橋梁設計的冗余度理念與應用實踐

王宇

摘要：文章首先對橋梁設計中的冗余度理念進行簡要介紹，在此基礎上，對橋梁設計中冗余度的具體應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對橋梁設計水平的提升有所幫助。

關鍵詞：橋梁；設計；冗余度

1橋梁設計中的冗余度理念

目前，工程界對冗余度并未給出統一的定義，為便于對冗余度進行研究，需要對它的概念加以明確。橋梁工程歸屬于大型結構體系的范疇，這種結構體系比較常見的形式有兩種，一種是靜定結構，另一種是超靜定結構，對于前者而言，當結構中的某一個構件失效后，可能會引起整個系統破壞；而后者中的某個構件失效，卻并不會影響到整個系統的工作性能，也不會對系統的整體性造成破壞，必須在形成特定的失效模式時，才會導致系統破壞，這種超靜定結構就是通常所說的冗余系統，其中的特征量便是冗余度。在橋梁設計中應用冗余度可以提高結構本身的抗倒塌能力，對于橋梁結構的安全性和穩定性具有重要意義，這是因為冗余度的應用，能夠使橋梁結構在某個構件發生損壞時，仍然保持正常運轉，所以設計冗余度的橋梁要比未設計冗余度的橋梁更加安全、可靠，這一觀點已經在實踐中獲得了驗證。

2橋梁設計中冗余度的具體應用

2.1影響冗余度的設計參數

在橋梁結構設計中應用冗余度理念時，必須充分考慮相關參數對冗余度的影響，從而使橋梁設計更加合理。

2.1.1跨長

在大量的實操中得出了這樣一個結論：當橋梁結構外部的橫向連接足夠多時，可以使不同跨長的橋梁達到相同的R值，而在R值相同的情況下，冗余度也不會有太大的差別，由此可以判定，在橋梁結構設計中，跨度的長短對冗余度的影響較小，基本可以忽略不計。

2.1.2曲線半徑

曲線半徑是橋梁結構設計中的一個關鍵參數，它具有非常重要的作用，當曲線半徑發生變化時，冗余度的值也會隨之發生改變。為驗證這一觀點，下面以雙箱型橋梁結構作為研究對象，并通過表1中給出的數據進行分析。

由表1中的數據可以清楚的看出，跨長為45.7m的箱梁，其曲線半徑與冗余度之間表現為負相關性，而跨長為68.6m的箱梁，它的曲線半徑增加時，冗余度也隨之增加，兩者之間為正相關性。

這充分證明了橋梁結構的曲線半徑對冗余度具有一定的影響。所以在具體設計中，必須對該參數予以考慮。

2.1.3外部連接

在分析橋梁結構外部連接對冗余度的影響時，可從類型和數量兩個方面著手。就連接類型而言，其應當在橋梁結構設計時，與實心橫隔板的鏈接滿足部件全屈服時滿荷載的要求，也就是說，外部連接類型對橋梁結構的安全性和穩定性具有決定性作用，如果連接類型不同，則會對冗余度的提升有不同的表現，只有當連接類型與實心橫隔板的鏈接形成最佳搭配時，才能形成最為可靠的受力系統。從理論的角度上講，連接數量對冗余度的影響較大，橋梁損壞的初期階段，混凝土結構所受的荷載無法從梁體的損壞區域及時傳遞到附近的連接部位。

2.2冗余度的設計方法

在橋梁結構設計中應用冗余度時，承載力的分配補償是首要考慮的關鍵因素之一，這是因為，當某一個構件損壞后，如果承載力能夠獲得補償，那么可以確保結構功能的持續履行，換言之，在進行冗余度設計的過程中，應當使構件充分發揮出保證結構安全的作用，并且要對每個構件的荷載系數進行嚴格控制，而當冗余度設計好以后，要進行檢驗，確認冗余度是否合適。

在橋梁結構體系中，冗余度是一種強度儲備，它的作用一般會在構件損壞時才能夠得以發揮，所以，可用橋梁的可靠度指標來描述冗余度。為使冗余度的設計效果得以全面反映，除了要進行極限狀態下的驗算之外，還要考慮冗余度之間的依托關系，只有這樣，才能使設計出來的冗余度在橋梁結構構件受損時發揮出應有的作用。

2.3應用時的注意要點

在應用冗余度理念進行橋梁結構設計時，設計人員必須明確一點，即冗余度的最大作用是確保橋梁在受到外力破壞時，仍然能夠使結構功能持續履行，換言之，不能將冗余度作為橋梁可靠性設計的指標。這就要求設計人員應當在設計時充分考慮橋梁結構對冗余度的需求，制定出具有針對性的冗余度設計方案。同時，還要考慮工程所在地的地質條件和路段情況，由此能夠使冗余度的設計更加科學、合理。

3結論

綜上所述，橋梁結構設計是一項較為復雜且系統的工作，為了進一步提升橋梁的結構安全性和穩定性，可將冗余度理念引入橋梁設計當中，通過冗余度設計，能夠使橋梁結構某個構件發生損壞時，不破壞系統的整體性。具體應用中，要考慮相關因素對冗余度的影響，以確保冗余度的設計更加合理。