淺析現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

王 愛（洛陽(yáng)城市建設(shè)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

淺析現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

王 愛（洛陽(yáng)城市建設(shè)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

近年來，我國(guó)在橋梁工程建設(shè)方面發(fā)展迅猛，并且取得了非常大的突破，特別是在新橋型、大跨徑橋梁的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了巨大的成就。但是從我國(guó)橋梁工程建設(shè)方面的整體水平來看，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)先進(jìn)水平還有不小的差距，了解那些發(fā)達(dá)國(guó)家橋梁設(shè)計(jì)發(fā)展的新動(dòng)向與趨勢(shì)，對(duì)于我國(guó)目前橋梁設(shè)計(jì)發(fā)展有重要意義。

橋梁設(shè)計(jì)；問題；發(fā)展趨勢(shì)

1 前言

改革開放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力與綜合國(guó)力得到了巨大的增強(qiáng)，我國(guó)在橋梁建設(shè)方面有了迅猛發(fā)展，特別是大跨徑的橋梁建設(shè)，已經(jīng)取得了輝煌成就，我國(guó)橋梁建設(shè)在美觀性、功能性、安全性與經(jīng)濟(jì)性等方面還有許多不足。

2 我國(guó)現(xiàn)代橋梁建設(shè)現(xiàn)狀

我國(guó)文化悠久，橋梁發(fā)展歷史長(zhǎng)遠(yuǎn)，從古代的古典拱橋趙州橋到遍布全國(guó)的現(xiàn)代梁橋、拱橋、斜拉橋等各種橋型。我國(guó)現(xiàn)代橋梁應(yīng)用最廣泛的為梁橋，其次為拱橋，斜拉橋、懸索橋適應(yīng)跨徑大，費(fèi)用高，基本分布于沿海城市及發(fā)達(dá)城市。橋梁建筑材料從最早的木材、石材發(fā)展到現(xiàn)在的混凝土、鋼材，其中混凝土橋應(yīng)用最廣。

3 橋梁設(shè)計(jì)基本原則

3.1 安全性

我國(guó)最近幾年，多座橋梁突然發(fā)生倒塌或者損壞，工程界已經(jīng)重視橋梁的安全問題。一般的看法是目前的工程事故的原因主要由野蠻施工與管理腐敗導(dǎo)致的。但是短期內(nèi)發(fā)展突然倒塌則是由施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的原因包括使用的材料強(qiáng)度不符合標(biāo)準(zhǔn)與施工工藝沒有達(dá)到要求等；還有個(gè)別的橋梁在施工過程中存在偷工減料的情況發(fā)生。更對(duì)橋梁的安全性造成致命的損害。

橋梁設(shè)計(jì)的安全問題主要有行車安全、通航安全、施工安全和基礎(chǔ)地質(zhì)條件等方面。行車安全：橋面設(shè)施應(yīng)該合理布置，要根據(jù)具體的車流量和公路等級(jí)來決定，是否有必要設(shè)置護(hù)欄、中央隔離帶、分車帶，從而確保行車的安全性。通航安全：在有通航凈空保證的前提下，還需要注意是否允許拖船組成的船隊(duì)通過，在橋下收留的方向是否與和橋梁垂直，在有這樣的問題時(shí)應(yīng)該加大橋梁的跨徑。施工安全：這是非常重要的一點(diǎn)，在制定施工組計(jì)劃中，必須要考慮颶風(fēng)以及洪水等給橋梁施工帶來的不利影響，施工建設(shè)要求在洪水到來之前橋墩施工面一定要超出洪水水位?；A(chǔ)地質(zhì)條件的安全：根據(jù)規(guī)范。冰凍深度、基礎(chǔ)埋深與河流的沖刷深度的要求，還要對(duì)地質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行必要的檢查，看看附近是否有溶洞、斷層以及裂縫等一些不適宜的地質(zhì)條件。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性包含橋梁建設(shè)工程的造價(jià)、工期以及橋梁后期的養(yǎng)護(hù)費(fèi)三個(gè)方面。橋梁工程造價(jià)其主要是由人工費(fèi)、機(jī)具設(shè)備費(fèi)以及材料費(fèi)三方面組成。人工費(fèi)和機(jī)具設(shè)備費(fèi)：因?yàn)椴煌牡貐^(qū)之間有著很大的差異，應(yīng)根據(jù)預(yù)算定額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算。材料費(fèi)因時(shí)間的差異而影響比較大，暫時(shí)按用量衡量；根據(jù)已建設(shè)的同類體系、同載荷標(biāo)準(zhǔn)的相近跨度的橋梁的工程量，參考設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)尺寸，估算出總體設(shè)計(jì)的輪廓尺寸，然后對(duì)主要結(jié)構(gòu)的少數(shù)控制截面進(jìn)行粗略的演算。工期：橋梁是道路交通的最要組成部分，道路修到哪里的橋梁建設(shè)應(yīng)該完工，這樣可以節(jié)約很多不必要的時(shí)間，這樣還可以確保機(jī)具設(shè)備、材料以及人員的順利運(yùn)送，線路及早的運(yùn)營(yíng)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)也可以早一點(diǎn)受益。影響工期的因素有以下幾種：工程本身的大小；資金是否足夠充足；施工的方法與工程本身的機(jī)構(gòu)難易程度等都會(huì)在不同程度的影響工期。養(yǎng)護(hù)維修：橋梁建設(shè)完工后，在使用的過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些程度的損壞，需要修復(fù)這樣的橋梁就會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用，橋梁其用料不同會(huì)有非常大的差異，要分別考慮，還要考慮由軍事打擊、自然災(zāi)害等破壞的修復(fù)。

3.3 功能性

橋梁的功能主要有兩個(gè)方面，承受荷載與跨越障礙。為了確保受力合理，傳力路線直接以及簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)形式，尤其注意風(fēng)載、地震等因素，論證能夠確保結(jié)構(gòu)功能的實(shí)施。在地震地區(qū)修建橋梁應(yīng)該注重選擇抗震好的橋梁架構(gòu)。如梁式橋梁要比拱形的抗震性要好，低樁要比高樁好等。遇到突發(fā)情況造成橋梁的破壞，從難易程度考慮，梁式橋比拱式橋更容易修復(fù)。要根據(jù)其實(shí)際情況考慮，能做小的絕不做大的。這樣不至于造成國(guó)家資金浪費(fèi)。

3.4 美觀性

橋梁的設(shè)計(jì)不僅要考慮其功能性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，橋梁美觀的問題應(yīng)該被重視，突出橋梁的美觀。伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾晿蛄好烙^設(shè)計(jì)，橋梁美學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代橋梁建設(shè)中一門獨(dú)立的研究項(xiàng)目，橋梁的建筑風(fēng)格與橋梁的裝飾應(yīng)該與所處環(huán)境相協(xié)調(diào)，對(duì)于城市中一些大型橋梁爭(zhēng)取建設(shè)成一座具有標(biāo)志性的建筑物，成為一個(gè)城市的一道風(fēng)景線。

4 現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，我國(guó)在橋梁設(shè)計(jì)方面、建設(shè)方面取得了輝煌成就，已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。為我國(guó)今后橋梁發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我國(guó)橋梁建設(shè)未來發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

4.1 逐漸加大橋梁跨徑

我國(guó)現(xiàn)在鋼梁的最大跨度已經(jīng)超過了500m，懸索橋到達(dá)了1990m等，由于跨海與跨江的需要，橋梁的跨度還在不斷的加大，預(yù)計(jì)鋼斜拉橋會(huì)突破1000m，鋼懸索橋會(huì)超過3000m。混凝土橋：梁橋的跨度會(huì)達(dá)到270m、拱形橋?qū)_(dá)到420m。

4.2 結(jié)構(gòu)逐漸輕型化

隨著橋梁跨徑的逐步加大，混凝土梁已無法適應(yīng)橋梁跨徑增加的要求；而鋼梁由于其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)和材料特性也得到最大發(fā)揮和利用，如現(xiàn)在大部分斜拉橋、懸索橋及大跨徑連續(xù)梁橋等其主梁均采用鋼箱梁或鋼箱加勁梁，使得梁高大大減小，從而使橋梁變得十分輕巧秀美。同時(shí)，隨著新材料的研發(fā)和利用，鋁合金作為典型的有色金屬，其耐腐蝕、高強(qiáng)度、質(zhì)量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在傳統(tǒng)的門窗、汽車制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著新產(chǎn)品的不斷開發(fā)，鋁合金材料已經(jīng)在船舶、橋梁等領(lǐng)域的應(yīng)用也開始嶄露頭角。鋁合金在橋梁上的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有400余個(gè)實(shí)例，鋁合金在橋梁建設(shè)的使用大大降低的橋梁結(jié)構(gòu)的重量。

4.3橋梁建設(shè)技術(shù)

混凝土梁橋出現(xiàn)了頂推法、懸臂平衡施工法、拱橋無支架法。這些提升了混凝土橋梁的競(jìng)爭(zhēng)力。懸索橋采用鋼箱加勁梁，在技術(shù)上取得了新的突破。斜拉橋的涌現(xiàn)、崛起，為橋梁的發(fā)展展現(xiàn)了豐富多彩的內(nèi)容。這些成就使得我國(guó)在橋梁技術(shù)上的到了空前的提升。

4.4 預(yù)應(yīng)力運(yùn)用更加豐富、靈活

預(yù)應(yīng)力是為了改善結(jié)構(gòu)服役表現(xiàn)，在施工期間給結(jié)構(gòu)預(yù)先施加的壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)服役期間預(yù)加壓應(yīng)力可全部或者部分抵消載荷導(dǎo)致的拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)破壞。常用語(yǔ)混凝土結(jié)構(gòu)，是在混凝土結(jié)構(gòu)承受荷載之前，預(yù)先對(duì)其施加壓力，使其在外荷載作用時(shí)的受拉區(qū)混凝土內(nèi)力產(chǎn)生壓應(yīng)力，用以抵消或減小外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在正常使用的情況下不產(chǎn)生裂痕或者產(chǎn)生裂痕比較晚。

預(yù)應(yīng)力的一部分在橋梁建設(shè)中得到了廣泛地應(yīng)用。不僅允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，而且還允許在極端荷載時(shí)出現(xiàn)開裂等?？梢杂行П苊馊A(yù)應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)沿縱向開裂和拱形過大。剛度較全預(yù)應(yīng)力為小，可以利于抗震。

體外預(yù)應(yīng)力是在20世紀(jì)20年代末開始在橋梁建設(shè)中應(yīng)用的，在70年代后應(yīng)用開始以來。體外配索，不僅可以減少截面尺寸與結(jié)構(gòu)橫載，還可以提高構(gòu)件的施工質(zhì)量。

預(yù)應(yīng)力不僅只有這些，還有雙預(yù)應(yīng)力、無粘預(yù)應(yīng)力和在世界上較多應(yīng)用預(yù)應(yīng)力梁等，它們使預(yù)應(yīng)力變得更加豐富與靈活。

4.5 提升施工方法

最近幾年橋梁的施工方法也在不斷的發(fā)展中，其中頂推法不僅僅運(yùn)用在直線橋梁，還可以在平曲線上的梁與豎曲線上的梁。除了這些，還有別的也在發(fā)展：使用環(huán)形滑道，它的好處是不用使用喂氟板；拉索錨已經(jīng)具有自動(dòng)開啟、閉鎖；梁前進(jìn)時(shí)錨定，千斤回程時(shí)可以自動(dòng)開啟；并把支座安裝在梁上，這樣可以不需要頂推后重新設(shè)置。

5 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下，對(duì)于橋梁的設(shè)計(jì)提出更高的要求，因此橋梁設(shè)計(jì)部門要加強(qiáng)在橋梁設(shè)計(jì)方面人才的培養(yǎng)以及現(xiàn)在從業(yè)人員技術(shù)提升的培訓(xùn)。雖然我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平以及綜合國(guó)力已經(jīng)有了非常大的增強(qiáng)。當(dāng)前我國(guó)在橋梁設(shè)計(jì)的整體上和世界一流的橋梁設(shè)計(jì)仍然有一定的差距。我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)還應(yīng)該總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升水平、力爭(zhēng)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)與高質(zhì)量的建橋標(biāo)準(zhǔn)。

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2095-2066（2016）34-0216-02

2016-11-22