橋梁設(shè)計(jì)方案比選常用方法評(píng)析

摘 要：論述了橋梁設(shè)計(jì)方案的重要性，通過文獻(xiàn)研究總結(jié)出空間有限元分析法、多指標(biāo)綜合比選法、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析法、單指標(biāo)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(duì)這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)析，以期為公路線路設(shè)計(jì)方案比選提供參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：橋梁 設(shè)計(jì)方案 方案比選 常用方法

中圖分類號(hào)：U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0052-02

基礎(chǔ)設(shè)施是國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈，是投資拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域，同時(shí)更是關(guān)乎著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要領(lǐng)域。近年來，關(guān)于橋梁坍塌等質(zhì)量事故不斷刺激著公眾的神經(jīng)，這些事故導(dǎo)致重大的人身傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失。2012年8月24日5時(shí)32分許，4臺(tái)超載貨車同時(shí)駛?cè)牍枮I市三環(huán)路群力高架橋洪湖路上行匝道時(shí)，導(dǎo)致匝道傾覆，4臺(tái)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(jù)悉，該橋從建成通車到發(fā)生事故，使用時(shí)間不到一年。另據(jù)新浪網(wǎng)整理的相關(guān)資料顯示，2007年至2012年的5年間，全國(guó)范圍內(nèi)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(fā)生事故的15座橋梁中，僅有3座至事發(fā)時(shí)使用時(shí)間超過15年。在這些事故中，最為慘重的當(dāng)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(shí)，交通部原總工程師鳳懋潤(rùn)在接受記者專訪時(shí)指出，目前我國(guó)50萬座橋存在養(yǎng)護(hù)問題，橋梁安全面臨“體制先天不足，機(jī)體后天失養(yǎng)、生存環(huán)境惡劣”等三個(gè)“殺手”[3]。一方面是橋梁事故頻發(fā)。另一方面是一些設(shè)計(jì)優(yōu)秀、施工質(zhì)量?jī)?yōu)良的橋梁從未出現(xiàn)事故，比如武漢長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大橋等橋梁，由此可見，橋梁設(shè)計(jì)直接關(guān)乎后期施工質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效果。橋梁建設(shè)，設(shè)計(jì)先行。橋梁設(shè)計(jì)方案優(yōu)選是關(guān)乎橋梁質(zhì)量、投資效益及其長(zhǎng)效運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵所在。因此，有必要對(duì)橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，而比選方法則是學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，也是業(yè)界十分關(guān)心的重大問題。文章對(duì)橋梁設(shè)計(jì)方案比選常用方法進(jìn)行總結(jié)評(píng)析，以期能夠?yàn)闃蛄涸O(shè)計(jì)方案比選工作提供參考和借鑒。

1 橋梁設(shè)計(jì)方案比選的常用方法

橋梁設(shè)計(jì)方案比選，往往因?yàn)楸冗x的范圍和對(duì)象的不同而有所不同。從比選范圍上看，有的是對(duì)整座橋梁設(shè)計(jì)方案從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行比選，有的則是對(duì)橋梁的局部進(jìn)行方案比選；從比選對(duì)象上看，有的是針對(duì)公路橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，有的是對(duì)鐵路橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，有的則是對(duì)公鐵兩用橋進(jìn)行比選。從結(jié)構(gòu)類型來看，有的是對(duì)簡(jiǎn)支雙線鋼桁梁橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，有的是對(duì)懸索橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，有的是對(duì)斜拉橋進(jìn)行方案比選等。本文對(duì)相關(guān)比選方法進(jìn)行介紹，以期能夠比較全面的涵蓋橋梁設(shè)計(jì)方案比選的各個(gè)方面和角度。綜合相關(guān)研究來看，目前橋梁設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)階段方案比選問題時(shí)，采用空間有限元分析法，對(duì)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(jié)構(gòu)方案進(jìn)行計(jì)算分析，從橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和橋梁地震響應(yīng)分析兩個(gè)方面對(duì)方案進(jìn)行比選。

（2）多指標(biāo)綜合法。

李景成（2012）[5]研究了基于多目標(biāo)的烏江特大橋方案比選問題，對(duì)斜拉橋方案和拱橋方案進(jìn)行了比選分析。首先計(jì)算了兩種方案從技術(shù)和安全方面的可靠性，優(yōu)化確定方案合理尺寸。然后從規(guī)模與經(jīng)濟(jì)、施工難易、壽命周期動(dòng)態(tài)可靠性、養(yǎng)護(hù)維修、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、環(huán)境保護(hù)、美觀等多個(gè)目標(biāo)對(duì)方案進(jìn)行綜合比選。

趙昱鵑（2009）[6]對(duì)山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)方案比選問題進(jìn)行了研究，指出山區(qū)高速公路橋型的選擇要注意合理選擇上部結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膼毫迎h(huán)境和交通運(yùn)輸條件的限制。同時(shí)還要注意選用結(jié)構(gòu)受力明確、造型簡(jiǎn)捷、技術(shù)先進(jìn)、可靠，工程方案經(jīng)濟(jì)、合理，施工方便，質(zhì)量易于控制的橋型，而且還要充分考慮結(jié)構(gòu)的耐久性和運(yùn)營(yíng)期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。作者對(duì)陽泉—盂縣高速公路的一座典型的山區(qū)橋梁——溫河3號(hào)大橋的兩種橋型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了對(duì)比分析。方案一結(jié)構(gòu)形式為：上部：50 m+80 m+50 m連續(xù)剛構(gòu)，下部：橋臺(tái)采用柱式橋臺(tái)，橋墩采用雙薄壁墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。方案二結(jié)構(gòu)形式為：上部：40 m+50 m+50 m+40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，下部：橋臺(tái)采用柱式橋臺(tái)；橋墩采用空心墩，基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)。作者從受力性能、美觀性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行了比選，經(jīng)濟(jì)性主要衡量指標(biāo)為平均每延米造價(jià)，通過綜合比選，最終推薦方案一為中選方案。

（3）優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析法。

吳培峰（2006）[7]在對(duì)某長(zhǎng)江通道橋進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，提出全壽命周期設(shè)計(jì)理念，并對(duì)最常用的斜拉橋方案和懸索橋方案兩種方案進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，其比較指標(biāo)和結(jié)論見表1所示。

（4）單指標(biāo)比選法。

馬戰(zhàn)國(guó)（2005）[8]在對(duì)泰和贛江特大橋無縫線路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選時(shí)，分別分析計(jì)算了三種設(shè)計(jì)方案的橋上無縫線路縱向力，根據(jù)縱向力計(jì)算結(jié)果選定了其中一種方案。這種比選方法是根據(jù)某個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(duì)鐵路橋式方案比選CAD系統(tǒng)中的自動(dòng)化生成方法進(jìn)行了研究，介紹了該系統(tǒng)在橋梁水文、橋渡、橋式方案、上下部結(jié)構(gòu)類型選擇及尺寸擬定、方案評(píng)估等不同設(shè)計(jì)階段的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化生成功能。該系統(tǒng)包含橋渡設(shè)計(jì)、生成方案、主跨尺寸、結(jié)構(gòu)分析、方案比選和圖文輸出等功能模塊，利用該系統(tǒng)可全自動(dòng)地設(shè)計(jì)出可行、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)較為合理的橋式方案及其一套完整的設(shè)計(jì)圖表。

2 橋梁設(shè)計(jì)方案比選方法的評(píng)析

上述5種方法是橋梁設(shè)計(jì)方案比選中的常用方法，不同的方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)這些常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)析，以期能使之在實(shí)踐中得到更好的應(yīng)用。這5種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見表2所示。

3 研究結(jié)論

橋梁設(shè)計(jì)方案比選問題是橋梁設(shè)計(jì)方案確定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，研究方案比選方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章通過文獻(xiàn)研究，總結(jié)出5種常用的比選方法：空間有限元分析法、多指標(biāo)綜合比選法、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析法、單指標(biāo)比選法和智能化比選方法。并且對(duì)這5種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，以期為橋梁設(shè)計(jì)方案比選提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)廣播網(wǎng).哈爾濱市通報(bào)調(diào)查結(jié)果 “8.24事故”定性為嚴(yán)重超載[EB/OL]. http：//native.cnr.cn/news/201209/t20120919_510947790.html.

[2]新浪網(wǎng)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?qǐng)?bào).交通部：全國(guó)50萬座橋面臨養(yǎng)護(hù)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(shè)計(jì)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(chéng).基于多目標(biāo)的烏江特大橋方案比選[J].橋梁建設(shè)，2012，42（5）：69-73.

[6]趙昱鵑.山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)理念的某長(zhǎng)江通道橋概念設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2007，6（4）：42-45.

[8]馬戰(zhàn)國(guó)，黃波.泰和贛江特大橋無縫線路設(shè)計(jì)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(tǒng)中的自動(dòng)化生成方法研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，1999，21（1）：77-80.