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摘要：大跨连续刚构桥梁设计具有一定的复杂性，下面文章主要结合大跨连续钢构桥梁设计中存在的问题进行分析，并探讨优化设计的关键技术，希望能够为相关人员提供一些帮助。
关键词：大跨桥梁；连续刚构；刚构桥梁；关键技术
引言
大跨连续刚构桥梁具有跨越能力强、施工成本低、结构稳定性好等优点,故在地质条件复杂的山区得到广泛应用。在大跨连续刚构桥建设中,需要配套做好地质勘察、结构设计、施工管理等多个环节的工作。其中，桥梁结构设计对桥梁施工及后期使用产生了直接影响,必须引起设计单位的高度重视。
1大跨度桥梁设计优化的必要性
第一，方案设计思路需要拓新。众所周知，世界上跨度最大的自锚式悬索桥是日本的明石海峡桥，主跨度达到约1991m。我国湖北省境内在建的武汉杨泗港长江大桥，主跨度1700m。这些数据表明大跨度桥梁在整体设计和施工方面都有了重大提升。但是，近几年的桥梁设计思路仍因传统思维定式的限制而不够完善。面对日渐增多的大跨度桥梁项目，趋于多样化、复杂化的结构形式，大跨度桥梁的设计愈发需要创新思路，寻求更优的设计方案。第二，桥梁设计要求不断提高。随着社会经济的进步，大跨度桥梁的设计和施工技术水平关系着整个交通建设事业的发展。而建筑行业的不断进步要求大跨度桥梁的结构形式更加复杂多样，因此对桥梁设计提出了更大的挑战。为了满足桥梁建设对于安全、质量、稳定、美观等方面更高的要求，桥梁设计需要不断优化提升。
2大跨连续刚构桥梁设计需要考虑的问题
2.1稳定性分析
在进行大跨连续刚构桥梁设计时,地质因素和风力因素是需要重点考虑的两个方面。特别是对于位于V形山谷间的大跨连续刚构桥梁,一方面山区地质复杂,地基稳定性较差;另一方面山谷风力等级较高。在进行稳定性设计时需要注意的问题有:(1)所有设计方案必须基于前期地质勘查结果,以保证桥梁设计的科学性和适用性;(2)借助计算机应用软件,使用有限元分析程序ANSYS进行全桥稳定性分析。桥墩是决定桥梁稳定性的重要元素,也是进行稳定性设计时需要重点考虑的方面。通常来说,当墩身高度超过35m后,墩壁要适当加厚。
2.2桥梁构造特征的分析
大跨连续刚构桥由桥墩及箱梁等部分构成。考虑到桥梁的稳定性问题,确保桥墩承载力无异常是关键。除此之外,桥墩还需具备一定的柔度,以适应水平位移,避免桥梁坍塌。由于连续刚构桥桥墩长期处于固结的状态。因此必须确保桥墩与桥梁的上部结构能够共同承担桥梁的受力,方可使设计效果满足桥梁的使用需求。通常情况下,大跨连续刚构桥的桥墩刚度与其内力之间呈显著正相关。在风力的作用下,桥梁极容易发生扭曲、变位等问题。因此,为确保桥梁结构稳定,适当增加桥墩横向刚度较为重要。
2.3温度应力
大跨连续刚构桥梁设计中,需要考虑大体积混凝土带来的温度应力的影响,通过科学设计避免温度应力造成桥墩、桥梁主体结构出现裂缝等问题。设计思路为:(1)桥墩抗推刚度与温度应力之间为正相关关系,即桥墩抗推刚度越大,桥梁结构承受的温度应力越大。在设计时,可以采用柔性桩基代替普通的混凝土桩基,间接地减小了抗推刚度,从而将温度应力带来的负面影响降至最低;(2)提前设计冷却管的铺设路线,在后期浇筑混凝土后,可以利用冷却管循环流动冷水,带走大体积混凝土水化热产生的热量,这也是一种降低温度应力的有效方法。
3大跨连续刚构桥梁设计的关键技术
3.1桥梁跨径的选择
桥梁建设既要考虑经济因素,也要注重美观，桥梁高跨比介于0.618和1之间时最为合适。但是不同的桥梁处于不同的地理位置和地质环境,在实际建桥时不能墨守成规,要根据当地的情况进行合理调整。桥梁墩高度适中时,跨径40m比较常用,虽然从美学角度而言不那么协调,但是这一跨径更能适应吊装机械和设备,也更节约经济。如果梁墩过高,在桥梁结构的设计上会比较麻烦,不能按照普通的设计来建设,而要重新设计方案来保证桥梁的稳定安全。
3.2应力控制
在进行大跨连续刚构桥梁的应力控制设计时,需要综合考虑弹性模量、应变规律以及桥梁各个部位的预应力,以保证设计方案的合理性。另外,结合过往经验,钢筋混凝土材料的弹性模量会随着桥梁使用年限的增长而出现一定的变化。在设计阶段,需要考虑桥梁设计使用寿命内弹性模量最大变化值给桥梁结构应力带来的影响。应力控制应当参照相关的工程标准,在确定应力设计方案后,还需要通过试验来验证应力设计方案的可行性。目前常用的验证方式有两种:一种是在实验环境下,使用智能弦式数码应变计、温度传感器等设备,测量预应力钢筋束的应力;另一种是在计算机仿真环境下,构建相应模型进行验证。
3.3线性控制技术
大跨连续刚构桥设计关键技术中,线性控制技术是重点技术之一。线性控制的关键技术如下:(1)桥梁设计前,设计人员应将工程当地的数据输入至计算机中,建立桥梁结构模型。(2)借助模型计算桥梁数据，确保数据与当前的工程环境相符合后即可对其数据进行分析。(3)为确保数据分析结果准确,有关人员应对单元及节点进行划分，并将主梁与桥墩的模拟量应用到设计过程中,提高设计参数的可靠性。(4)对当前桥梁的自由度进行计算,判断自由度是否存在异常。(5)将桥梁的变形量以及受力问题纳入到计算过程中,从而对桥梁其他部位的参数进行设计,提高设计效率。
3.4针对桥梁局部的优化措施
第一，针对加劲梁横截面的优化。加劲梁的主要结构有混和梁、叠合梁和钢梁,因此对其进行优化即要对其各个构件进行全面强化。第二，针对主缆动力和斜拉索的优化。斜拉索易受外界因素影响,因此应对其自激振的现象进行适当改良。另外,斜拉锁和主缆动力有较多共通点,适当优化两者能够完善局部的桥梁结构。第三，针对桥墩基础设计的优化。桥墩是桥梁稳定性的基础,因此在进行桥墩基础设计时应加强对桥墩的位置、数量和结构形式等的重视,全面考虑桥梁自身的整体情况。
3.5桥墩设计
桥墩是桥梁的重要组成部分,能够决定桥梁工程的成败。在建设桥梁时要根据其所处位置的地质特点、地貌特征以及需要建设的桥梁高度来设计桥墩结构。常见以下几种结构:(1)圆柱墩结构。当桥墩高度不高于35m时最常使用。其优点是对施工队而言比较熟悉而且容易操作,不需要耗费大量的人力物力,建筑时省时省力,而且工程质量有所保证。采取了这一结构的桥梁能够使用较长时间,车辆行驶时比较安全。在具体设计时要考虑地理位置、桥跨长度以及施工因素,既要根据工程的需要而定,又要以规格少为主。(2)薄壁墩结构。当桥墩的高度在35m以上时,圆柱墩结构就不再适用,而薄壁墩结构能更有效保障桥梁的稳定性。(3)实心墩结构。当桥梁的高度介于35m和50m之间时,实心墩结构的性价比最高,也能最大程度保证桥体的稳固。(4)空心墩结构。适用于较高的桥墩,一般高度超过50m时采用空心墩结构更能保证经济性和安全性。
结语
综上所述,随着社会经济和建筑行业的高速发展,大跨度桥梁行业的经济价值得到了广泛认可,我国在大跨度桥梁工程建设事业方面已经取得了一定成就,但仍需向更高的目标前进。在大跨度桥梁设计过程中，根据实际情况，结合相关规范，把握设计要点，研发技术创新，不断优化设计方案来提高大跨度桥梁设计的水平，这对于桥梁建设行业的健康发展有着重要的意义。
参考文献
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