罗刚
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 230011
摘要：主要从桥梁结构化设计的必要性入手，对桥梁结构化设计原则进行了全面分析，并以独塔斜拉桥作为研究对象，从主梁、索塔、斜拉索等方面详细分析了结构化设计在桥梁设计中的应用，最后通过对该类型桥梁的车道横向、斜拉结构强度等计算，得知该结构化设计可有效保障结构的安全性、稳定性。
关键词：结构化设计;桥梁设计;独塔斜拉桥
引文：随着我国经济的快速发展，桥梁作为重要的交通基础设施，其建设数量呈几何增长，为我国社会的进步起到关键性的促进作用。在桥梁工程建设过程中，施工人员需要以安全、稳定为出发点，全面保障桥梁建设安全，从而有效确保人们出行的方便。
1结构化设计的必要性
传统的桥梁结构设计，设计人员应充分考虑到工程实际情况，以大量的实践经验为基础，才能确定最终设计方案，此时还需要明确规定工程中所用材料、结构布置、工艺技术、结构尺寸等，然后考虑到整体结构的承载性能以及使用安全性等方面，最终保证桥梁设计更加的安全与稳定。设计人员在设计过程中应该融入更加先进的设计理念，积极地采取措施提升整体结构的稳定性与承载能力，进而促进我国桥梁整体质量的提升。
2桥梁结构化设计的原则
2．1连续性
连续性是确保桥梁结构化设计顺利实施的基础原则之一，一方面只有在满足这一原则的基础上，才能增大桥梁的整体抗压强度和有效受力面积，进而缓解当前桥梁建设中所面临的桥梁负荷增加、施工难度增大等问题;另一方面有利于缩短桥梁在受力过程中的传递路径，起到优化桥梁结构、节省建筑材料等作用。
2．2科学性
在桥梁结构化设计中，予以桥梁结构相应的结构配置、确定合理的桥梁截面及高度是十分重要的，有利于增强桥梁设计的科学性。同时，在对桥梁实施结构化设计时，还应注重对其内部结构的调整和优化，通过减少桥梁结构自身的重量来提升桥梁结构的安全、稳定。
2．3简约化
在桥梁设计和建设过程中，注重简约化设计的目的在于提升桥梁结构的整体强度、降低工程成本。在桥梁结构化设计中，应保证设计路径的简化，确保桥梁结构力能得到及时传递，从而达到分散外部荷载的目的。
3独塔斜拉桥的结构特性
3.1桥形布置灵活
该桥梁可以选择使用变截面的结构形式，达到工程的受力要求；与T构配合使用，能有效的降低工程的成本；主体布置行为相当灵活，外在美观性也比较好，同时也具备较好的承载性能。施工成本低。独塔斜拉桥成本更低，经济效益更为明显。在整个设计过程中，需要考虑到使用较长的无索区，并且能够有效的减少斜拉索的使用量，从而可以更好的降低工程造价。
施工工艺简单。独塔斜拉桥的工艺方面相对来说较为简单，可以选择使用水平转体施工的方式，同时能够减少临空、临水的施工量，桥梁的主体结构构成也比较简单，施工速度比较快。受力性能好。独塔斜拉桥具备较强的承载性能，而对于拉索则具备更强的挠度，可以更好的进行桥梁结构设计，防止出现变形区域；独塔斜拉桥在运行过程中受到温度变化以及收缩应力的影响导致主梁挠度较小，所以在塔顶的位置上不会出现较大的变形，整体结构性能良好。
4独塔斜拉桥的结构化设计
4．1结构化设计细节
(1)主梁结构化设计
独塔斜拉桥路面的车辆通行安全带设置在车辆两侧，这种操作不仅会增加安全带的设置工序，还会对主梁实际承载能力造成影响，故应采用相应的技术施工手段对主梁结构进行优化。具体操作为:将安全带和板式梁设置在同一区域内;将主梁变成槽口向上的槽型梁;除了主梁与塔索相靠近的部分外，在其它结构的适当位置增加钢筋，促使受力覆盖全断面，确保设计的合理性。
(2)索塔结构化设计
索塔自身的稳定性来源于其采用了矩形等截面直线塔;处于框架结构附近的桥名牌可起到缩短索塔横向长度的作用。
(3)斜拉索结构化设计
①材料选择。高强钢丝和钢绞线是斜拉索生产加工中的常用材料，但由于钢绞线的定制成本较高，且更换难度大，不适用于小斜拉桥结构设计中。针对这一问题，可采用高强精轧螺纹粗钢筋进行定制，这种钢筋的优点在于配件齐全、定制程序简单、成本费用低、施工操作简便等;②设计要点。若高强精轧螺纹粗钢筋在长期使用中出现了锈蚀情况，因施工前涂抹了防锈剂，故不会因为锈蚀到钢筋内部结构而造成应力腐蚀问题。粗钢筋的标准强度仅为钢绞线的1/2，故在设计中需将粗钢筋斜拉索截面积增加一倍左右;高强精轧螺纹粗钢筋的使用，会使得主梁结点竖向变位随着斜拉索刚度的增加而减少，这一现象可避免主梁弯矩过大，确保斜拉索设计的稳定性;③布置方式。辐射形、扇形、平行和竖琴形是斜拉索布置的常见方式。比如以扇形的方式布置斜拉索，具体内容为:将分别将两根25高强精轧粗钢筋和32粗钢筋作为端斜拉索以及其余斜拉索，这种结构设计形式可使得索塔顶端水平变位几乎为零。按照斜拉索结构化设计的要求，并经过多次测算，确定4．5m索距是最合理的主梁至斜拉索的间距，该索距适用于多种跨径桥梁设计中。表1为主梁上不同跨径斜拉索的锚固点间距分析情况。由表1可以看出，拉索数量会随着总跨度的增加而增加，变化规律为:每增加10m，则需增加一根拉索;若该索距不满足工程结构设计需要，可对索距进行适当调整，避免其稳定性受到影响。
4．2设计计算
（1）车道横向受力计算。在设计的过程中，需要充分的考虑到横向载荷参数，然后按照设计要求乘以荷载效应系数0.7进行验算。车道板的横向跨度为斜拉索在主梁与锚固点之间的实际距离，其承载能力可以按照JTGD62—2012规范中4.1.6—1的公式计算获取最精确的数据信息，按照二级的要求进行数据选取。将所需要的数据代入到上式中进行计算，可以得出更加精确的计算结果，此时可以确定在工程中每米需要设置1012ＲFB335钢筋，可以达到结构设计的要求。（2）斜拉结构强度验算。根据独塔斜拉桥的设计方案，主梁是主要的受压结构部分，如果其受到了最大弯矩的作用，并且此时不需要考虑到其他截面所受到的影响，就能够根据JTGD62－2012规范中第5.3.5条的要求进行计算，可以更好地确定抗压承载性能。根据主梁结构部分在使用过程中受力不确定的特点，比如在进行斜拉索拉力改变以及主梁标高调整的过程中，都会造成主梁结构内部的受力存在一定变化。因此，在今后的桥梁结构设计中，需要根据要求不断调整承载性能，使得整体结构更加稳定与安全。
5结语
总而言之，为了更好满足桥梁设计的经济适用、安全可靠、耐久性标准等要求，积极采用结构化设计代替传统的桥梁设计方式，大量工程实践也表明，结构化设计已取得良好的设计效果，对促进我国桥梁建设领域的发展具有重要作用。
参考文献:
［1］李振华．现代结构优化设计在某船用起重臂设计中的应用［J］．舰船科学技术，2015，37(7):180－183．
［2］吴伟辉，肖冬明，毛星．金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造［J］．红外与激光工程，2016，45(11):124－131．
［3］张俭．新建下穿运营高速铁路桥梁的设计方案［J］．中外公路，2014，34(2)．89－89．
[4]孙峻岭.索结构桥梁的抗震设计和抗震加固策略美国现行实践概述[J].交通建设与管理，2010（4）：44-53.
[5]辛振宇.道路桥梁结构设计要点分析和研究[J].科技创新与应用，2015（13）：210.
论文作者:罗刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
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