現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

張興龍

摘 要：橋梁作為交通中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施近年來的建設(shè)越來越多，這也是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然要求，這在全世界范圍內(nèi)都得到了共識，人們對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論方面的研究也在不斷加大。文章從我國橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀出發(fā)，提出了設(shè)計中需要注意的方面，最后提出了一些建議。希望通過文章的分析，可以為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計；分析

引言

作為我國公共交通事業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，公路的好壞將會影響到我國交通事業(yè)的發(fā)展。公路間連接需要橋梁來完成，橋梁所起到的作用是不言而喻的。現(xiàn)階段我國的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題還是比較多的，如設(shè)計中多考慮的是強(qiáng)度而耐久性比較少；多注重強(qiáng)度極限狀態(tài)而忽視使用極限狀態(tài)，而應(yīng)該明確的一點是使用性能是最為重要的；注重結(jié)構(gòu)的建造而忽視結(jié)構(gòu)的維護(hù)。所以必須重視橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，文章將重點分析此問題。

1 我國現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

就目前的發(fā)展來看，我國的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的傾向如下：比較注重強(qiáng)度而忽視耐久性；重視強(qiáng)度極限而忽視使用極限；重視結(jié)構(gòu)的建設(shè)而忽視結(jié)構(gòu)的維護(hù)，這樣的設(shè)計傾向直接導(dǎo)致了橋梁工程事故的不斷發(fā)生，不利于和諧社會的發(fā)展。我國的橋梁設(shè)計理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系還有諸多需要完善的地方，在橋梁設(shè)計過程中，尤其在橋梁施工和使用期安全性上改進(jìn)的空間還是比較大的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中首先要選擇科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)的方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計，還要運(yùn)用規(guī)范的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)給結(jié)構(gòu)的安全性以最大的保障。

2 我國橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項

2.1 對于結(jié)構(gòu)的耐久性問題要重視

在我國的橋梁建設(shè)過程中，很多時候都缺少建設(shè)前期所需要準(zhǔn)備、視察及考證等工作，這是一大問題。周圍的環(huán)境會在很大程度上影響到橋梁的建設(shè)和使用，不僅包括由于車輛超載而出現(xiàn)的疲勞情況，還包括橋梁結(jié)構(gòu)本身的老化和損傷。我國從上世紀(jì)九十年代有些研究者就針對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行了研究，但多集中在橋梁的材料及統(tǒng)計等方面，而對橋梁結(jié)構(gòu)及設(shè)計的研究卻是忽視的，還缺少以設(shè)計及施工人員為出發(fā)點改善橋梁的耐久性。設(shè)計人員所關(guān)注結(jié)構(gòu)的計算方法比較多，而容易忽視總體構(gòu)造的設(shè)計和一些細(xì)節(jié)處的把握。結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計應(yīng)該有別于其他普通的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就現(xiàn)階段而言，我國橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性研究應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治龆皇莻鹘y(tǒng)的定性分析。諸多研究實踐表明一座橋梁是否能夠安全使用，結(jié)構(gòu)的耐久性發(fā)揮了很大的作用，經(jīng)濟(jì)性也包含在其中。

2.2 充分重視橋梁的超載問題

超載會造成橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，嚴(yán)重的情況下還可能引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞事故。橋梁的超載不僅會引發(fā)疲勞問題，還可能造成橋梁內(nèi)部損傷難以及時恢復(fù)，進(jìn)而使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)產(chǎn)生一定的變化，將威脅到橋梁的安全性和耐久性。所以設(shè)計人員應(yīng)加強(qiáng)分析超載所帶來的嚴(yán)重后果，最大限度的加強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性。

2.3 重視對疲勞損傷的研究

動荷載是橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載的主要方面，其會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，除了會引起結(jié)構(gòu)的振動外，結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷也是不可忽視的方面。在橋梁建設(shè)中所使用的材料實際上均勻性和連續(xù)性都不是很理想，諸多微小的缺陷夾雜其中，在循環(huán)荷載作用下，它們會不斷發(fā)展、合并進(jìn)而形成損傷，最終形成宏觀裂紋。一旦宏觀裂紋沒有得到很好地控制，就會產(chǎn)生材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。疲勞損傷在初始階段被察覺的可能性比較小，所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果卻是毀滅性的。所以應(yīng)該加強(qiáng)疲勞損傷的研究工作。

2.4 積極借鑒國外的經(jīng)驗和成果

我國橋梁設(shè)計中存在結(jié)構(gòu)使用性能差、耐久性和安全性差等諸多問題，這和現(xiàn)階段我國的施工質(zhì)量和管理水平不高是分不開的，但問題已然存在，并且在短時間無法得到有效解決，設(shè)計人員對此問題要有一個清醒的認(rèn)識，在設(shè)計時對上述問題充分考慮到，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計方法、恰當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)使橋梁的使用性能達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)，這才是設(shè)計的關(guān)鍵。尤其是橋梁的耐久性和安全性問題與結(jié)構(gòu)體系、使用材料選擇不合理、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理不當(dāng)有著千絲萬縷的聯(lián)系。

針對我國設(shè)計中存在的問題應(yīng)積極借鑒國外的有益經(jīng)驗，PBD就是其中之一。PBD即為性能設(shè)計，涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計的眾多方面，如變形、裂縫、振動、耐久性等。PBD研究不僅保證了橋梁結(jié)構(gòu)在使用中的安全性，還具有很多優(yōu)良的使用性能，這其中包括壽命和耐久性、耐疲勞性、美觀等。對此，我國應(yīng)該積極借鑒其優(yōu)良方面的性能，并結(jié)合我國橋梁設(shè)計的實際和使用過程中的具體情況來最終尋找適合我國的設(shè)計。

3 對我國橋梁設(shè)計的建議

總而言之，我們在對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性、疲勞損傷以及橋梁超載問題進(jìn)行必要研究的同時，還可以把研究面放得更寬一些，諸如結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度、模糊隨機(jī)可靠度等，這樣做的目的都是為了加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的使用性、安全性及耐久性。下面就選擇幾個方面就行分析，希望為研究人士提供參考。

3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度分析其實不是一項容易的研究課題，具有一定的復(fù)雜性，近年來不少研究者對其從不同方面進(jìn)行了研究，并且取得了一定的研究成果。例如利用系統(tǒng)系數(shù)，主要針對結(jié)構(gòu)各種破壞水平所對應(yīng)的極限狀態(tài)不同，計算系統(tǒng)可靠度并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法；利用蒙特卡洛法應(yīng)用重要抽樣技術(shù)最終將結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度計算出來。另外還有研究者對系統(tǒng)可靠度界限進(jìn)行深入的研究?？偠灾谶M(jìn)行系統(tǒng)可靠度的研究上難度系數(shù)比較大，內(nèi)容也包羅萬象。在研究上還是有一定的上升空間的。

3.2 在役結(jié)構(gòu)的可靠性評估與維修決策問題

對在役建筑結(jié)構(gòu)的可靠性評估與維修決策正成為建筑結(jié)構(gòu)學(xué)的邊緣學(xué)科，它既包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、建筑材料科學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等比較基礎(chǔ)的理論，還離不開施工技術(shù)、檢驗手段、建筑物的維修使用狀況等方面的內(nèi)容。值得注意的一個方面是對于在役結(jié)構(gòu)的可靠性評估的研究，經(jīng)典的結(jié)構(gòu)可靠性理論也可在此過程中得到更為廣泛、更有深度的進(jìn)步和發(fā)展。

3.3 模糊隨機(jī)可靠度的研究

模糊隨機(jī)可靠度理論研究作為工程結(jié)構(gòu)廣義可靠度理論研究的重要內(nèi)容，在不斷健全的模糊數(shù)學(xué)理論與方法的推動下，會得到不斷的完善和發(fā)展。

4 結(jié)束語

通過文章的分析不難發(fā)現(xiàn)結(jié)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計是道路建設(shè)項目尤為重要的一個方面，切記不可粗心大意，應(yīng)該引起足夠的重視才行。在具體的設(shè)計中，應(yīng)充分以地形地貌為基礎(chǔ)，一切從實際出發(fā)為原則進(jìn)行設(shè)計，建設(shè)出更多更好的精品工程，使其發(fā)揮應(yīng)有的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為百姓造福。在具體的設(shè)計中力學(xué)是必不可少的，也可以適當(dāng)?shù)募尤胍恍┟缹W(xué)的元素，達(dá)到實用和美觀的雙重結(jié)合。我國現(xiàn)階段的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計取得了長足的進(jìn)步，但不可否認(rèn)的是還有一些需要改進(jìn)和完善的方面，所以相關(guān)的研究人員還要針對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行研究，為其更好的發(fā)展貢獻(xiàn)應(yīng)有的力量。

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