淺析現代橋梁設計理念與技術創新

繆望

摘要：近年來橋梁建設向大跨徑、深水域、近海和崇山峻嶺發展，對其美觀度和質量的要求越來越嚴格，橋梁設計面臨著巨大的技術挑戰。文章總結了大跨徑橋梁的技術創新，提出了橋梁設計的關鍵技術問題，分析了橋梁防災減災技術的熱點問題，探討了橋梁結構健康監測及養護的策略，并將國內外的技術理念進行了對比。

關鍵詞：現代橋梁設計；設計理念；技術創新；橋梁建設；大跨徑橋梁 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU997 文章編號：1009-2374（2015）12-0038-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.019

20世紀中葉以后，脫離了前蘇聯的幫助，我國絕大部分的橋梁都是自主設計建造的。進入21世紀之后，隨著橋梁技術的不斷進步，我國的橋梁建設水平有了質的飛躍，一些大型橋梁陸續建成并投入使用，給交通運輸帶來了極大的便捷。盡管如此，在現代橋梁的設計上，造型美觀獨特與質量過硬二者往往難以兼顧。如何平衡這兩點，是橋梁設計師們需要重點探索的方向。在設計中更加注重橋梁的維護以及使用極限，兼顧強度與耐久性，從而提高橋梁被使用時整個生命周期的性能表現。

1 我國橋梁設計現狀

我國目前的橋梁建造以懸索橋、斜拉橋以及拱橋為主。拱橋作為我國獨特的傳統代表性橋梁，已有上百年的歷史，其設計充滿藝術性，在園林造景中顯現得尤為突出。現代大型橋梁以懸索橋和斜拉橋為代表，20世紀80年代末，我國突破性地建成了南浦大橋，這標志著我國在現代橋梁的建造已達到世界級水平，也奠定了我國橋梁建設飛躍發展的基石。1999年江陰長江大橋建成并投入使用，這是我國第一、世界第四大橋，作為我國第一座超1000米的懸索橋，它標志著我國在橋梁建造水平上至了世界第六；2009年重慶朝天門大橋建成通車，成為“世界第一大拱橋”，主跨長達552米；2008年建成啟用的杭州灣大橋，成為我國最長、世界第三長的跨海大橋，這些足以說明我國的橋梁建設水平已然達到了一定的高度。隨著國力的增強，我國橋梁建筑頻率以及橋梁規模都已達到國際頂尖水平，預示著我國正處于橋梁建設蒸蒸日上的高潮階段。然而建設速度的加快也帶來了一系列的問題，比如為了趕進度和趕工期或者為了追求國內第一甚至世界第一，在設計時考慮不周全，設計極限化而沒有特色，由于設計周期短而倉促粗放地進行設計，致使有創意、有特點的設計少。總體而言，我國現階段橋梁設計理論以及結構構造體系依然有待完善，另外在施工方面以及使用期限的安全性上都有值得改進的地方。

2 橋梁設計的注意事項

橋梁設計最主要的是結構設計，而結構設計的關鍵就在于結構分析的到位與否以及結構方案制定得是否合理，其次是構件與連接的設計，為保證安全性，所有設計都必須采用規范要求的安全系數和可靠指標。在現代橋梁的設計中，不少設計者并沒有為了增強結構的安全性，而從設計到施工再到使用整個過程上進行全面綜合的考慮。

2.1 重視結構耐久性

我國大約從20年前開始重視橋梁結構的耐久性，當時僅僅局限于從材料的角度，利用模擬實驗、統計分析進行研究，雖然也取得了不少的成果，但要想與時俱進，在技術上實現飛躍，必須適當地改變思路，從結構與設計上來分析改善橋梁的耐久性。同時要考慮到施工人員的接受度、操作方式和實際完成情況，重視細節處理。在研究結構計算方法時不僅要考慮橋梁總體構造，還要將自然災害、交通事故等偶然因素包括在內。

2.2 對疲勞損傷的進一步研究

橋梁在投入使用后，由于幾乎每時每刻都在承受車輛以及風帶來的荷載，而這些荷載都屬于動荷載，這會使橋梁結構內部的應力不斷變換，一般橋梁在建造過程中采用的都是混合材料，其或多或少都會存在一些微小的縫隙，而這些縫隙長期受到變化應力的作用，極有可能逐漸發展、合并，最終形成橋梁表面的宏觀裂紋，影響橋梁結構的穩定性，例如在橋梁工程中被廣泛使用的鋼筋砼，由于其抗拉性能差，往往會出現裂縫，這就是累積造成的橋梁結構疲勞損傷，若不及時有效地采取措施處理和控制，將會造成橋梁結構脆性斷裂等災難性的后果。疲勞損傷在早期是很難被檢測和發覺的，所以必須重視這項研究，防范于未然。

2.3 橋梁的超載問題

目前國內超載現象屢禁不止，車輛超載對橋梁造成的損害不容忽視。由于超載，作用于橋體結構的荷載應力增大，加劇了疲勞損傷，嚴重的甚至造成橋梁表面結構被破壞；另外，作為橋梁安全性與耐久性的重要威脅，超載會對橋體內部造成不可逆轉的損傷，從而改變了橋梁正常負載下的工作狀態，嚴重影響橋體結構的

壽命。

2.4 借鑒國外的經驗與成果

縱觀國內現狀，由于施工質量與管理水平不夠高，造成橋梁使用壽命較短，維護費用昂貴，安全事故頻發。就目前來看，這些現象是有其存在的必然性的，設計人員必須正視這一點。在基礎設施條件上，我們與國外是有差別的，在設計時要采用符合國情的安全度與設計方法來調節匹配施工管理與材料工藝，主動且有效地保證橋梁的使用性能。同時，對歐美國家先進的經驗和技術成果可以適當地拿來借鑒。特別是在結構體系的選材以及細節處理上，這點在國外做得比較到位，比如歐洲國家在建筑設計上十分重視結構物的性能設計，設計內容會考慮到結構的裂縫和形變、受振動的情況以及美觀性、疲勞度等，力求制造出來的成品具有美觀、強健、耐腐蝕、抗疲勞等優良的性能。我國應學習并吸取這套結構物性能設計理論，從本質上對建筑結構使用過程中體現出的服務性能進行研究，分析其發生的規律與機理以及該性能受到弱化的原因，從而掌握并進一步開發出適合我國國情的新的結構設計方法與理念。

2.5 仿生材料與新功能橋梁的探索

當今的橋梁建造技術主要得益于鋼筋混凝土材料的發現和使用，而這亦是源于人類對大自然天然材料庫的加工重塑。當初園丁通過對植物根部的探索與觀察，受到啟發，從而發明了鋼筋混凝土材料，對建筑行業帶來了極大的推動，在橋梁設計領域更是帶來了革命性的轉變。材料作為橋梁結構發展不可或缺的因素，需要與時俱進地開發與創新。如今倡導可持續發展，在建造橋梁方面，設計人員應當探尋如何運用現有建筑材料使其發揮最大特性的方法。隨著科學的發展，仿生材料作為新生的物資，極有可能對橋梁工程改革發展的未來再一次掀起浪潮，它將完美地對傳統鋼筋混凝土材料進行改良，若設計精妙，甚至可以取而代之。

工程師在設計時應該適當融入些大自然的規律，在提升橋梁使用性能的同時豐富橋體結構。比如利用研究自然界水消融和腐蝕的原理來設計研發橋梁防水材料與涂裝層材料；新型蓄光型自發光材料憑借其優良的“自給自足”特性已廣泛用于公路標志，設計師可嘗試將其運用于橋梁涂裝上，結合各種染色料，使橋梁結構白天充滿豐富的色彩感，到了夜間可自發光照明，從而取代原始的電力照明，大大降低了能耗，實現了橋梁的可持續發展。

3 結語

近年來，我國在橋梁建設方面取得了顯著的成就，但隨著我國經濟的迅速發展以及橋梁使用時間的延長，諸多橋梁問題日益暴露出來。這些問題給我國的橋梁建設敲響了警鐘，橋梁設計師必須意識到改革橋梁設計理念與創新技術研究的重要性，設計建造出更實用同時又頗具特色的橋梁，借鑒和引用國外一些先進的技術理念進行設計和管理，最終實現橋梁建設的安全、耐久和可持續發展，將我國橋梁設計建造水平推向新的高度。

參考文獻

[1] 郭剛.現代橋梁設計理念與技術創新探析[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（17）.

[2] 趙立飛，喬云飛.現代橋梁設計理念及其技術創新探究[J].建筑工程技術與設計，2014，（12）.

（責任編輯：秦遜玉）