公路橋梁設(shè)計中新理念的運用研究

冉光海

(銅仁市公路勘察設(shè)計院)

1 公路橋梁設(shè)計關(guān)鍵性要求

從公路橋梁設(shè)計發(fā)展來看，發(fā)展初期更多的是一種粗礦性建設(shè)設(shè)計，隨著人們在不完善及失敗的公路橋梁設(shè)計中不斷地摸索，總結(jié)出公路橋梁建設(shè)設(shè)計中至關(guān)重要的需求。

1.1 設(shè)計基礎(chǔ)

公路橋梁設(shè)計的理念不是追求大而化而是精而全，換言之，一些設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)追求過高，喪失了本來的設(shè)計初衷。

1.2 成本價值

公路橋梁設(shè)計建設(shè)應(yīng)在保證工程質(zhì)量的前提下，將公路橋梁設(shè)計工程成本控制在一定的范圍內(nèi)，在成本最低的前提下實現(xiàn)價值最大化。

1.3 設(shè)計環(huán)境

公路橋梁設(shè)計需要充分了解公路橋梁建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)情況、影響設(shè)計實施范圍的周邊現(xiàn)有及不斷變化的地上和地下實施狀態(tài)。

1.4 功能要求

每個公路橋梁的設(shè)計工程都需要結(jié)合所在城市區(qū)域性發(fā)展的需要，將其地區(qū)性政府要求導(dǎo)向賦予到公路橋梁設(shè)計功能上。同時，要根據(jù)城市區(qū)域的人文環(huán)境特點充分考慮到設(shè)計功能需求。

1.5 實施技術(shù)

公路橋梁從設(shè)計到實施分為兩方面，一方面是要求設(shè)計人員不僅具有專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析的技能，還需要有更加細(xì)膩的審美觀和高度的責(zé)任心;另一方面是需要公路橋梁設(shè)計實施人員不僅對設(shè)計方案更加清晰，而且要有相匹配的專業(yè)操作技術(shù)、操作的責(zé)任感。

1.6 監(jiān)控維護(hù)

公路橋梁設(shè)計初始到實施建設(shè)，整個過程都需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)控系統(tǒng)及優(yōu)秀地監(jiān)管隊伍去跟蹤、落實、完成。公路橋梁設(shè)計時也要充分考慮到公路橋梁的投放使用后的維護(hù)，包括利于維護(hù)的材質(zhì)、維護(hù)周期、維護(hù)安全等諸多因素。

2 公路橋梁設(shè)計的新理念

改革開放以來，中國公路橋梁設(shè)計不斷地發(fā)展前行，在吸取國外一些先進(jìn)的技術(shù)資源的基礎(chǔ)上，也在不斷地總結(jié)具有中國特色的公路橋梁設(shè)計藝術(shù)和設(shè)計工藝。進(jìn)入21 世紀(jì)后，中國的橋梁設(shè)計建設(shè)更是有了翻天覆地的變化，大量的大跨度橋梁在城市化建設(shè)中大放異彩，并且結(jié)合地域特點形成五縱七橫主干公路建設(shè)，更有了一些跨海橋梁工程建設(shè)的嘗試。這意味著中國以無與倫比的發(fā)展勢態(tài)、發(fā)展規(guī)模及速度成功邁向世界性的橋梁強國之列。

2.1 設(shè)計能力的革新

公路橋梁的設(shè)計不再是單一的工程技術(shù)，全新而豐富多彩的多領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展為公路橋梁設(shè)計提供了一個更加開闊的視野，促使公路橋梁設(shè)計能力不斷地發(fā)展更新。

(1)進(jìn)步中的橋梁工程勘測技術(shù)

GPS 定位系統(tǒng)和CAD 集成系統(tǒng)不僅在其他技術(shù)領(lǐng)域得到成功使用及普及，同時也成功地運用到橋梁工程勘察需求中來，不僅改變了以往設(shè)計人員的勞動作業(yè)，而且勘測的精度及水平也有了長足的提高。

(2)設(shè)計想法的改變

城市公路橋梁設(shè)計增加了多重元素，在這種設(shè)計想法的引導(dǎo)下，大量具有安全性、經(jīng)濟(jì)實用性、美觀立體、耐久使用壽命的、具有時代感的公路橋梁設(shè)計在城市化建設(shè)中璀璨奪目。同時，嶄新的設(shè)計想法將傳統(tǒng)的公路橋梁設(shè)計變成了城市的一道靚麗的景觀，賦予了建筑獨特的藝術(shù)美感。

(3)完善的設(shè)計理論

城市公路橋梁設(shè)計的橋梁結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)組合等諸多理論在不斷完善。引入概念化設(shè)計理念之后，不斷加入了新鮮元素，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析方法中非線性的空間分析方法取代了線性平面桿系分析方法。同時，計算機程序運用仿真橋梁設(shè)計技術(shù)使得施工和正式運營過程變?yōu)榭赡?，結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)組合在大量的實踐研究中得到發(fā)展及改善，公路橋梁設(shè)計的價值化工程理念及橋梁設(shè)計中如何更有效體現(xiàn)橋梁的使用耐久性、工程使用壽命及使用壽命期的全部成本理論都已經(jīng)得以廣泛地探討與研究。

(4)設(shè)計技術(shù)方式的進(jìn)步

公路橋梁設(shè)計以從傳統(tǒng)的手工運作發(fā)展到高速運算能力的計算機時代，并自主研創(chuàng)了適宜中國本土公路橋梁設(shè)計的CAD 集成系統(tǒng)軟件。

(5)大跨度公路橋梁設(shè)計能力的提高

從中國一線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市的公路橋梁建設(shè)開始，一些人口密集、用地緊張以及城市化發(fā)展進(jìn)程的相關(guān)需要，縱橫交錯的大跨度公路橋梁的設(shè)計建設(shè)就尤為關(guān)鍵，在國家及地方的交通、市政、鐵道、城等相關(guān)的建設(shè)計院及優(yōu)秀的設(shè)計人員的努力配合下，成功設(shè)計出了大量的大跨度公路橋梁設(shè)計工程的實施案例，如:上海南浦大橋、中蘇通大橋(該橋梁設(shè)計是世界上最大跨度的斜拉橋)、上海盧浦大橋(橋梁設(shè)計是世界上最大跨度的鋼箱拱橋)，西堠門大橋(橋梁設(shè)計是主跨超過1 600 m 的懸索橋)等等。

2.2 從業(yè)人員素質(zhì)提升

公路橋梁設(shè)計人員隊伍在不斷地發(fā)展，設(shè)計人員的素質(zhì)在不斷地提高，從過去單一防效、單調(diào)地設(shè)計方法及簡單地設(shè)計思想從現(xiàn)在不斷追求創(chuàng)新、設(shè)計的邏輯思維性更強、總結(jié)革新傳統(tǒng)設(shè)計案例等。橋梁設(shè)計領(lǐng)域也在不斷地倡導(dǎo)“創(chuàng)新和科技發(fā)展進(jìn)程相結(jié)合的理念”，這要求橋梁設(shè)計從業(yè)人員不僅要更多關(guān)注國際上橋梁設(shè)計發(fā)展的變化，還要在滿足施工技術(shù)能力基礎(chǔ)上運用適度的先進(jìn)思想及新的技術(shù)工藝、新型材料去全面應(yīng)對日益變化的城市公路橋梁設(shè)計需要。

2.3 施工技術(shù)的不斷發(fā)展

優(yōu)良的公路橋梁設(shè)計方案需要完善的施工技術(shù)得以實施。大跨度的公路橋梁施工技術(shù)日漸成熟穩(wěn)定，同時經(jīng)過多重審核實踐，已經(jīng)掌握了經(jīng)過創(chuàng)新的、多種橋型的全套施工技術(shù)能力。城市的公路橋梁建設(shè)要求在減少影響城市交通的前提下盡量縮短施工周期。橋梁施工監(jiān)控與集成管理技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。

2.4 橋梁工程對自然災(zāi)害防御技術(shù)的改進(jìn)

近年來，我國發(fā)生多次重大自然災(zāi)害，這對橋梁設(shè)計技術(shù)工程提出了更高的要求。面對地震自然災(zāi)害，橋梁設(shè)計技術(shù)必須具有防震、抗震能力，因此路橋梁建設(shè)提出更實際的功能需求。因此，在橋梁抗震、防震的理論方面，國內(nèi)的橋梁設(shè)計專業(yè)人員進(jìn)行了大量的考察研究，并取得了很大成績，具體包括以下幾個方面內(nèi)容。(1)大跨度公路橋梁設(shè)計技術(shù)中的抗震及防震理論及標(biāo)準(zhǔn)。(2)城市高架橋抗震及防震理論及標(biāo)準(zhǔn)。(3)橋梁的抗震及防震標(biāo)準(zhǔn)匯編。(4)橋梁的抗震及防震的實踐研究能力提高。(4)橋梁的技術(shù)設(shè)計架構(gòu)在抗風(fēng)、防風(fēng)設(shè)計及風(fēng)速振動控制方面取得了驕人的成果。而這個方面的成果具體包括如下:三維橋梁顫振分析的全模態(tài)方法;非線性空氣靜力穩(wěn)定分析的理論研究;橋梁風(fēng)速振動的概率性及可靠性評價分析;數(shù)值風(fēng)洞及其在橋梁抗風(fēng)研究中的應(yīng)用;橋梁主梁斷面的顫振導(dǎo)數(shù)和氣動導(dǎo)納的識別方法。

3 公路橋梁設(shè)計的發(fā)展前景

公路橋梁設(shè)計所追求的新理念就是不斷地超越昨天，未來的公路橋梁設(shè)計工程將面臨更加惡劣的自然環(huán)境災(zāi)害和更加復(fù)雜的周邊施工建設(shè)環(huán)境。這就要求從事公路橋梁設(shè)計建設(shè)的專業(yè)人員不斷地提高技術(shù)能力。

3.1 公路橋梁使用耐久性及全壽命能力設(shè)計技術(shù)

過去在公路橋梁設(shè)計建設(shè)方面更多的是注重橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，對于更深層次的橋梁建成投放的使用、使用周期的維護(hù)和修繕、備用材料的拆裝等相關(guān)問題沒有得到更細(xì)致的研究。同時，對橋梁經(jīng)濟(jì)成本的核算不夠全面，沒有從橋梁整個使用壽命周期內(nèi)考慮全部的成本費用。要做到公路橋梁使用耐久性及經(jīng)濟(jì)成本的全面標(biāo)準(zhǔn)控制，就要全面推進(jìn)橋梁工程價值體系的理論與實際運用，使未來公路橋梁設(shè)計技術(shù)相關(guān)方面有更大空間去進(jìn)步與提高。

3.2 適宜的高技術(shù)性能材料研發(fā)及創(chuàng)新

高技術(shù)含量的公路橋梁建造材料研發(fā)及創(chuàng)新將是未來公路橋梁設(shè)計施工技術(shù)發(fā)展不可或缺的。從以往單一性能的橋梁建材到各種強度性能的復(fù)合材料問世及大量使用，可以預(yù)見今后不同需求、不同性能的復(fù)合型建料將更加廣泛地出現(xiàn)在橋梁設(shè)計技術(shù)工程中。

4 結(jié)束語

目前我國在公路橋梁設(shè)計中新理念的運用和研究已經(jīng)取得了驕人的成績，但這也僅僅是公路橋梁設(shè)計發(fā)展的一個歷史性的開始。未來在公路橋梁設(shè)計與建設(shè)中，我們還將迎來更多的實戰(zhàn)機遇，面對更多復(fù)雜環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)，逾越現(xiàn)在和跨越未來是我們新的目標(biāo)。

［1］黃衛(wèi)，錢振東.大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設(shè)計理論與方法［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］項貽強，吳強強.基于性能的混凝土橋梁全壽命養(yǎng)護(hù)策略方法研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，(5).

［3］胨艾榮，盛勇，錢鋒.橋粱造型［M］.北京:人民交通出版社，2005.