深入阐述公路桥梁设计结构的优化方法

摘要：本文以公路桥梁工程设计的关键技术与优化方法为探讨主题，针对当前道桥工程项目设计的发展现状，从耐久性、桥梁超载、安全性与美观性等四方面分析关键技术的设计问题，并提出做好调查研究准备工作、完善耐久性设计与提高对桥梁超载的重视等针对性的优化措施，为公路桥梁设计的高质量、高水平发展提供可行性建议。

关键词：公路桥梁设计;关键技术;优化方法

在工程建设领域飞速发展的环境背景下，公路桥梁等基础设施的项目建设得到社会大众的广泛关注，设计工作与关键技术的应用面临着更高要求。对于道桥工程的施工作业来说，准确的数据资料与科学的设计图纸是最重要的技术支撑，因此在投入大量财力资源与人力资源的同时，应提高对工程设计的重视，采取一套完整有效的优化措施。

1 公路桥梁设计中的关键技术问题

1.1 耐久性问题

在完成公路桥梁建设工程的所有施工内容后，其普遍需要投入到长期的使用过程中，少则十几年，多达几十年，因此耐久性是道桥项目设计中的一项重点问题。设计人员需要对公路桥梁面临的实际使用情况、外部环境内存在的诸多因素进行全方位地细致考量，并针对竣工后期与使用阶段中的定期维修与养护工作规划科学的作业方案，将设计方案逐步完善，最大程度上防止公路桥梁在投入使用后出现各类故障问题，或引发严重的安全事故，对建筑自身的使用寿命造成影响。

1.2 桥梁超载问题

通过观察并分析当前大部分公路桥梁的实际使用情况可以发现，超载问题的存在较为普遍。超载问题不仅会影响桥梁路面的使用效果，在经过长时间的使用过程后很可能会改变其内部主体结构的性能特点，与建筑材料的质量性状，严重时甚至会引发质量事故等安全问题。若公路桥梁主体结构由于负荷超载的问题遭到损伤，则无法自行恢复，这时以便处于正常的荷载压力下，桥梁的实际使用状态也会发生较大变化，久而久之导致自身的耐久性与安全性受到损害，整体使用寿命在超载问题的影响下快速缩短。

1.3 安全性问题

对于公路桥梁建筑来说，安全性是设计、施工与使用的重点要求。因此在工程建设的设计阶段，必须在方案规划与图纸设计中充分体现出安全性的要素，并从多方面丰富项目施工的安全元素。但由于现阶段我国桥梁设计水平较为有限，在安全设计方面仍然存在着较多疏漏之处，一定程度上影响了公路桥梁的使用安全。例如，在设计并规划建筑的抗震结构时，没有严格参照所在地对桥梁抗震等级的具体要求标准，抗震设计不规范。当道桥建成并投入正式使用后，必然存在一定的安全隐患。

2 桥梁结构设计选型

2.1 上部结构选型

目前国内公路桥梁项目施工中，常用的桥梁上部结构形式主要有预制混凝土梁、现浇混凝土梁、钢结构箱梁三种。根据桥梁结构造型不同，预制混凝土梁可分为预应力混凝土T梁和预应力混凝土箱梁。为选出合适的上部结构形式，从适用性、经济指标、受力特点、施工工艺、使用性能、保通能力、梁高等方面对上述四种桥梁结构形式进行对比分析。

2.2 下部结构选型

桥梁下部结构设计选型主要包括桥墩和桥台两个部分，其中，桥墩设计选择时，不仅要求桥墩造型要服从梁部形式，也要综合考虑强度、稳定性、占地、河流、沟渠、道路、通视等因素，确保桥梁上、下部结构协调统一，轻巧美观，且能与四周环境和谐共处。

3公路桥梁的设计要点

3.1 材料选型设计

在材料选型设计环节，以桥梁结构特点、工程设计要求为依据，参照同类项目案例，确定空心板、锚具、支座等构件材料的性能指标要求与材质品种。例如，在某地区公路桥梁工程设计期间，选用连续刚构桥形式，全桥长度为274m，宽度为12m，跨度为100m，主桥长度为210m，最终选用15.24mm钢绞线制成空心板与引桥上构T梁等构件，使用12.7mm钢绞线制作箱梁，配备OVMBM13系列锚具，将GJZF4矩形滑板支座设置在过渡墩箱梁梁端部位处，将GJZF4冠状橡胶支座设置在其他部位，在主桥箱梁等部位使用50号混凝土，在承台与基桩部位使用25号混凝土，在空心板与桥面板部位使用40号混凝土。

3.2 结构抗震设计

（1）延性抗震。在延性抗震设计过程中，对于允许出现塑性的结构及构件，应做好专门的延性设计工作，确保构件及结构的形变程度和损坏程度不会对桥梁结构造成不利影响。因此，在桥梁结构设计时，各构件及结构应具备相应的滞特性，当出现地震灾害时，能够起到一定的抵抗作用。对于地震条件下的结构设计工作，结构及构件的滞回性应低于地震引发的反复弹塑性，使结构的抗震最低要求能够得到实现。

（2）减隔震。为了提高减隔震设计工作质量，需要通过非线性地震实施相应的实验。相关调查显示，在抗震设计环节中，减隔震设计桥梁具备下列三个特点：第一，墩柱结构的刚性相对大，且自振周期相对小；第二，桥梁的墩柱高度变化幅度明显，受力不均匀的现象普遍；第三，在场地地震运动能力预测过程中，高频分量是主要集中的部位，如预测场地地震运动能力中存在少量的低频分量，则需要展开减隔震设计。

3.3 结构风振控制设计

（1）改善结构动力性能。第一，技术人员可通过提高桥梁结构固有频率的方式，提高桥梁结构刚度，降低桥梁结构振动幅度。但该种方式并不适用于所有的桥梁工程，例如对于刚度小的柔性大跨度桥梁工程，增加高度不仅会导致成本支出显著增加，还会使桥梁的气动外形受到影响。第二，降低桥梁在风致振动过程中所产生的振动幅度也能够强化桥梁工程的整体质量，但该种方式也会引发一定的问题，例如导致结构的固有频率受到影响。第三，对于非流线型大跨度桥梁的断面，如出现颤振问题，则可通过增加截面抗扭刚度的方式对其进行加固。

（2）气动控制。在气流通过不同桥梁截面时，桥梁断面气动外形会使空气作用力发生不同的改变，最终产生不同情况的空气作用力。目前，可通过风洞实验来总结提高桥梁抗风性能的方式，具体方式如下：第一，在多种颤振导数测试过程中，稳定性高的截面宽度与高度之间的比值大，通常情况下比值为7以上；第二，通过对钝头桥梁断面对比的方式发现，将断面设置为悬臂型后，气动性能更好，此外，桥梁结构的稳定性与悬臂长短关系为正比；第三，截面形状端部相对重要，在端部设置风嘴与裙板能够使截面更加趋近于流线型，当气流与该部位发生作用时，能够降低涡脱；第四，对于频率低、跨度大的桥梁，在桥面局部处设置通风结构也能够提高桥梁结构的气动稳定性；第五，为了避免空气流动对桥梁结构产生震动影响，可适当设置抑流板对气流的形态进行改善。

（3）机械控制。如气动措施无法实现预期要求，可通过机械措施降低桥梁振动幅度。根据外部能量输入情况，可将机械控制措施划分为主动措施、半主动措施、被动措施及混合措施。

半主动措施是结合相关参数形成的桥梁结构控制措施。半主动措施与主动措施原理相似，是通过调整调节结构的措施，将其参数保持在最优状态，使控制系统的要求得到满足。半主动控制器是由桥梁被动刚度调节器、机械调节器、阻尼设备调节器共同组成的系统。

结束语

现阶段，大跨度公路桥梁已成为我国道路桥梁工程的重要构成部分，重要作用不言而喻。技术人员应采取科学有效的措施强化公路桥梁设计方案内容的科学性和有效性，及时解决公路桥梁设计过程中出现的各项问题，在提高公路桥梁设计方案水平的基础上，延长公路桥梁使用年限。

参考文献

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