關于橋梁結構設計理念的簡單探討

摘要：在進行公路橋梁設計過程中，設計理念的更新以及對設計流程的把握程度對設計人員來說尤為重要。如何成就更理想、更人性化的設計作品需要設計工作者不斷探索。

關鍵詞：橋梁設計理念；安全耐久；經濟合理

理念是橋梁設計的靈魂。只有不斷挑戰(zhàn)常規(guī)設計理念，更換思路，設計工作才能不斷進步。在進行高速公路橋梁的設計過程中，理念的更新對設計人員來說尤為重要。當然，理念的更新并不等同于原則、標準的變化。在尊重原則和標準的基礎上，通過技術進步，靈活設計、創(chuàng)作設計成就更理想、更人性化的設計作品是橋梁設計工作者的不斷追求。

一 橋梁設計安全耐久原則

（１）橋梁設計中影響橋梁安全耐久性的因素

1）方案設計不合理

不可否認，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題存在不少需要改進的地方。許多設計人員往往只滿足于規(guī)范對結構強度計算上的安全度需要， 而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。

2）施工不規(guī)范

國內外多座橋梁出現安全性和耐久性差的現象，一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質量沒有達到規(guī)范和設計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

3）設計理論不夠完善

國內的結構設計過程中，考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計，這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發(fā)，結構使用性能差，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計

從結構和設計的角度及如何以設計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，一定會受到環(huán)境、有害化學物質的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。強調使結果易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費用，取得較好的綜合經濟效益。

（2）重點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載運營；其二是橋梁通行的車流量超過原設計；第三是車輛違規(guī)超載。前兩種產生的原因主要是設計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運，后兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。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部損傷不能恢復，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管理外，也需要對超載帶來的后果進行研究、分析。

（3）重視橋梁疲勞損傷問題的研究

橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環(huán)變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。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，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果是災難性的。對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個結構而言，事實上橋梁結構常常由于某些關鍵部位的局部疲勞失效而導致整個結構的失效，例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。

三 橋梁設計經濟合理

（１）注重技術性與經濟性的結合

１）選擇經濟合理的橋梁設計方案

橋梁設計方案比選是一個非常重要的課題，也是一個比較困難的問題，它對以后的初步設計及其施工圖設計起著至關重要的作用。一個好的橋梁設計方案，不僅能節(jié)約造價、縮短工期，而且在整個設計周期中起著一個很好的開頭作用。

２）功能設計在橋梁經濟性設計中的作用

設計立交橋時，應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，就會導致橋下左轉車輛的視距不足，行車軌跡不順暢，極易產生撞擊橋墩和限制交通流量等問題。這樣的橋梁設計很不成功，經濟效益也就無從談起。

3）將技術性與經濟性相結合

構造設計時，將技術性與經濟性相結合，使結構具有6大特性，即可檢性、可修性、可換性、可加強性、可控性及可持續(xù)性。橋梁整體結構的壽命和各部件的壽命是不等的，對于壽命期低于結構設計壽命期的構件，設計時必須保證其可檢查、可修理、可更換、可加強。

（２）注重橋梁結構的安全性和經濟性

1）應重視橋梁結構的性能設計內容包括結構的變形、裂縫、振動、強健性、美觀、耐久性能、疲勞性等。設計時，應以橋梁結構物的安全性和經濟性為出發(fā)點，使結構在運營過程中除了保證最低的安全性要求之外，還應有良好的使用性能（包括壽命和耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等）和較低的運營養(yǎng)護維修成本。2）設計時，應重視橋梁的超載問題和疲勞損傷。隨著我國公路運輸的發(fā)展，橋梁超載的現象屢見不鮮。橋梁的超載使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，且超載造成的橋梁內部損傷無法恢復，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，甚至會引發(fā)結構破壞事故。

四 結束語

橋梁是生命線工程，橋梁結構的合理性、安全性、耐久性一直是橋梁設計中的核心問題。傳統的橋梁設計理念較多地考慮結構的強度，而較少考慮結構的耐久性，重視強度極限而不重視使用極限，這種設計導致的結果是：橋梁在正常使用期內適用性差，出現橋面鋪裝開裂、構件疲勞、變形過大、鋼結構腐蝕等，專家預測在不久的將來會出現大量橋梁搶修、加固甚至改建的局面。所以我們還需要在橋梁全壽命期設計、橋梁景觀、材料和工藝以及規(guī)劃與管理等方面進行現代橋梁設計的新理念探討。

參考文獻

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