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摘要：目前，我国公路桥梁建设水平不断提高，大跨度桥梁结构体系应用也越来越多，为保证桥梁结构体系安全做好结构设计优化具有重要意义。文章通过对大跨度桥梁发展现状进行分析，探讨结构体系优化设计的方法措施。
关键词：大跨度；桥梁结构；结构体系；结构优化
引言
当前我国交通体系日益完善，越来越多的大跨度桥梁建设并投入运行，缩短了人们的出行距离，方便了人们的生活。但大跨度桥梁的设计具有复杂性和高难度，因此需制定出科学、合理的大跨度桥梁设计方案，保证公路桥梁的施工质量，提高桥梁的安全性。
1大跨度桥梁发展现状
我国幅员辽阔、地形复杂，随着经济和科技的发展，对大跨度桥梁的需求也日益凸显，现如今大跨度桥梁技术比较成熟，桥梁跨越能力越来越强，比如矮寨特大悬索桥，主跨为1176m的跨峡谷大桥;武汉杨泗港长江大桥，主跨跨径1700m，为世界最大跨度双层公路悬索桥;苏通大桥，主跨跨径1088m，是世界位居第二大跨径斜拉桥;重庆朝天门长江大桥，主跨552m，为世界第一大跨径拱桥。以及正在建设的南京仙新路大桥，主跨跨径1760m的单跨悬索桥;常泰过江通道，为世界上首座一桥三用的过江通道，集六车道高速公路、城际铁路和一级公路于一体，横跨长江的主航道桥主跨长达1176m，将成为世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥。由此可以看出目前大跨度桥梁主要是悬索桥、斜拉桥、拱桥，这三种桥型跨越能力强，技术较为成熟。限制大跨度桥梁进一步发展主要有两个因素:一是轻质、高强的新型材料;二是桥梁结构体系优化更新。但是新材料的开发利用仍旧不能满足大跨度桥梁的需求，所以大跨度桥梁的进一步发展，需要对桥梁结构体系进行优化，设计出更加稳定合理的结构体系。
2大跨度桥梁的结构以及设计中存在的问题
大跨度桥梁的主要形式包括斜拉桥、拱桥以及悬索桥，其中应用最广泛的是斜拉桥及悬索桥，斜拉桥的发展速度最快，而悬索桥是桥梁领域发展的领头羊。近年来，我国建成了很多跨海大桥，其规模、长度以及施工水平都达到了世界领先水平，如港珠澳大桥和青岛海湾大桥等，前者在2018年通车，全长达到5500m，长度为斜拉桥世界之最，后者则是斜拉桥和悬索桥巧妙结合起来，全长达到2670.7m。社会发展下桥梁的跨度将朝着更长、更大、更柔的方向发展，因此在大跨度桥梁建设与设计方面仍然需要不断的探索研究。在桥梁结构的设计过程中，如何使桥梁结构更加安全、舒适、经济以及美观，是必须进行深入考虑的问题，也是设计桥梁结构时需要重点考量的要素。在以往的桥梁结构设计中，设计者是凭借自身的实践经验和相应的设计要求，将类似的桥梁设计作为参考，对设计方案进行构思，再通过对强度、稳定等一系列要素进行合理计算，得出最终的判断结果，但这样得出的最终方案不论经济性还是稳定性都不一定是最优方案，如何对桥梁结构进行优化成为了设计工作者现阶段急需攻破的重点难点。
3大跨度桥梁结构体系设计要点
3.1斜拉桥设计
当前桥梁的结构外观在不断更新变革，其中由塔、梁、索等组成的斜拉结构桥梁，不仅造型美观、跨越性强，自锚式结构比悬索桥刚度更强，还能完美发挥混凝土的抗压特性及钢材的抗拉能力，充分满足大跨度河流桥梁的建设需求。由于斜拉桥对成桥线型、拉索位置及索力等也作出了高要求，确保斜拉桥结构是高次超静定结构，稳固性也有所保障，因此也使得斜拉桥梁逐渐发展为当代最受欢迎的桥型之一。
3.2拱桥设计
大跨度拱桥在我国早期公路桥梁建设中应用较多，大跨度拱桥由于其自身特点慢慢满足不了跨度范围较大的工程，大跨度拱桥主要应用于500m以下的跨度桥梁中，一般城市公路桥梁及在V字形山谷跨越中应用较多。
以大跨度简支拱桥设计为例，在设计时应利用Midas-civil有限元软件，建立简支拱桥支架的计算模型，通过支架应力及挠度验算，确定支架系统各部位变形、应力、应变满足规范设计强度、刚度的要求，进一步确定大跨度简支拱桥支架设计的合理性。随着钢筋混凝土结构的应用发展，钢筋混凝土结构与拱桥结构组合的应用越来越广泛，这种拱桥结构的承载力比较强，并且施工工艺相对简单。
3.3悬索桥设计
悬索-拱桥以悬索和拱圈作为主要受力结，拱圈为承压的刚性结构，悬索为受拉的柔性结构，故由悬索承担桥面结构的一期荷载，拱圈承担桥面结构的二期荷载和活载，二者共同作用，具有造型优美、刚度大、稳定性强、跨越能力大等特点。在采用悬臂法或者转体法进行施工时，需要在拱座设立较高的索塔，由于拱脚会产生较大的水平推力，所以往往需要设置锚固于边跨端部的水平系杆，若将系杆转换成自锚于边跨端部的悬索结构，不仅可以平衡一部分拱脚的水平分力，还可以承担一部分桥面竖向荷载，所以结构的跨越能力显著增强。
4大跨度桥梁结构体系设计优化
4.1从桥梁整体结构着手优化设计方法
对整体结构进行优化时，可以利用容许应力设计方法。在我国现代设计理论快速发展的过程中，采用概率法、半概率设计方法以及全概率设计方法，都可以有效增强大跨度桥梁结构的可靠性。在对桥梁结构中存在的不确定因素进行描述时，利用定量分析方法对安全性指标和竞技性指标进行确定，这样有利于协调桥梁安全性和经济性需求，达到大跨度桥梁设计的最优目标，确保大跨度桥梁设计的应用价值。为了提高桥梁的实用性，还要根据具体情况建立桥梁结构优化模型。对建立的模型进行分析，可以保证结构的优化效果。在实际施工中，要根据具体的桥梁建设需求确定最优算法，确保分析结果的准确性，从而提高大跨度桥梁设计水平。目前使用的优化算法种类比较多，如数学规划法、最优准则法以及仿生学法，合理选择优化算法是提高结构优化设计最终效果的基础。
4.2对桥墩及基础进行优化设计
桥梁建设过程中，桥墩关系到桥梁整体的稳定性和后续使用的安全性。桥墩作为桥梁主要承重部分，桥梁设计时，应格外注意对桥墩设计方案的优化以及施工材料的选择。除此之外，还需考虑桥梁所在地的地质以及水文条件，开展详细的考察工作，得出准确的地质与水文勘察信息，据此对桥墩的承重量以及数量进行分析确定，然后优化调整。
4.3利用BIM技术优化全桥模型
首先，设计人员需要将斜拉桥相关部件构件的族库建立完成，并归纳于结构项目样板文件中，再不断进行位置调整，保证模型变化的真实合理。其次，当斜拉桥的二维或三维模型建立完成后，设计人员应进行科学分析，对大跨度斜拉桥的地质地形条件及周边环境进行调整优化，再将完成的地层、索塔、基础、主梁以及斜拉索等族库也归纳于同一项目文件中，保障项目族库的完整。完整的项目族库可以为设计人员后期项目族库的建立提供便捷，并且设计人员可以直接进行参数等内容的调整，建立相同的项目族库也能帮助进行施工建造成本控制。同时，这种共享族库资源的行为，不仅能够提高设计施工的便捷性，还能为后期桥梁建设施工提供指导意见，是提高桥梁建设发展水平的重要途径之一，设计人员应不断进行全桥模型建立方法优化，为BIM技术的良好应用奠定基础，推动桥梁建设施工可持续发展。
结语
综上所述，我国交通运输业发展下大跨度桥梁建设数量和规模不断增加，促进了我国社会经济的发展。因此，在大跨度桥梁建设过程中，还需要结合大跨度桥梁结构特点进行合理的优化设计，切实提高大跨度桥梁结构安全水平，从而为我国公路桥梁事业发展奠定基础。
参考文献
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