王宇

摘要：文章首先對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中的冗余度理念進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中冗余度的具體應(yīng)用進(jìn)行論述。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)蛄涸O(shè)計(jì)水平的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：橋梁；設(shè)計(jì)；冗余度

1橋梁設(shè)計(jì)中的冗余度理念

目前，工程界對(duì)冗余度并未給出統(tǒng)一的定義，為便于對(duì)冗余度進(jìn)行研究，需要對(duì)它的概念加以明確。橋梁工程歸屬于大型結(jié)構(gòu)體系的范疇，這種結(jié)構(gòu)體系比較常見(jiàn)的形式有兩種，一種是靜定結(jié)構(gòu)，另一種是超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)于前者而言，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的某一個(gè)構(gòu)件失效后，可能會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)破壞；而后者中的某個(gè)構(gòu)件失效，卻并不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的整體性造成破壞，必須在形成特定的失效模式時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)破壞，這種超靜定結(jié)構(gòu)就是通常所說(shuō)的冗余系統(tǒng)，其中的特征量便是冗余度。在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用冗余度可以提高結(jié)構(gòu)本身的抗倒塌能力，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義，這是因?yàn)槿哂喽鹊膽?yīng)用，能夠使橋梁結(jié)構(gòu)在某個(gè)構(gòu)件發(fā)生損壞時(shí)，仍然保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以設(shè)計(jì)冗余度的橋梁要比未設(shè)計(jì)冗余度的橋梁更加安全、可靠，這一觀點(diǎn)已經(jīng)在實(shí)踐中獲得了驗(yàn)證。

2橋梁設(shè)計(jì)中冗余度的具體應(yīng)用

2.1影響冗余度的設(shè)計(jì)參數(shù)

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用冗余度理念時(shí)，必須充分考慮相關(guān)參數(shù)對(duì)冗余度的影響，從而使橋梁設(shè)計(jì)更加合理。

2.1.1跨長(zhǎng)

在大量的實(shí)操中得出了這樣一個(gè)結(jié)論：當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)外部的橫向連接足夠多時(shí)，可以使不同跨長(zhǎng)的橋梁達(dá)到相同的R值，而在R值相同的情況下，冗余度也不會(huì)有太大的差別，由此可以判定，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，跨度的長(zhǎng)短對(duì)冗余度的影響較小，基本可以忽略不計(jì)。

2.1.2曲線半徑

曲線半徑是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它具有非常重要的作用，當(dāng)曲線半徑發(fā)生變化時(shí)，冗余度的值也會(huì)隨之發(fā)生改變。為驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，下面以雙箱型橋梁結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，并通過(guò)表1中給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由表1中的數(shù)據(jù)可以清楚的看出，跨長(zhǎng)為45.7m的箱梁，其曲線半徑與冗余度之間表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性，而跨長(zhǎng)為68.6m的箱梁，它的曲線半徑增加時(shí)，冗余度也隨之增加，兩者之間為正相關(guān)性。

這充分證明了橋梁結(jié)構(gòu)的曲線半徑對(duì)冗余度具有一定的影響。所以在具體設(shè)計(jì)中，必須對(duì)該參數(shù)予以考慮。

2.1.3外部連接

在分析橋梁結(jié)構(gòu)外部連接對(duì)冗余度的影響時(shí)，可從類型和數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面著手。就連接類型而言，其應(yīng)當(dāng)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，與實(shí)心橫隔板的鏈接滿足部件全屈服時(shí)滿荷載的要求，也就是說(shuō)，外部連接類型對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性具有決定性作用，如果連接類型不同，則會(huì)對(duì)冗余度的提升有不同的表現(xiàn)，只有當(dāng)連接類型與實(shí)心橫隔板的鏈接形成最佳搭配時(shí)，才能形成最為可靠的受力系統(tǒng)。從理論的角度上講，連接數(shù)量對(duì)冗余度的影響較大，橋梁損壞的初期階段，混凝土結(jié)構(gòu)所受的荷載無(wú)法從梁體的損壞區(qū)域及時(shí)傳遞到附近的連接部位。

2.2冗余度的設(shè)計(jì)方法

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用冗余度時(shí)，承載力的分配補(bǔ)償是首要考慮的關(guān)鍵因素之一，這是因?yàn)?，?dāng)某一個(gè)構(gòu)件損壞后，如果承載力能夠獲得補(bǔ)償，那么可以確保結(jié)構(gòu)功能的持續(xù)履行，換言之，在進(jìn)行冗余度設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)使構(gòu)件充分發(fā)揮出保證結(jié)構(gòu)安全的作用，并且要對(duì)每個(gè)構(gòu)件的荷載系數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，而當(dāng)冗余度設(shè)計(jì)好以后，要進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)冗余度是否合適。

在橋梁結(jié)構(gòu)體系中，冗余度是一種強(qiáng)度儲(chǔ)備，它的作用一般會(huì)在構(gòu)件損壞時(shí)才能夠得以發(fā)揮，所以，可用橋梁的可靠度指標(biāo)來(lái)描述冗余度。為使冗余度的設(shè)計(jì)效果得以全面反映，除了要進(jìn)行極限狀態(tài)下的驗(yàn)算之外，還要考慮冗余度之間的依托關(guān)系，只有這樣，才能使設(shè)計(jì)出來(lái)的冗余度在橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損時(shí)發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

2.3應(yīng)用時(shí)的注意要點(diǎn)

在應(yīng)用冗余度理念進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須明確一點(diǎn)，即冗余度的最大作用是確保橋梁在受到外力破壞時(shí)，仍然能夠使結(jié)構(gòu)功能持續(xù)履行，換言之，不能將冗余度作為橋梁可靠性設(shè)計(jì)的指標(biāo)。這就要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)冗余度的需求，制定出具有針對(duì)性的冗余度設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，還要考慮工程所在地的地質(zhì)條件和路段情況，由此能夠使冗余度的設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理。

3結(jié)論

綜上所述，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，為了進(jìn)一步提升橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性，可將冗余度理念引入橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)冗余度設(shè)計(jì)，能夠使橋梁結(jié)構(gòu)某個(gè)構(gòu)件發(fā)生損壞時(shí)，不破壞系統(tǒng)的整體性。具體應(yīng)用中，要考慮相關(guān)因素對(duì)冗余度的影響，以確保冗余度的設(shè)計(jì)更加合理。