橋梁設計方案比選常用方法評析

摘 要：論述了橋梁設計方案的重要性，通過文獻研究總結出空間有限元分析法、多指標綜合比選法、優缺點對比分析法、單指標比選法和智能化比選方法等五種常用的方案比選方法，并對這些方法的優缺點進行評析，以期為公路線路設計方案比選提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：橋梁 設計方案 方案比選 常用方法

中圖分類號：U2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0052-02

基礎設施是國民經濟命脈，是投資拉動經濟的重要領域，同時更是關乎著國民經濟和社會長遠發展的重要領域。近年來，關于橋梁坍塌等質量事故不斷刺激著公眾的神經，這些事故導致重大的人身傷亡和巨大的財產損失。2012年8月24日5時32分許，4臺超載貨車同時駛入哈爾濱市三環路群力高架橋洪湖路上行匝道時，導致匝道傾覆，4臺貨車翻落至地面，造成3人死亡、5人受傷的特大道路交通事故[1]，據悉，該橋從建成通車到發生事故，使用時間不到一年。另據新浪網整理的相關資料顯示，2007年至2012年的5年間，全國范圍內公開可查詢的橋梁垮塌事故共有15起。事故共造成141人死亡，111人受傷，18人失蹤。發生事故的15座橋梁中，僅有3座至事發時使用時間超過15年。在這些事故中，最為慘重的當屬湖南鳳凰沱江大橋垮塌事故，共造成64人遇難22人受傷[2]。同時，交通部原總工程師鳳懋潤在接受記者專訪時指出，目前我國50萬座橋存在養護問題，橋梁安全面臨“體制先天不足，機體后天失養、生存環境惡劣”等三個“殺手”[3]。一方面是橋梁事故頻發。另一方面是一些設計優秀、施工質量優良的橋梁從未出現事故，比如武漢長江大橋、南京長江大橋等橋梁，由此可見，橋梁設計直接關乎后期施工質量和運營效果。橋梁建設，設計先行。橋梁設計方案優選是關乎橋梁質量、投資效益及其長效運營的關鍵所在。因此，有必要對橋梁設計方案進行比選，而比選方法則是學術界研究的重點內容之一，也是業界十分關心的重大問題。文章對橋梁設計方案比選常用方法進行總結評析，以期能夠為橋梁設計方案比選工作提供參考和借鑒。

1 橋梁設計方案比選的常用方法

橋梁設計方案比選，往往因為比選的范圍和對象的不同而有所不同。從比選范圍上看，有的是對整座橋梁設計方案從技術和經濟角度進行比選，有的則是對橋梁的局部進行方案比選；從比選對象上看，有的是針對公路橋設計方案進行比選，有的是對鐵路橋設計方案進行比選，有的則是對公鐵兩用橋進行比選。從結構類型來看，有的是對簡支雙線鋼桁梁橋設計方案進行比選，有的是對懸索橋設計方案進行比選，有的是對斜拉橋進行方案比選等。本文對相關比選方法進行介紹，以期能夠比較全面的涵蓋橋梁設計方案比選的各個方面和角度。綜合相關研究來看，目前橋梁設計方案比選的常用方法有以下這些。

（1）空間有限元分析法。

王勝斌（2012）[4]在研究淮河公路橋初步設計階段方案比選問題時，采用空間有限元分析法，對跨徑組合為（80+200+80）m的自錨式懸索橋方案和跨徑組合為（92+176 +92）m的斜拉橋結構方案進行計算分析，從橋梁結構動力特性和橋梁地震響應分析兩個方面對方案進行比選。

（2）多指標綜合法。

李景成（2012）[5]研究了基于多目標的烏江特大橋方案比選問題，對斜拉橋方案和拱橋方案進行了比選分析。首先計算了兩種方案從技術和安全方面的可靠性，優化確定方案合理尺寸。然后從規模與經濟、施工難易、壽命周期動態可靠性、養護維修、風險評估、環境保護、美觀等多個目標對方案進行綜合比選。

趙昱鵑（2009）[6]對山區高速公路橋梁設計方案比選問題進行了研究，指出山區高速公路橋型的選擇要注意合理選擇上部結構形式，以適應當地的惡劣環境和交通運輸條件的限制。同時還要注意選用結構受力明確、造型簡捷、技術先進、可靠，工程方案經濟、合理，施工方便，質量易于控制的橋型，而且還要充分考慮結構的耐久性和運營期間的養護費用。作者對陽泉—盂縣高速公路的一座典型的山區橋梁——溫河3號大橋的兩種橋型設計方案進行了對比分析。方案一結構形式為：上部：50 m+80 m+50 m連續剛構，下部：橋臺采用柱式橋臺，橋墩采用雙薄壁墩，鉆孔灌注樁基礎。方案二結構形式為：上部：40 m+50 m+50 m+40 m裝配式預應力混凝土先簡支后連續T梁，下部：橋臺采用柱式橋臺；橋墩采用空心墩，基礎采用灌注樁基礎。作者從受力性能、美觀性和經濟性三個方面對兩個方案進行了比選，經濟性主要衡量指標為平均每延米造價，通過綜合比選，最終推薦方案一為中選方案。

（3）優缺點對比分析法。

吳培峰（2006）[7]在對某長江通道橋進行概念設計時，提出全壽命周期設計理念，并對最常用的斜拉橋方案和懸索橋方案兩種方案進行了優缺點對比分析，其比較指標和結論見表1所示。

（4）單指標比選法。

馬戰國（2005）[8]在對泰和贛江特大橋無縫線路設計方案進行比選時，分別分析計算了三種設計方案的橋上無縫線路縱向力，根據縱向力計算結果選定了其中一種方案。這種比選方法是根據某個關鍵指標對設計方案進行選擇，是一種單因素比選法。

（5）智能化比選方法。

喬建東（1999）[9]對鐵路橋式方案比選CAD系統中的自動化生成方法進行了研究，介紹了該系統在橋梁水文、橋渡、橋式方案、上下部結構類型選擇及尺寸擬定、方案評估等不同設計階段的計算機自動化生成功能。該系統包含橋渡設計、生成方案、主跨尺寸、結構分析、方案比選和圖文輸出等功能模塊，利用該系統可全自動地設計出可行、經濟、結構較為合理的橋式方案及其一套完整的設計圖表。

2 橋梁設計方案比選方法的評析

上述5種方法是橋梁設計方案比選中的常用方法，不同的方法各有其優缺點，現在對這些常用方法的優缺點進行評析，以期能使之在實踐中得到更好的應用。這5種方法的優缺點見表2所示。

3 研究結論

橋梁設計方案比選問題是橋梁設計方案確定的關鍵環節，因此，研究方案比選方法具有十分重要的現實意義。文章通過文獻研究，總結出5種常用的比選方法：空間有限元分析法、多指標綜合比選法、優缺點對比分析法、單指標比選法和智能化比選方法。并且對這5種方法的優缺點進行對比分析，以期為橋梁設計方案比選提供參考。

參考文獻

[1]中國廣播網.哈爾濱市通報調查結果 “8.24事故”定性為嚴重超載[EB/OL]. http：//native.cnr.cn/news/201209/t20120919_510947790.html.

[2]新浪網新聞中心.垮塌大橋都沒“病”？[EB/OL]. http：//news.sina.com.cn/o/2012-08-27/023925040224.shtml.

[3]江日報.交通部：全國50萬座橋面臨養護難題（圖）[EB/OL].http：//www.rbtmm.com/Html/News/2012/1126/2012112610340031615.html.

[4]王勝斌.淮河公路橋初步設計階段方案比選研究[J].橋隧工程，2012（1）：154-156.

[5]李景成，劉新華，彭元誠.基于多目標的烏江特大橋方案比選[J].橋梁建設，2012，42（5）：69-73.

[6]趙昱鵑.山區高速公路橋梁設計方案比選[J].山西建筑，2009，6（16）：295-296.

[7]吳培峰，陳艾榮.基于全壽命設計理念的某長江通道橋概念設計[J].橋梁建設，2007，6（4）：42-45.

[8]馬戰國，黃波.泰和贛江特大橋無縫線路設計方案比選[J].鐵道建筑，2005（12）：66-69.

[9]喬建東，盛興旺，胡狄，等.鐵路橋式方案比選CAD系統中的自動化生成方法研究[J].鐵道學報，1999，21（1）：77-80.