性好以及外观轻巧等特点。在连续钢构桥中，应对上下部结构的钢度比进行把握，促使下部结构的钢度比得到减小。能够将钢结点的负弯矩进行减小，同时还应对桥墩的弯矩及温度变化所产生的内力进行减小。但避免桥墩过于柔，否则会导致结构有较大变形出现，从而对正常使用造成影响，对结构的整体稳定性产生不利影响。在应用高墩时，不仅应验算承载能力及正常使用极限状态，而且还应对稳定分析进行关注。对于连续梁结构或连续钢构桥来说，相邻桥墩对各墩的稳

定性造成制约，应选择全桥或其中一个梁作为分析对象进行研究。稳定分析中，对各种可能的荷载作用及边界条件约束下形成的临界荷载进行确定。例如：在梁、墩之间运用板式橡胶支座进行施工，通过支座和梁、墩接触面上的摩擦力将梁体上的水平力向桥墩进行传力，此时该水平力主要是指车辆制动力及温度影响力等，不仅会导致墩顶有水平位移出现，而且板式橡胶支座也会有剪切变形形成。当桥梁体水平力完成之后，梁体暂时处于固定状态，通过轴力和墩身自重的制约，墩顶则继续会有附加变形产生，促使板式支座有传递水平力的功能向墩顶变形抵抗功能的转变，应先将支座原有的剪切变形进行恢复，使其注浆逐渐达到反力目的。

四、结语

作为桥梁工程的重要组成部分，大跨度桥梁应进行多方面的分析，在确定大跨度方案时，应严格按照“舒适、安全、美观、经济”的原则，只有对相关规律进行把握，掌握侧重点，即可对桥梁设计进行准确的实施。

参考文献

[1] 胡建华.大跨度自锚式悬索桥结构体系及静动力性能研究[D]. 湖南大学 2006.

[2] 陈开利，郑纲.大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固区传力机理[J]. 中国铁道科学. 2005（04）.