關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的簡(jiǎn)單探討

摘要：在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)理念的更新以及對(duì)設(shè)計(jì)流程的把握程度對(duì)設(shè)計(jì)人員來說尤為重要。如何成就更理想、更人性化的設(shè)計(jì)作品需要設(shè)計(jì)工作者不斷探索。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)理念；安全耐久；經(jīng)濟(jì)合理

理念是橋梁設(shè)計(jì)的靈魂。只有不斷挑戰(zhàn)常規(guī)設(shè)計(jì)理念，更換思路，設(shè)計(jì)工作才能不斷進(jìn)步。在進(jìn)行高速公路橋梁的設(shè)計(jì)過程中，理念的更新對(duì)設(shè)計(jì)人員來說尤為重要。當(dāng)然，理念的更新并不等同于原則、標(biāo)準(zhǔn)的變化。在尊重原則和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)進(jìn)步，靈活設(shè)計(jì)、創(chuàng)作設(shè)計(jì)成就更理想、更人性化的設(shè)計(jì)作品是橋梁設(shè)計(jì)工作者的不斷追求。

一 橋梁設(shè)計(jì)安全耐久原則

（１）橋梁設(shè)計(jì)中影響橋梁安全耐久性的因素

1）方案設(shè)計(jì)不合理

不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題存在不少需要改進(jìn)的地方。許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要， 而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。

2）施工不規(guī)范

國(guó)內(nèi)外多座橋梁出現(xiàn)安全性和耐久性差的現(xiàn)象，一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等；也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題，更是對(duì)橋梁安全造成致命的損害。

3）設(shè)計(jì)理論不夠完善

國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少；重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命周期中最重要的卻恰恰是使用時(shí)的性能表現(xiàn)；重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)。實(shí)際上，目前的橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進(jìn)行專門的耐久性設(shè)計(jì)，這些傾向在一定程度上導(dǎo)致了當(dāng)前工程事故頻發(fā)，結(jié)構(gòu)使用性能差，使用壽命短的不良后果。

二 保證橋梁耐久性的原則

（1）重視橋梁的耐久性方案設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性。橋梁在建造和使用過程中，一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。強(qiáng)調(diào)使結(jié)果易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費(fèi)用，取得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

（2）重點(diǎn)研究并緩解汽車超載問題

汽車超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)；其二是橋梁通行的車流量超過原設(shè)計(jì)；第三是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加；后者是車輛使用者違法超載營(yíng)運(yùn)，后兩種超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍。橋梁的超載一方面可能引發(fā)疲勞問題。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。除了交管部門要加強(qiáng)管理外，也需要對(duì)超載帶來的后果進(jìn)行研究、分析。

（3）重視橋梁疲勞損傷問題的研究

橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實(shí)際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微小缺陷會(huì)逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋得不到有效控制，極有可能會(huì)引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測(cè)到，但其帶來的后果是災(zāi)難性的。對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅指對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)而言，事實(shí)上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效，例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。

三 橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理

（１）注重技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的結(jié)合

１）選擇經(jīng)濟(jì)合理的橋梁設(shè)計(jì)方案

橋梁設(shè)計(jì)方案比選是一個(gè)非常重要的課題，也是一個(gè)比較困難的問題，它對(duì)以后的初步設(shè)計(jì)及其施工圖設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。一個(gè)好的橋梁設(shè)計(jì)方案，不僅能節(jié)約造價(jià)、縮短工期，而且在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中起著一個(gè)很好的開頭作用。

２）功能設(shè)計(jì)在橋梁經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)中的作用

設(shè)計(jì)立交橋時(shí)，應(yīng)充分考慮橋的交通組織功能。由于不僅立交橋上有車輛通行，橋下的車輛也川流不息。如果不綜合考慮其交通功能，交叉口的橋梁跨徑較小，就會(huì)導(dǎo)致橋下左轉(zhuǎn)車輛的視距不足，行車軌跡不順暢，極易產(chǎn)生撞擊橋墩和限制交通流量等問題。這樣的橋梁設(shè)計(jì)很不成功，經(jīng)濟(jì)效益也就無從談起。

3）將技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合

構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，將技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)具有6大特性，即可檢性、可修性、可換性、可加強(qiáng)性、可控性及可持續(xù)性。橋梁整體結(jié)構(gòu)的壽命和各部件的壽命是不等的，對(duì)于壽命期低于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命期的構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證其可檢查、可修理、可更換、可加強(qiáng)。

（２）注重橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性

1）應(yīng)重視橋梁結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動(dòng)、強(qiáng)健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以橋梁結(jié)構(gòu)物的安全性和經(jīng)濟(jì)性為出發(fā)點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過程中除了保證最低的安全性要求之外，還應(yīng)有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等）和較低的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修成本。2）設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視橋梁的超載問題和疲勞損傷。隨著我國(guó)公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，橋梁超載的現(xiàn)象屢見不鮮。橋梁的超載使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，且超載造成的橋梁內(nèi)部損傷無法恢復(fù)，使橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而危害橋梁的安全性和耐久性，甚至?xí)l(fā)結(jié)構(gòu)破壞事故。

四 結(jié)束語

橋梁是生命線工程，橋梁結(jié)構(gòu)的合理性、安全性、耐久性一直是橋梁設(shè)計(jì)中的核心問題。傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理念較多地考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而較少考慮結(jié)構(gòu)的耐久性，重視強(qiáng)度極限而不重視使用極限，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致的結(jié)果是：橋梁在正常使用期內(nèi)適用性差，出現(xiàn)橋面鋪裝開裂、構(gòu)件疲勞、變形過大、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕等，專家預(yù)測(cè)在不久的將來會(huì)出現(xiàn)大量橋梁搶修、加固甚至改建的局面。所以我們還需要在橋梁全壽命期設(shè)計(jì)、橋梁景觀、材料和工藝以及規(guī)劃與管理等方面進(jìn)行現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的新理念探討。

參考文獻(xiàn)

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