关于桥梁结构设计理念的简单探讨
关于桥梁结构设计理念的简单探讨
作者：黄军
来源：《现代装饰·理论》2012年第11期
摘要：在进行公路桥梁设计过程中，设计理念的更新以及对设计流程的把握程度对设计人员来说尤为重要。如何成就更理想、更人性化的设计作品需要设计工作者不断探索。 关键词：桥梁设计理念；安全耐久；经济合理
理念是桥梁设计的灵魂。只有不断挑战常规设计理念，更换思路，设计工作才能不断进步。在进行高速公路桥梁的设计过程中，理念的更新对设计人员来说尤为重要。当然，理念的更新并不等同于原则、标准的变化。在尊重原则和标准的基础上，通过技术进步，灵活设计、创作设计成就更理想、更人性化的设计作品是桥梁设计工作者的不断追求。
一 桥梁设计安全耐久原则
（１）桥梁设计中影响桥梁安全耐久性的因素
1）方案设计不合理
不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题存在不少需要改进的地方。许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要， 而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。
2）施工不规范
国内外多座桥梁出现安全性和耐久性差的现象，一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。
3）设计理论不够完善
国内的结构设计过程中，考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。实际上，目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计，这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发，结构使用性能差，使用寿命短的不良后果。
二 保证桥梁耐久性的原则
（1）重视桥梁的耐久性方案设计
从结构和设计的角度及如何以设计和施工人员易于接受和操作的方式来改善桥梁耐久性。桥梁在建造和使用过程中，一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀，并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用，同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化，从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。强调使结果易于检查、维修，以保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修费用，取得较好的综合经济效益。
（2）重点研究并缓解汽车超载问题
汽车超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；第三是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加；后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。除了交管部门要加强管理外，也需要对超载带来的后果进行研究、分析。
（3）重视桥梁疲劳损伤问题的研究
桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果是灾难性的。对疲劳损伤的研究不仅仅指对整个结构而言，事实上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳失效而导致整个结构的失效，例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
三 桥梁设计经济合理
（１）注重技术性与经济性的结合
１）选择经济合理的桥梁设计方案
桥梁设计方案比选是一个非常重要的课题，也是一个比较困难的问题，它对以后的初步设计及其施工图设计起着至关重要的作用。一个好的桥梁设计方案，不仅能节约造价、缩短工期，而且在整个设计周期中起着一个很好的开头作用。
２）功能设计在桥梁经济性设计中的作用