淺析現(xiàn)代橋梁設(shè)計理念與技術(shù)創(chuàng)新

繆望

摘要：近年來橋梁建設(shè)向大跨徑、深水域、近海和崇山峻嶺發(fā)展，對其美觀度和質(zhì)量的要求越來越嚴格，橋梁設(shè)計面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。文章總結(jié)了大跨徑橋梁的技術(shù)創(chuàng)新，提出了橋梁設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題，分析了橋梁防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的熱點問題，探討了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及養(yǎng)護的策略，并將國內(nèi)外的技術(shù)理念進行了對比。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代橋梁設(shè)計；設(shè)計理念；技術(shù)創(chuàng)新；橋梁建設(shè)；大跨徑橋梁 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU997 文章編號：1009-2374（2015）12-0038-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.019

20世紀中葉以后，脫離了前蘇聯(lián)的幫助，我國絕大部分的橋梁都是自主設(shè)計建造的。進入21世紀之后，隨著橋梁技術(shù)的不斷進步，我國的橋梁建設(shè)水平有了質(zhì)的飛躍，一些大型橋梁陸續(xù)建成并投入使用，給交通運輸帶來了極大的便捷。盡管如此，在現(xiàn)代橋梁的設(shè)計上，造型美觀獨特與質(zhì)量過硬二者往往難以兼顧。如何平衡這兩點，是橋梁設(shè)計師們需要重點探索的方向。在設(shè)計中更加注重橋梁的維護以及使用極限，兼顧強度與耐久性，從而提高橋梁被使用時整個生命周期的性能表現(xiàn)。

1 我國橋梁設(shè)計現(xiàn)狀

我國目前的橋梁建造以懸索橋、斜拉橋以及拱橋為主。拱橋作為我國獨特的傳統(tǒng)代表性橋梁，已有上百年的歷史，其設(shè)計充滿藝術(shù)性，在園林造景中顯現(xiàn)得尤為突出?，F(xiàn)代大型橋梁以懸索橋和斜拉橋為代表，20世紀80年代末，我國突破性地建成了南浦大橋，這標志著我國在現(xiàn)代橋梁的建造已達到世界級水平，也奠定了我國橋梁建設(shè)飛躍發(fā)展的基石。1999年江陰長江大橋建成并投入使用，這是我國第一、世界第四大橋，作為我國第一座超1000米的懸索橋，它標志著我國在橋梁建造水平上至了世界第六；2009年重慶朝天門大橋建成通車，成為“世界第一大拱橋”，主跨長達552米；2008年建成啟用的杭州灣大橋，成為我國最長、世界第三長的跨海大橋，這些足以說明我國的橋梁建設(shè)水平已然達到了一定的高度。隨著國力的增強，我國橋梁建筑頻率以及橋梁規(guī)模都已達到國際頂尖水平，預(yù)示著我國正處于橋梁建設(shè)蒸蒸日上的高潮階段。然而建設(shè)速度的加快也帶來了一系列的問題，比如為了趕進度和趕工期或者為了追求國內(nèi)第一甚至世界第一，在設(shè)計時考慮不周全，設(shè)計極限化而沒有特色，由于設(shè)計周期短而倉促粗放地進行設(shè)計，致使有創(chuàng)意、有特點的設(shè)計少?？傮w而言，我國現(xiàn)階段橋梁設(shè)計理論以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系依然有待完善，另外在施工方面以及使用期限的安全性上都有值得改進的地方。

2 橋梁設(shè)計的注意事項

橋梁設(shè)計最主要的是結(jié)構(gòu)設(shè)計，而結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵就在于結(jié)構(gòu)分析的到位與否以及結(jié)構(gòu)方案制定得是否合理，其次是構(gòu)件與連接的設(shè)計，為保證安全性，所有設(shè)計都必須采用規(guī)范要求的安全系數(shù)和可靠指標。在現(xiàn)代橋梁的設(shè)計中，不少設(shè)計者并沒有為了增強結(jié)構(gòu)的安全性，而從設(shè)計到施工再到使用整個過程上進行全面綜合的考慮。

2.1 重視結(jié)構(gòu)耐久性

我國大約從20年前開始重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，當時僅僅局限于從材料的角度，利用模擬實驗、統(tǒng)計分析進行研究，雖然也取得了不少的成果，但要想與時俱進，在技術(shù)上實現(xiàn)飛躍，必須適當?shù)馗淖兯悸罚瑥慕Y(jié)構(gòu)與設(shè)計上來分析改善橋梁的耐久性。同時要考慮到施工人員的接受度、操作方式和實際完成情況，重視細節(jié)處理。在研究結(jié)構(gòu)計算方法時不僅要考慮橋梁總體構(gòu)造，還要將自然災(zāi)害、交通事故等偶然因素包括在內(nèi)。

2.2 對疲勞損傷的進一步研究

橋梁在投入使用后，由于幾乎每時每刻都在承受車輛以及風(fēng)帶來的荷載，而這些荷載都屬于動荷載，這會使橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力不斷變換，一般橋梁在建造過程中采用的都是混合材料，其或多或少都會存在一些微小的縫隙，而這些縫隙長期受到變化應(yīng)力的作用，極有可能逐漸發(fā)展、合并，最終形成橋梁表面的宏觀裂紋，影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，例如在橋梁工程中被廣泛使用的鋼筋砼，由于其抗拉性能差，往往會出現(xiàn)裂縫，這就是累積造成的橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷，若不及時有效地采取措施處理和控制，將會造成橋梁結(jié)構(gòu)脆性斷裂等災(zāi)難性的后果。疲勞損傷在早期是很難被檢測和發(fā)覺的，所以必須重視這項研究，防范于未然。

2.3 橋梁的超載問題

目前國內(nèi)超載現(xiàn)象屢禁不止，車輛超載對橋梁造成的損害不容忽視。由于超載，作用于橋體結(jié)構(gòu)的荷載應(yīng)力增大，加劇了疲勞損傷，嚴重的甚至造成橋梁表面結(jié)構(gòu)被破壞；另外，作為橋梁安全性與耐久性的重要威脅，超載會對橋體內(nèi)部造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，從而改變了橋梁正常負載下的工作狀態(tài)，嚴重影響橋體結(jié)構(gòu)的

壽命。

2.4 借鑒國外的經(jīng)驗與成果

縱觀國內(nèi)現(xiàn)狀，由于施工質(zhì)量與管理水平不夠高，造成橋梁使用壽命較短，維護費用昂貴，安全事故頻發(fā)。就目前來看，這些現(xiàn)象是有其存在的必然性的，設(shè)計人員必須正視這一點。在基礎(chǔ)設(shè)施條件上，我們與國外是有差別的，在設(shè)計時要采用符合國情的安全度與設(shè)計方法來調(diào)節(jié)匹配施工管理與材料工藝，主動且有效地保證橋梁的使用性能。同時，對歐美國家先進的經(jīng)驗和技術(shù)成果可以適當?shù)啬脕斫梃b。特別是在結(jié)構(gòu)體系的選材以及細節(jié)處理上，這點在國外做得比較到位，比如歐洲國家在建筑設(shè)計上十分重視結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容會考慮到結(jié)構(gòu)的裂縫和形變、受振動的情況以及美觀性、疲勞度等，力求制造出來的成品具有美觀、強健、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)良的性能。我國應(yīng)學(xué)習(xí)并吸取這套結(jié)構(gòu)物性能設(shè)計理論，從本質(zhì)上對建筑結(jié)構(gòu)使用過程中體現(xiàn)出的服務(wù)性能進行研究，分析其發(fā)生的規(guī)律與機理以及該性能受到弱化的原因，從而掌握并進一步開發(fā)出適合我國國情的新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與理念。

2.5 仿生材料與新功能橋梁的探索

當今的橋梁建造技術(shù)主要得益于鋼筋混凝土材料的發(fā)現(xiàn)和使用，而這亦是源于人類對大自然天然材料庫的加工重塑。當初園丁通過對植物根部的探索與觀察，受到啟發(fā)，從而發(fā)明了鋼筋混凝土材料，對建筑行業(yè)帶來了極大的推動，在橋梁設(shè)計領(lǐng)域更是帶來了革命性的轉(zhuǎn)變。材料作為橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)展不可或缺的因素，需要與時俱進地開發(fā)與創(chuàng)新。如今倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，在建造橋梁方面，設(shè)計人員應(yīng)當探尋如何運用現(xiàn)有建筑材料使其發(fā)揮最大特性的方法。隨著科學(xué)的發(fā)展，仿生材料作為新生的物資，極有可能對橋梁工程改革發(fā)展的未來再一次掀起浪潮，它將完美地對傳統(tǒng)鋼筋混凝土材料進行改良，若設(shè)計精妙，甚至可以取而代之。

工程師在設(shè)計時應(yīng)該適當融入些大自然的規(guī)律，在提升橋梁使用性能的同時豐富橋體結(jié)構(gòu)。比如利用研究自然界水消融和腐蝕的原理來設(shè)計研發(fā)橋梁防水材料與涂裝層材料；新型蓄光型自發(fā)光材料憑借其優(yōu)良的“自給自足”特性已廣泛用于公路標志，設(shè)計師可嘗試將其運用于橋梁涂裝上，結(jié)合各種染色料，使橋梁結(jié)構(gòu)白天充滿豐富的色彩感，到了夜間可自發(fā)光照明，從而取代原始的電力照明，大大降低了能耗，實現(xiàn)了橋梁的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

近年來，我國在橋梁建設(shè)方面取得了顯著的成就，但隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及橋梁使用時間的延長，諸多橋梁問題日益暴露出來。這些問題給我國的橋梁建設(shè)敲響了警鐘，橋梁設(shè)計師必須意識到改革橋梁設(shè)計理念與創(chuàng)新技術(shù)研究的重要性，設(shè)計建造出更實用同時又頗具特色的橋梁，借鑒和引用國外一些先進的技術(shù)理念進行設(shè)計和管理，最終實現(xiàn)橋梁建設(shè)的安全、耐久和可持續(xù)發(fā)展，將我國橋梁設(shè)計建造水平推向新的高度。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）