基于臺(tái)州市區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究
——以椒江二橋?yàn)槔?/h1>
2018-03-25 03:29:35冉成偉張志遠(yuǎn)
城市建設(shè)理論研究（電子版） 2018年28期
冉成偉 張志遠(yuǎn)
荊門市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 湖北 荊門 448000
正文：
進(jìn)行橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，前提是要保證安全第一，是否對(duì)現(xiàn)實(shí)生活有所幫助，是否足夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等。這就對(duì)設(shè)計(jì)者的要求提高了，在理論基礎(chǔ)知識(shí)之上，在橋梁建設(shè)工程方面有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)不成熟的情況下，設(shè)計(jì)就會(huì)變得不準(zhǔn)確。要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)政府部門的相關(guān)指導(dǎo)方針，不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備，材料等，一切的具體的施工方案按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，合理使用設(shè)計(jì)方法，避免橋梁設(shè)計(jì)中因主觀因素導(dǎo)致問(wèn)題的產(chǎn)生。
1 椒江二橋的基本概況以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析
作為我國(guó)目前最大的雙塔雙索斜拉橋代表的椒江二橋位于我國(guó)浙江省臺(tái)州市的椒江區(qū)，坐落在臺(tái)州市東部的臺(tái)州灣椒江入?？?，北接椒江區(qū)前所街道道感堂村，即臺(tái)金高速東延段與75省道交叉處，南接疏港大道，南接線至椒江疏港大道和太和二路交叉處，是椒江區(qū)迄今承建的最大單體工程，是浙江省及臺(tái)州市公路“十一五”建設(shè)規(guī)劃中的區(qū)域干線公路225省道改跨越椒江的重要通道。椒江二橋的建設(shè)極大的拉動(dòng)了浙江省的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度。對(duì)浙江省臺(tái)州市的城市建設(shè)具有重要的建設(shè)意義。
在優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)涉及到很多領(lǐng)域，在這個(gè)龐大的系統(tǒng)工程中，必須要理論結(jié)合實(shí)踐，在橋梁設(shè)計(jì)中，防患于未然，防止因經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)。下面對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行羅列，第一，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，在強(qiáng)度和耐久性問(wèn)題上，注重前者；第二，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮到強(qiáng)度而忽視使用極限問(wèn)題，因?yàn)槭褂眯圆攀菢蛄赫嬲嬖诘囊饬x；第三，只注重橋梁建設(shè)問(wèn)題，不重視維護(hù)。
在具體施工的過(guò)程中，在耐久性問(wèn)題上，沒(méi)有進(jìn)行明文規(guī)定以及標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，在涉及的時(shí)候也沒(méi)有專職人員，設(shè)計(jì)總是敷衍了事，這些原因往往會(huì)導(dǎo)致橋梁事故的發(fā)生，而且也不滿足橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)性也不高。
針對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)理論不夠完善，加上體系的不健全，在設(shè)計(jì)施工安全方面會(huì)暴露出很多問(wèn)題，亟需解決。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該制定一套經(jīng)濟(jì)適用型的設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)方案及連接方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選出施工規(guī)范允許的安全系數(shù)和指標(biāo)來(lái)確保結(jié)構(gòu)的安全性。
2 椒江二橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題
2.1 橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性
臺(tái)州市在橋梁設(shè)計(jì)工作中取得了很大進(jìn)展，不過(guò)都是有關(guān)材料和統(tǒng)計(jì)方面的，基于耐久性問(wèn)題還是考慮欠妥，在橋梁投入使用時(shí)，很多環(huán)境因素會(huì)影響到橋梁的壽命，所以，耐久性問(wèn)題作為橋梁建設(shè)的重點(diǎn)備受關(guān)注。對(duì)于在設(shè)計(jì)工作中，工作人員只重視算法，對(duì)結(jié)構(gòu)改造并沒(méi)有深入研究，因?yàn)闃蛄航ㄔO(shè)中的重點(diǎn)耐久性會(huì)對(duì)橋梁的使用壽命產(chǎn)生很大影響，必須要加強(qiáng)管理，及時(shí)做出改善措施，防患于未然。
2.2 橋梁的疲勞損傷
一共從風(fēng)荷載和車輛負(fù)載這兩個(gè)方面涉及到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用，這兩個(gè)方面統(tǒng)稱為動(dòng)荷載，因?yàn)閯?dòng)載荷的存在，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力也會(huì)隨之增大，進(jìn)而會(huì)由于橋身振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力損傷。
很多因素會(huì)導(dǎo)致橋梁受到損傷，比如說(shuō)內(nèi)部材料分布不均，有很多小問(wèn)題，這些小問(wèn)題不斷積累，在動(dòng)載荷的影響下變成大問(wèn)題，到達(dá)一定程度的時(shí)候，橋身結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂痕，甚至?xí)l(fā)生斷裂，后果不堪設(shè)想。所以要將這些隱藏的禍患扼殺在搖籃之中，重視橋身結(jié)構(gòu)的保護(hù)工作。
2.3 橋梁的超載
在設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作中，一切都要按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在實(shí)際的運(yùn)作中，橋梁往往會(huì)出現(xiàn)超載的問(wèn)題，這樣一來(lái)會(huì)增加橋身應(yīng)力，損傷橋體。因?yàn)槌d所造成的損傷是巨大的，這些損傷是很難修復(fù)的，超載甚至?xí)茐臉蛄旱慕Y(jié)構(gòu)，引起交通事故。所以在設(shè)計(jì)工作中要加大載荷研究力度，增加橋梁的安全性和耐久性。
2.4 橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性
近些年，自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是地震這樣破壞性極大的自然災(zāi)害。所以橋梁的抗震性能也就備受關(guān)注。地震會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重影響橋梁壽命，所以在設(shè)計(jì)工作中，要同時(shí)考慮橋梁的耐久性和抗震性能，保證施工質(zhì)量，重視每一個(gè)細(xì)節(jié)：第一，保證內(nèi)部材料的整體性和連續(xù)性，不斷優(yōu)化施工流程；第二，加強(qiáng)橋墩和橋身的鏈接強(qiáng)度；第三，通過(guò)增加配筋來(lái)保證整體結(jié)構(gòu)的延展性；第四，對(duì)于不良土層進(jìn)行強(qiáng)化；第五，運(yùn)用結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施對(duì)橋體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。
增加橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性，不僅可以防止動(dòng)載荷對(duì)橋梁的損傷，也可以減少地震對(duì)橋體的沖擊。
3 椒江二橋的概念設(shè)計(jì)與相關(guān)的分析理論研究
3.1 椒江二橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)的分析理論研究
1.對(duì)于椒江二橋這種大跨度斜拉橋的非線性靜力分析理論研究
力學(xué)性能對(duì)于橋梁來(lái)說(shuō)極為重要，尤其像椒江二橋這種大跨度的斜拉橋，一定要基于桁架受力來(lái)確定受力狀態(tài)。在施工時(shí)，采用分段懸臂法。因?yàn)槭┕さ姆侄芜M(jìn)行，后期的施工一定會(huì)對(duì)前期的施工結(jié)果造成影響，那么要保證施工的質(zhì)量，就必須要在施工之前做好工程的與估算以及整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中的受力分析，以及外形結(jié)構(gòu)等等[2]。
2.椒江二橋的優(yōu)化方案試設(shè)計(jì)與參數(shù)研究
像椒江二橋這樣的“千米級(jí)”以上的斜拉橋，主跨必須要采用鋼箱梁形式。說(shuō)完主跨，下面介紹邊跨，邊跨在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用的是混凝土主梁，像國(guó)外比較知名的大橋采用的成橋方式就是這種以主邊跨的成橋方式，例如Normandy，Stonecutters大橋的混合梁體系，這種方式不僅可以改善橋梁的力學(xué)性能，還可以讓其更加經(jīng)濟(jì)。在情況不允許的情況下，主跨和邊跨都可以采用鋼箱梁形式。在索力傳遞的時(shí)候，為增強(qiáng)橋塔與主梁的抗彎曲性能，可以讓中跨承受更多的來(lái)自主梁的受拉力，更大程度上減少橋塔和橋索根部來(lái)自于主梁的受力。當(dāng)然了，由于受限于橋梁選址的限制，傳統(tǒng)的自錨體系全鋼箱梁結(jié)構(gòu)在橋梁的設(shè)計(jì)中運(yùn)用的比較廣泛[4]。
3.將雙索面優(yōu)化為多索面的理論分析
一般情況下，對(duì)于四車道的橋面采用的是雙索道，基本上車道的數(shù)量與索道的數(shù)量相關(guān)聯(lián)，對(duì)于椒江二橋這種六車道的特大跨度的斜拉橋來(lái)說(shuō)，建議改變雙索道為多索道[1]。雙索道有不足之處，譬如，憑借索道的側(cè)向牽引，主梁對(duì)于橋塔的壓力才會(huì)減小，而對(duì)于椒江二橋這種大跨度的斜拉橋來(lái)說(shuō)，沉重的負(fù)荷只能由橋塔承受，所以，在主梁的設(shè)計(jì)中會(huì)重點(diǎn)考慮索道。因此，在這種大跨度的斜拉橋中，可以適當(dāng)?shù)卦黾铀髅?，為了減少跨度半徑，可以主梁將原有橫向承載模式變?yōu)?或3跨彈性支撐連續(xù)梁，降低主梁的高度，減少橫向荷載所需的材料，從而有利于主梁向輕巧化發(fā)展。
關(guān)于多索面支撐，最早來(lái)源于Roebling設(shè)計(jì)的著名的Brooklyn橋的這一懸吊組合體系，與1883年正式完工。在最近幾年國(guó)內(nèi)外的公路斜拉橋建設(shè)中，已有很多成功的例子，有三索面、三柱式塔、混凝土單箱雙室的黑石渡橋，位于湖南長(zhǎng)沙瀏陽(yáng)河上；有四索面，M型塔，混凝土分離雙箱梁的西灣大橋，位于澳門特別行政區(qū)；還有四索面、獨(dú)柱塔、分體組合梁+橫向聯(lián)結(jié)系的汀九橋，位于香港特別行政區(qū)等等。
3.2 椒江二橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
在椒江二橋的結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)比較明顯的特征就是，橋梁跨度中存在一個(gè)彈性中間支承，它是由橋塔兩側(cè)的斜拉索引出的，可以預(yù)先給在斜拉索上施加拉力，可以減少主梁的截面彎矩，高度以及自重問(wèn)題，讓主梁的強(qiáng)度更大，耐久性更長(zhǎng)。前文提到的一個(gè)問(wèn)題就是橋梁的動(dòng)載荷過(guò)大，可以降低斜拉索之間的距離以及對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)先的張拉力作用，這樣做可以降低橋體負(fù)荷，減小彎矩。基于軸向受力狀態(tài)，橋塔、橋梁以及斜拉索構(gòu)成的主體可以將材料的性能發(fā)揮到極致。隨著截面彎矩的降低，橋身自重會(huì)減少，這對(duì)于施工來(lái)說(shuō)便捷高效了許多，這恰恰也是現(xiàn)代橋梁的發(fā)展方向，密集型和輕柔型[3]。
基于技術(shù)層面的分析，縱觀斜拉橋的發(fā)展歷史，基本上可以分為四個(gè)顯著時(shí)期，稀疏型斜拉索時(shí)期、密集型斜拉索時(shí)期、主梁柔性化時(shí)期以及大跨度、跨徑時(shí)期。不同時(shí)期斜拉橋的改變都源于斜拉橋的三個(gè)基本要素橋塔、橋梁和橋索三者之間的組合變化，期間產(chǎn)生了各式各樣的斜拉橋，而椒江二橋就是其中的代表之一。具體情況不做詳細(xì)描述。
總的來(lái)說(shuō)，一共可以從五個(gè)角度展開(kāi)對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作：第一，在對(duì)于橋型選擇上遵循橋梁美學(xué)的要求，整體尺寸更加合理；第二，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不僅要考慮到橋塔、橋梁以及橋索這三個(gè)橋梁的基本要素的設(shè)計(jì)，還要考慮到三者之間的鏈接方式以及拉索錨固方式；第三，在橋體的機(jī)構(gòu)受力分析方面，不僅要從耐久性、穩(wěn)定性、靜力三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估分析，還要從橋梁的動(dòng)力特性、抗震性以及抗風(fēng)性方面就行評(píng)估分析；第四，具體的施工方案設(shè)計(jì)，對(duì)橋塔、橋梁以及橋索三個(gè)要素進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，還要對(duì)基本架構(gòu)進(jìn)行可行性分析；第五，來(lái)自于經(jīng)濟(jì)方面的分析，只有不斷的提高橋梁建造施工技術(shù)，才能不斷的降低經(jīng)濟(jì)成本，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)完整的，健全的，科學(xué)的橋梁建設(shè)體系、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系以及施工方案，在經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)方案。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，椒江二橋在臺(tái)州市交通事業(yè)中發(fā)揮的重要作用，可以說(shuō)是直接影響著臺(tái)州市整體的經(jīng)濟(jì)水平，因而對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作就顯得非常重要了，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，借助各種橋梁設(shè)計(jì)分析理論，來(lái)解決耐久性、疲勞損傷問(wèn)題、動(dòng)載荷問(wèn)題、抗震性以及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題等，以及一些成功的案例為椒江二橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。更大程度的優(yōu)化橋梁的各種性能。
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冉成偉 張志遠(yuǎn)
荊門市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 湖北 荊門 448000
正文：
進(jìn)行橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，前提是要保證安全第一，是否對(duì)現(xiàn)實(shí)生活有所幫助，是否足夠經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等。這就對(duì)設(shè)計(jì)者的要求提高了，在理論基礎(chǔ)知識(shí)之上，在橋梁建設(shè)工程方面有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)不成熟的情況下，設(shè)計(jì)就會(huì)變得不準(zhǔn)確。要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)政府部門的相關(guān)指導(dǎo)方針，不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，設(shè)備，材料等，一切的具體的施工方案按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，合理使用設(shè)計(jì)方法，避免橋梁設(shè)計(jì)中因主觀因素導(dǎo)致問(wèn)題的產(chǎn)生。
1 椒江二橋的基本概況以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析
作為我國(guó)目前最大的雙塔雙索斜拉橋代表的椒江二橋位于我國(guó)浙江省臺(tái)州市的椒江區(qū)，坐落在臺(tái)州市東部的臺(tái)州灣椒江入?？?，北接椒江區(qū)前所街道道感堂村，即臺(tái)金高速東延段與75省道交叉處，南接疏港大道，南接線至椒江疏港大道和太和二路交叉處，是椒江區(qū)迄今承建的最大單體工程，是浙江省及臺(tái)州市公路“十一五”建設(shè)規(guī)劃中的區(qū)域干線公路225省道改跨越椒江的重要通道。椒江二橋的建設(shè)極大的拉動(dòng)了浙江省的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度。對(duì)浙江省臺(tái)州市的城市建設(shè)具有重要的建設(shè)意義。
在優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)涉及到很多領(lǐng)域，在這個(gè)龐大的系統(tǒng)工程中，必須要理論結(jié)合實(shí)踐，在橋梁設(shè)計(jì)中，防患于未然，防止因經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)。下面對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行羅列，第一，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，在強(qiáng)度和耐久性問(wèn)題上，注重前者；第二，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮到強(qiáng)度而忽視使用極限問(wèn)題，因?yàn)槭褂眯圆攀菢蛄赫嬲嬖诘囊饬x；第三，只注重橋梁建設(shè)問(wèn)題，不重視維護(hù)。
在具體施工的過(guò)程中，在耐久性問(wèn)題上，沒(méi)有進(jìn)行明文規(guī)定以及標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，在涉及的時(shí)候也沒(méi)有專職人員，設(shè)計(jì)總是敷衍了事，這些原因往往會(huì)導(dǎo)致橋梁事故的發(fā)生，而且也不滿足橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)性也不高。
針對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)理論不夠完善，加上體系的不健全，在設(shè)計(jì)施工安全方面會(huì)暴露出很多問(wèn)題，亟需解決。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該制定一套經(jīng)濟(jì)適用型的設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)方案及連接方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并選出施工規(guī)范允許的安全系數(shù)和指標(biāo)來(lái)確保結(jié)構(gòu)的安全性。
2 椒江二橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題
2.1 橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性
臺(tái)州市在橋梁設(shè)計(jì)工作中取得了很大進(jìn)展，不過(guò)都是有關(guān)材料和統(tǒng)計(jì)方面的，基于耐久性問(wèn)題還是考慮欠妥，在橋梁投入使用時(shí)，很多環(huán)境因素會(huì)影響到橋梁的壽命，所以，耐久性問(wèn)題作為橋梁建設(shè)的重點(diǎn)備受關(guān)注。對(duì)于在設(shè)計(jì)工作中，工作人員只重視算法，對(duì)結(jié)構(gòu)改造并沒(méi)有深入研究，因?yàn)闃蛄航ㄔO(shè)中的重點(diǎn)耐久性會(huì)對(duì)橋梁的使用壽命產(chǎn)生很大影響，必須要加強(qiáng)管理，及時(shí)做出改善措施，防患于未然。
2.2 橋梁的疲勞損傷
一共從風(fēng)荷載和車輛負(fù)載這兩個(gè)方面涉及到對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用，這兩個(gè)方面統(tǒng)稱為動(dòng)荷載，因?yàn)閯?dòng)載荷的存在，橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力也會(huì)隨之增大，進(jìn)而會(huì)由于橋身振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力損傷。
很多因素會(huì)導(dǎo)致橋梁受到損傷，比如說(shuō)內(nèi)部材料分布不均，有很多小問(wèn)題，這些小問(wèn)題不斷積累，在動(dòng)載荷的影響下變成大問(wèn)題，到達(dá)一定程度的時(shí)候，橋身結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂痕，甚至?xí)l(fā)生斷裂，后果不堪設(shè)想。所以要將這些隱藏的禍患扼殺在搖籃之中，重視橋身結(jié)構(gòu)的保護(hù)工作。
2.3 橋梁的超載
在設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作中，一切都要按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在實(shí)際的運(yùn)作中，橋梁往往會(huì)出現(xiàn)超載的問(wèn)題，這樣一來(lái)會(huì)增加橋身應(yīng)力，損傷橋體。因?yàn)槌d所造成的損傷是巨大的，這些損傷是很難修復(fù)的，超載甚至?xí)茐臉蛄旱慕Y(jié)構(gòu)，引起交通事故。所以在設(shè)計(jì)工作中要加大載荷研究力度，增加橋梁的安全性和耐久性。
2.4 橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性
近些年，自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是地震這樣破壞性極大的自然災(zāi)害。所以橋梁的抗震性能也就備受關(guān)注。地震會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重影響橋梁壽命，所以在設(shè)計(jì)工作中，要同時(shí)考慮橋梁的耐久性和抗震性能，保證施工質(zhì)量，重視每一個(gè)細(xì)節(jié)：第一，保證內(nèi)部材料的整體性和連續(xù)性，不斷優(yōu)化施工流程；第二，加強(qiáng)橋墩和橋身的鏈接強(qiáng)度；第三，通過(guò)增加配筋來(lái)保證整體結(jié)構(gòu)的延展性；第四，對(duì)于不良土層進(jìn)行強(qiáng)化；第五，運(yùn)用結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施對(duì)橋體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。
增加橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性，不僅可以防止動(dòng)載荷對(duì)橋梁的損傷，也可以減少地震對(duì)橋體的沖擊。
3 椒江二橋的概念設(shè)計(jì)與相關(guān)的分析理論研究
3.1 椒江二橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)的分析理論研究
1.對(duì)于椒江二橋這種大跨度斜拉橋的非線性靜力分析理論研究
力學(xué)性能對(duì)于橋梁來(lái)說(shuō)極為重要，尤其像椒江二橋這種大跨度的斜拉橋，一定要基于桁架受力來(lái)確定受力狀態(tài)。在施工時(shí)，采用分段懸臂法。因?yàn)槭┕さ姆侄芜M(jìn)行，后期的施工一定會(huì)對(duì)前期的施工結(jié)果造成影響，那么要保證施工的質(zhì)量，就必須要在施工之前做好工程的與估算以及整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中的受力分析，以及外形結(jié)構(gòu)等等[2]。
2.椒江二橋的優(yōu)化方案試設(shè)計(jì)與參數(shù)研究
像椒江二橋這樣的“千米級(jí)”以上的斜拉橋，主跨必須要采用鋼箱梁形式。說(shuō)完主跨，下面介紹邊跨，邊跨在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用的是混凝土主梁，像國(guó)外比較知名的大橋采用的成橋方式就是這種以主邊跨的成橋方式，例如Normandy，Stonecutters大橋的混合梁體系，這種方式不僅可以改善橋梁的力學(xué)性能，還可以讓其更加經(jīng)濟(jì)。在情況不允許的情況下，主跨和邊跨都可以采用鋼箱梁形式。在索力傳遞的時(shí)候，為增強(qiáng)橋塔與主梁的抗彎曲性能，可以讓中跨承受更多的來(lái)自主梁的受拉力，更大程度上減少橋塔和橋索根部來(lái)自于主梁的受力。當(dāng)然了，由于受限于橋梁選址的限制，傳統(tǒng)的自錨體系全鋼箱梁結(jié)構(gòu)在橋梁的設(shè)計(jì)中運(yùn)用的比較廣泛[4]。
3.將雙索面優(yōu)化為多索面的理論分析
一般情況下，對(duì)于四車道的橋面采用的是雙索道，基本上車道的數(shù)量與索道的數(shù)量相關(guān)聯(lián)，對(duì)于椒江二橋這種六車道的特大跨度的斜拉橋來(lái)說(shuō)，建議改變雙索道為多索道[1]。雙索道有不足之處，譬如，憑借索道的側(cè)向牽引，主梁對(duì)于橋塔的壓力才會(huì)減小，而對(duì)于椒江二橋這種大跨度的斜拉橋來(lái)說(shuō)，沉重的負(fù)荷只能由橋塔承受，所以，在主梁的設(shè)計(jì)中會(huì)重點(diǎn)考慮索道。因此，在這種大跨度的斜拉橋中，可以適當(dāng)?shù)卦黾铀髅?，為了減少跨度半徑，可以主梁將原有橫向承載模式變?yōu)?或3跨彈性支撐連續(xù)梁，降低主梁的高度，減少橫向荷載所需的材料，從而有利于主梁向輕巧化發(fā)展。
關(guān)于多索面支撐，最早來(lái)源于Roebling設(shè)計(jì)的著名的Brooklyn橋的這一懸吊組合體系，與1883年正式完工。在最近幾年國(guó)內(nèi)外的公路斜拉橋建設(shè)中，已有很多成功的例子，有三索面、三柱式塔、混凝土單箱雙室的黑石渡橋，位于湖南長(zhǎng)沙瀏陽(yáng)河上；有四索面，M型塔，混凝土分離雙箱梁的西灣大橋，位于澳門特別行政區(qū)；還有四索面、獨(dú)柱塔、分體組合梁+橫向聯(lián)結(jié)系的汀九橋，位于香港特別行政區(qū)等等。
3.2 椒江二橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
在椒江二橋的結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)比較明顯的特征就是，橋梁跨度中存在一個(gè)彈性中間支承，它是由橋塔兩側(cè)的斜拉索引出的，可以預(yù)先給在斜拉索上施加拉力，可以減少主梁的截面彎矩，高度以及自重問(wèn)題，讓主梁的強(qiáng)度更大，耐久性更長(zhǎng)。前文提到的一個(gè)問(wèn)題就是橋梁的動(dòng)載荷過(guò)大，可以降低斜拉索之間的距離以及對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)先的張拉力作用，這樣做可以降低橋體負(fù)荷，減小彎矩。基于軸向受力狀態(tài)，橋塔、橋梁以及斜拉索構(gòu)成的主體可以將材料的性能發(fā)揮到極致。隨著截面彎矩的降低，橋身自重會(huì)減少，這對(duì)于施工來(lái)說(shuō)便捷高效了許多，這恰恰也是現(xiàn)代橋梁的發(fā)展方向，密集型和輕柔型[3]。
基于技術(shù)層面的分析，縱觀斜拉橋的發(fā)展歷史，基本上可以分為四個(gè)顯著時(shí)期，稀疏型斜拉索時(shí)期、密集型斜拉索時(shí)期、主梁柔性化時(shí)期以及大跨度、跨徑時(shí)期。不同時(shí)期斜拉橋的改變都源于斜拉橋的三個(gè)基本要素橋塔、橋梁和橋索三者之間的組合變化，期間產(chǎn)生了各式各樣的斜拉橋，而椒江二橋就是其中的代表之一。具體情況不做詳細(xì)描述。
總的來(lái)說(shuō)，一共可以從五個(gè)角度展開(kāi)對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作：第一，在對(duì)于橋型選擇上遵循橋梁美學(xué)的要求，整體尺寸更加合理；第二，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不僅要考慮到橋塔、橋梁以及橋索這三個(gè)橋梁的基本要素的設(shè)計(jì)，還要考慮到三者之間的鏈接方式以及拉索錨固方式；第三，在橋體的機(jī)構(gòu)受力分析方面，不僅要從耐久性、穩(wěn)定性、靜力三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估分析，還要從橋梁的動(dòng)力特性、抗震性以及抗風(fēng)性方面就行評(píng)估分析；第四，具體的施工方案設(shè)計(jì)，對(duì)橋塔、橋梁以及橋索三個(gè)要素進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，還要對(duì)基本架構(gòu)進(jìn)行可行性分析；第五，來(lái)自于經(jīng)濟(jì)方面的分析，只有不斷的提高橋梁建造施工技術(shù)，才能不斷的降低經(jīng)濟(jì)成本，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)完整的，健全的，科學(xué)的橋梁建設(shè)體系、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系以及施工方案，在經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)方案。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，椒江二橋在臺(tái)州市交通事業(yè)中發(fā)揮的重要作用，可以說(shuō)是直接影響著臺(tái)州市整體的經(jīng)濟(jì)水平，因而對(duì)椒江二橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作就顯得非常重要了，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，借助各種橋梁設(shè)計(jì)分析理論，來(lái)解決耐久性、疲勞損傷問(wèn)題、動(dòng)載荷問(wèn)題、抗震性以及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題等，以及一些成功的案例為椒江二橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。更大程度的優(yōu)化橋梁的各種性能。
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