1、桥梁方案的可行性优化比选摘要：公路桥梁建设遵循“安全、经济、美观”的原则，桥梁结构型式的选择与公路设计中的选线一样，是一项政策性、技术性非常强的工作，桥梁结构形式选择是否合理，往往是桥梁建成后能否发挥其预期目标的关键因素。合理的桥型不仅能节约投资、方便施工建设，而且能与周围的环境协调的融为一体，成为一道道人造风景线。 中图分类号：U443 文献标识码：A 1 桥梁概述 1.1 桥梁在交通事业中的地位 建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于加强全国各族人民的团结，发展国民经济，促进各地经济发展，促进文化交流和巩固国防，都具有非常重要的意义。在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设
2、中.为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路等)，必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线中的重要组成部分。在经济上，一般说来，桥梁和涵洞的遣价平均占公路总造价的10%20%，随着公路等级的提高，其所占比例将会增大。 由于科技的进步，工业水平的提高，社会生产力的高速发展.人们对桥梁建设提出了更高的要求。现代高速公路上迂回交叉的立交桥、高架桥不但是规模巨大的工程实体，而且犹如一道地上“彩虹”纵观世界各国的大城市，常以工程雄伟的大桥作为城市的标志与骄傲。 纵观国外桥梁建设发展的历史，对于可以看出，近年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥梁的载重、跨长却不断增长。为了适应杜会生产力发展所
3、提出的愈来愈高的耍求，需要建造大量的承受更大荷载、跨越海湾、大江等跨径和总长更大的桥梁，这就推动了桥梁结构向高强、轻型、大跨度的方向发展。在结构理论上研究更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论。充分发挥结构潜在的承载力，充分利用建筑材料的强度，力求工程结构的安全度更为科学和可靠；在大跨度桥梁的设计巾，愈来愈重视空气动力学、振动、稳定、疲劳、非线性等研究成果的应用，并广泛应用计算机辅助设计；在施工上，力求高度机械化、工厂化、自动化；在工程管理上，则力争高度科学化、自动化。 2 方案比选 2.1 比选原则 适用性 桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安
4、全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 舒适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 经济性 设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。 先进性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。 美观 一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。有合理的结构布局
5、和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。 应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。 2.2 比选方案 桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、钢构桥、梁拱组合桥和斜拉桥。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。为确定大桥的最佳桥型方案，应进行多方案的桥型设计加以比较。另外桥梁设计方案比选,往往因为比选的范围和对象的不同而有所不同。从比选范围上看,有的是对整座桥梁设计方案从技术和经济角度进行比选,有的则是对桥梁的局部进行方案比选;从比选对象上看,有的是针对公路桥设计方案进行比选,有的是对铁路桥设计方案进行比选,有的则是对公铁两用桥进行比选。从结构类型来看,有的
6、是对简支双线钢桁梁桥设计方案进行比选,有的是对悬索桥设计方案进行比选,有的是对斜拉桥进行方案比选等。本文对相关比选方法进行介绍,以期能够比较全面的涵盖桥梁设计方案比选的各个方面和角度。 方案一：简支梁桥方案，跨径组成为：(66+8*61+66)m ，全桥长为620m. 全桥为预应力混凝土简支梁桥，跨径各为 61m，上部结构为 T 形梁，T 形主梁为预应力梁，混凝土标号为 C50 混凝土。在施工时，先在工厂预制 T 形主梁，然后运至工地，进行吊装施工。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结
7、构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。 图 1 简支梁桥（m） 方案二：斜拉桥方案，跨径组成为(70+4*120
8、+70)m,全桥长为 620m。 全桥为双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，主跨为 115m,边跨为70m，上部构造为单箱单室变截面箱形梁，梁底曲线为抛物线方程，中支点处梁高 7.326m，跨中梁高 5.326m，箱梁墩顶处设置横隔板，其余地方不设。张拉锚具为 OVM 锚，箱梁混凝土标号位 C50 混凝土。斜拉桥的特点是：梁体尺寸较小，使梁的跨越能力增大；受桥下净空和桥面标高的限制少；抗风稳定性一般，偏于悬臂施工等。另外，由于它是多次超净定结构，设计计算复杂；梁与索或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。 斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，
9、拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。 斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。 图 2 斜拉桥纵向图 方案三：刚构桥方案，跨径组成为(70+4*120+70)m,全桥长为 620m。 全桥为刚构桥，主跨为 120m，边跨为 70m，上部结构为单箱单室变截面箱形梁，梁底曲线按
10、正弦曲线形式变化，跨中以铰的形式连接。施工方法采用平衡悬臂施工法，施工长度为 35m。跨中以铰的形式连接此外，为减小桥长，压缩边孔，可将边孔做成带平衡重的悬臂孔。箱梁混凝土标号为 C50 混凝土。 主桥上部结构采用挂篮悬臂浇筑，对称平衡逐段施工，施工长度为35m，挂篮以万能杆件组拼。 图 3 刚构桥纵向截面形式 图 4 刚构桥横截面形式 2.3 方案比选，确定最终方案 公路桥梁建设遵循“安全、经济、美观”的原则，桥梁结构型式的选择与公路设计中的选线一样，是一项政策性、技术性非常强的工作，桥梁结构形式选择是否合理，往往是桥梁建成后能否发挥其预期目标的关键因素。合理的桥型不仅能节约投资、方便施工建
11、设，而且能与周围的环境协调的融为一体，成为一道道人造风景线。 在本文中，一共做了三个方案，各个方案的优缺点如下： 方案一：采用简支梁桥方案，在过去的一段时间内，桥梁界曾一度认为跨越深宽沟、河滩采用简支梁桥最便宜，但在设计地形中，公路跨越铁路，属于跨线设计，考虑的是实用性，桥梁要满足通车要求。 方案二：斜拉桥的应用非常广泛，尤其是悬臂施工法，顶推法等在预应力混凝土斜拉桥中的应用，这种充分利用了预应力技术的优点使施工设备机械化，生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。其突出优点梁体用拉索多点拉住，好似多跨弹性支承连续梁，使梁体内弯矩减小，降低了建筑高度，又因栓焊接与正交异性板的箱形断面构造
12、的应用，使结构充分利用材料的受力特性，从而减小了结构自重，节省了材料。 方案三：刚构体系是具有墩梁固结的梁桥，桥梁中的墩梁固结部分通常在需要布置大跨、高墩处采用。从结构位移的角度看，刚构体系利用高墩的柔度来适应结构由预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化等引起的纵向位移，即把高墩视为一种可摆动的支承体系。边跨桥墩因墩高较矮，相对刚度增大，当其不能起到摆动作用时，需在桥墩的顶部或底部设铰，以适应纵向位移。其结果刚度好，行车平顺舒适，养护简易，减少了大型桥梁支座及桥墩与基础工程的材料用量，墩身固结有利于悬臂施工，无需墩梁连接形式的体系转换，抗震性能好，不需设置专用抗震支座。另外本文对斜拉桥与悬索桥进行
13、了详细的比较见表 1 表 1 斜拉桥方案与悬索桥方案比选 比较项目 斜拉桥方案 悬索桥方案 总体布置 主跨约 900 m 斜拉桥+梁式桥（辅桥） 主跨 1500 m 以上悬索桥或 21000 m 三塔悬索桥 初始建设 经济指标 结构刚度大，梁高较小，自重较轻；采用漂 浮体系可不用大型支座；跨径 1000 m 以下 斜拉桥一般比悬索桥经济 跨径 1500 m 以上悬索桥虽较经济，但设此大跨径无必要；三塔悬索桥的中 塔刚度要求高、尺寸大，且需设在江中，基础难度较大，缺乏工程经验；主 梁刚度要求高，梁高较大，自重较大；需在软土地基上建锚碇，费用较高 使用期费用 拉索维护、更换费用较高 主缆、吊杆维护
14、、更换费用较高 施工风险和工期 边跨设辅助墩可降低长悬臂施工时的风险； 有效工期较长 施工时受风的影响很大，有效工期较短 抗风性能 施工和成桥状态抗风稳定性均较好；针对拉 索的风致振动已研究了多种控制措施 结构柔度大,施工和成桥状态对风的作用均较敏感，抗风稳定性要求高 抗震性能 采用漂浮体系时较好 较好 结论 综合指标较好，选为主桥桥型 不采用 不采用 3 结论 桥梁设计方案比选问题是桥梁设计方案确定的关键环节,因此,研究方案比选方法具有十分重要的现实意义。文章通过文献研究,以期为桥梁设计方案比选提供参考 参考文献 1 李亚东. 桥梁工程概论. 成都：西南交通大学出版社，2001 2 范立础主编.桥梁工程（上册）.人民交通出版社，2003 年 3 月第一版； 3 赵建昌主编.混凝土结构设计原理（上册）.北京：中国铁道出版社，2004 4 李亚东主编.桥梁工程概论.西南交通大学出版社，2001 年 1 月第一版； 5 程耀东. 计算机绘图教程.甘肃教育出版社：2001 6 铁道部.铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1 一 2005）.中国铁道出版社，2005； 7 铁道部.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3 一 2005）.中国铁道出版社，2005；
