橋梁概念設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新理念

胡玄俊

(重慶交通大學(xué) 建筑與土木工程， 重慶 400041)

0 前言

概念設(shè)計(jì)是以“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、耐久和環(huán)保”為原則，以橋梁工程及相關(guān)學(xué)科專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)（大型橋梁工程尤其需要多學(xué)科的方法），以技術(shù)創(chuàng)新為目標(biāo)，提出適應(yīng)自然條件、滿足使用功能的方案構(gòu)思[1]。概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的靈魂。由于建橋條件是千差萬(wàn)別的，不可能照搬別人的優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果，但是，我們能通過(guò)學(xué)習(xí)別人成功的設(shè)計(jì)作品的思想，掌握其思想精髓，融會(huì)貫通，成為我們概念設(shè)計(jì)的豐富的思想源泉。學(xué)習(xí)、研究別人的創(chuàng)新構(gòu)思過(guò)程和設(shè)計(jì)理念以及成功經(jīng)驗(yàn)，是學(xué)會(huì)概念設(shè)計(jì)、創(chuàng)新構(gòu)思的一條重要途徑。

1 概念設(shè)計(jì)介紹

1.1 概念設(shè)計(jì)的起源與發(fā)展

在 20世紀(jì) 80年代，概念設(shè)計(jì)開始成為工程設(shè)計(jì)界關(guān)注的問(wèn)題。 德國(guó)學(xué)者G. Pahl和W. Beitz于1984年在“工程設(shè)計(jì)”一書中首次提出了“概念設(shè)計(jì)”這個(gè)詞：在決定設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，通過(guò)抽象，功能結(jié)構(gòu)的發(fā)展，尋求 適當(dāng)?shù)男袆?dòng)原則及其組合等，確定解決方案的基本解決方案，解決方案，這部分工作稱為概念設(shè)計(jì)[2]。

1.2 概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

橋梁設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的推動(dòng)下，概念設(shè)計(jì)越來(lái)越受到設(shè)計(jì)人員和大眾的重視。橋梁概念設(shè)計(jì)包含在后期設(shè)計(jì)與建設(shè)的方方面面，有結(jié)構(gòu)布置上的創(chuàng)新，施工方案上的技術(shù)創(chuàng)新，符合美學(xué)的景觀設(shè)計(jì)、與環(huán)境融為一體的創(chuàng)新。例如，在國(guó)內(nèi)，斯圖加特市，德國(guó)Nisenbach Valley高架橋，瑞士圣尼古拉斯橋，丹麥橋，波士頓Bunker Hill橋，西班牙塞維利亞的Barqueta橋，日本熊本熊本橋，澳大利亞墨爾本，微博橋經(jīng)歷了橋梁概念設(shè)計(jì)階段。在國(guó)內(nèi)，橋梁式計(jì)劃競(jìng)賽已成為許多橋梁招標(biāo)過(guò)程的重要組成部分。如昆明草海大橋，天津等橋梁。杭州灣大橋，長(zhǎng)江大橋，長(zhǎng)江大橋景觀設(shè)計(jì)，電纜塔做流線型處理;西猴橋景觀設(shè)計(jì)融入了舟山的當(dāng)?shù)靥厣?/p>

1.3 橋梁概念設(shè)計(jì)的作用

作為橋梁建設(shè)的開始，橋梁設(shè)計(jì)尤其重要。 對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)，同樣應(yīng)該是一個(gè)一般的想法，然后具體的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。 橋梁概念設(shè)計(jì)的本質(zhì)是設(shè)計(jì)橋梁設(shè)計(jì)和整體把握，是試點(diǎn)的具體設(shè)計(jì)，其可行性是基于積累經(jīng)驗(yàn)，定性分析和合理依據(jù)。 概念設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的靈魂，設(shè)計(jì)師在這個(gè)階段形成的創(chuàng)意思想，經(jīng)常決定整個(gè)項(xiàng)目解決矛盾方向和主要思想。

概念設(shè)計(jì)將貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，并作為項(xiàng)目的深度發(fā)展方向不斷完善。 隨著時(shí)代的發(fā)展，橋梁技術(shù)的飛速發(fā)展，橋梁規(guī)模的擴(kuò)大，中國(guó)橋梁工程市場(chǎng)的逐步開放和招標(biāo)的國(guó)際化日益加劇，橋梁設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程必須促進(jìn)概念設(shè)計(jì)，只有做概念設(shè)計(jì)人才一個(gè)精品，為了使中國(guó)在國(guó)際上創(chuàng)造一座橋梁無(wú)敵。

2 橋梁方案創(chuàng)新

2.1 橋梁方案中的結(jié)構(gòu)布置創(chuàng)新

香港青馬大橋:

香港青馬大橋共兩層，一層公路橋，一層為鐵路橋，跨度大約為 1370m，邊跨和主跨不一樣是沒有吊桿的，兩側(cè)有加勁桁架支承。本橋的橋塔高度達(dá)到了130多米。該塔高 131米，兩側(cè)分別采用了隧道式錨定和重力式的錨定。大橋上下兩層設(shè)置一定空間用來(lái)形成流線型氣流流通全橋。

該橋的不對(duì)稱可以從以下兩個(gè)方面看出：

1）結(jié)構(gòu)形式上的不對(duì)稱。從橋梁的布局圖中我們可以看出，其青衣島側(cè)邊跨加勁梁石油橋墩支撐而不是由吊桿支撐。

2）受力作用的不對(duì)稱。一般橋梁的受力傳遞步驟為梁將橋面上受的力傳遞給吊桿，然后通過(guò)吊桿傳遞到纜繩上去。青馬大橋則不同，本橋兩側(cè)受力有差異，具體體現(xiàn)在，一側(cè)由邊跨的加勁梁和橋墩支承受力，另一側(cè)由普通的吊桿和纜繩體系支承，形成不對(duì)稱。

圖3.1 香港青馬大橋

2.2 橋梁方案中的技術(shù)創(chuàng)新

重慶新石板坡橋鋼與混凝土混合梁:

舊石板斜橋建于 1981年，新橋位于舊橋上游，舊橋平行。 兩橋橋中心線距離為25m，舊橋橋?qū)?1m。 新橋的橋梁寬度為19米。 兩座橋之間的距離為5米。經(jīng)過(guò)廣泛的研究，航運(yùn)部門決定，兩條主要通道之間的橋梁必須被拆除，主跨度為330米。

設(shè)計(jì)這座世界跨徑記錄的箱梁橋，通過(guò)在主跨中間段引入108m鋼箱梁節(jié)段實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的可能性。鋼箱梁是在重慶下游 1000km 處的武漢制作的。它被設(shè)計(jì)成駁船的形式，從武漢通過(guò)三峽大壩被拖到重慶，放于主跨的下面提升就位。

3 結(jié)論

在總結(jié)工程設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)上，本文給出了橋梁概念設(shè)計(jì)的定義，并對(duì)其內(nèi)涵和特點(diǎn)進(jìn)行了分析。 橋梁的概念設(shè)計(jì)是混凝土設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，這是橋梁設(shè)計(jì)的整體把握。 其可行性基于經(jīng)驗(yàn)積累，定性分析和合理估算。 在一定程度上，橋梁也是一種產(chǎn)品，您可以參考工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的橋梁概念設(shè)計(jì)。 橋梁建模與選擇同時(shí)受到技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和美學(xué)的影響，是集體表達(dá)創(chuàng)新，也是橋梁設(shè)計(jì)的核心理念[3]。

[1]項(xiàng)海帆.大跨度橋梁概念設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題[ J ].第十六屆全國(guó)橋梁會(huì)議論文集，人民交通出版社，2004.

[2]項(xiàng)海帆.中外新建橋梁中的技術(shù)創(chuàng)新比較[ J ].第十七屆全國(guó)橋梁會(huì)議論文集，人民交通出版社，2006 年.

[3]邵長(zhǎng)宇.組合結(jié)構(gòu)橋梁的國(guó)際發(fā)展與國(guó)內(nèi)展望[ J ].橋梁，2009 年第3 期.