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大跨度桥梁设计在公路桥梁中应用 　　摘要：大跨度公路桥梁往往处于公路交通运输的枢纽和咽喉地段，为道路生命线工程的重要组成部分。文章对大跨度桥梁的桥梁体系选择、上部结构的设计和下部结构的设计进行了探讨 　　关键词：大跨度桥梁公路桥梁 桥梁设计 　　前言 　　 大跨度公路桥梁往往处于公路交通运输的枢纽和咽喉地段，为道路生命线工程的重要组成部分。在桥型的比选上有相当的难度和复杂性，而桥梁的设置是否合理，桥梁设计方案是否合理，直接影响整条路线的工程造价及使用功能。因此在设计中必须协调好桥梁各细部构造与地形、地质之间的关系。 　　1 大跨度桥梁结构及其设计理论的发展 　　 随着我国经济的发展,大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮。大跨度桥梁形式多样,有斜拉桥、悬索桥、拱桥、悬臂桁架桥及其它的一些新型的桥式,如全索桥,索托桥,斜拉2悬吊混合体系桥、索桁桥等等。其中,悬索桥和斜拉桥是大跨径桥梁发展的主流。近20 年来发展最快的大跨径桥梁是斜拉桥,而遥遥领先的是悬索桥。当前世界最大跨度的悬索桥是1998年建造的日本明石海峡大桥,其主跨度为1991m;世界最大跨度的斜拉桥是1999 年建造的日本多多罗桥,其主跨度为890 m;而中国最大跨径的悬索桥是江苏润杨长江公路大桥,主跨度1490m,在世界悬索桥行列中位居第三;中国最大跨径的斜拉桥为江苏南京长江第二大桥,主跨度628m,在世界钢箱梁斜拉桥中位列第三;湖北荆州长江公路大桥,主跨径达500 m,在世界预应力混凝土斜拉桥中位列第二。目前的桥梁技术已经能较好的解决现存问题,但是随着桥梁跨度不断增大,向着更长、更大和更柔方向发展,为了保证其可靠性、耐久性、行车舒适性、施工简易性和美观性及其统一还有大量的工作要作。 　　 桥梁工程结构设计的过程也就是如何处理桥梁结构的安全性(可靠性、耐久性) 、适用性(满足功能要求及行车舒适性) 、经济性(包括建设费用和维修养护费用) 及美观性的过程。传统的桥梁结构设计,要求设计者根据设计要求和实践经验,参考类似的桥梁工程设计,通过判断去构思设计方案,然后进行强度、刚度、和稳定等各方面的计算。但由于设计者经验的限制,确定的最终方案往往不是理想的最优方案,而仅为有限个方案中接近最优的可行方案。桥梁结构优化理论是传统桥梁结构设计理论的重大发展,也是现代桥梁设计的目标。它是使所有参与设计计算的量部分以变量出现,在满足规范和规定的前提下,形成全部结构设计的可行方案域,并利用数学手段,按预定的要求寻求最优方案。 　　2大跨度桥梁的优化设计 　　 局部最优虽不能等同于整体最优,但却有益于整体最优,并促进桥梁结构的发展。因为对局部的优化设计变量相对较少而使研究的难度大大减小,研究的深度因而能更透彻。目前对大跨度桥梁的局部结构优化研究已涉及到大跨度桥梁结构设计及施工的各个方面,主要有: 　　（1）加劲梁横截面的优化 　　 大跨度桥梁的加劲梁主要有钢梁、混凝土梁、混合梁和叠合梁。根据目前全世界己建成的大跨度桥梁统计,跨度分别排在前12 位的斜拉桥和悬索桥,其主跨加劲梁形式大多为钢梁,而钢与混凝土结合梁和混凝土梁较少且跨度相对较小。 　　（2）斜拉索或主缆的动力优化 　　 目前的大跨度桥梁主要有斜拉桥、悬索桥及其它的一些新型的桥式,如全索桥,索托桥,斜拉-悬吊混合体系桥等。这些桥式都有一个共同的特点,即都由缆索支承,且桥面较柔,属柔性结构,阻尼低。在外部激励下,拉索极易发生意想不到的大幅振动。如风雨共现时的风雨振现象,主梁和拉索之间耦合振动引起的参数共振、拉索的自激振动等。拉索的大幅振动容易引起拉索锚固端的疲劳、降低拉索的使用寿命,严重时甚至对桥梁安全构成严重威胁。因此,大跨度桥梁的动力问题显得尤为重要。 　　（3）索力调整优化 　　 大跨度桥梁的收缩徐变、非线性性条件等影响会随着跨度的增大越来越显著,但最终控制主梁应力和线形的直接因素还是斜拉索力和施工时的立模标高,因而确定合理的索力对斜拉桥的材料用量及结构安全性都有十分重要的意义。然而斜拉桥作为一个高次超静定结构,施工中又要经过体系转换,如何确定合理的成桥索力,同时又能保证施工中的塔梁受力均匀合理,是目前进行斜拉桥施工监测控制的主要目标。国内外对索力调整优化的研究进行得较早,发展得也较为成熟。目前,有关索力调整的理论主要有4 大类: 　　a) 指定受力或位移状态的索力优化,如刚性支承连续梁法和零位移法。 　　b) 无约束的索力优化,如弯距平方和最小法和弯曲能量最小法。 　　c) 有约束的索力优化,如用索量最小法。 　　d) 影响矩阵法。影响矩阵法能得到不同目标函数、不同加权的优化结果,又能计入预应力、活载、收缩徐变、约束优化等影响,既可用于确定索结构合理状态,也可用于施工阶段和成桥阶段的