關(guān)于橋梁設(shè)計創(chuàng)新的思考

文/楊福欣 中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司 遼寧沈陽 110003

1、橋梁工程設(shè)計中存在的問題

1.1 橋梁設(shè)計方案缺乏合理性

首先，一些設(shè)計者認(rèn)為設(shè)計任務(wù)繁重，為了縮短施工周期，提高短期經(jīng)濟效益，在設(shè)計過程中只修改了原設(shè)計方案，這可以節(jié)約部分成本，但給以后的施工帶來了極大的不便和影響，同時也容易造成返工。其次，橋梁的數(shù)量和規(guī)模都在持續(xù)上升，這對設(shè)計人員提出了更高的要求，但是在實際工作中，卻沒有進行設(shè)計方案的創(chuàng)新，同時還存在監(jiān)管不到位的情況，導(dǎo)致市場環(huán)境非?；靵y，最終導(dǎo)致橋梁設(shè)計方案無法滿足工程需要，資源過度浪費，并且存在嚴(yán)重的安全隱患。

最后，地方政府過度干涉，很多的橋梁設(shè)計方案都沒有遵循經(jīng)濟性的原則，部分政府官員憑借個人的喜好干涉設(shè)計方案，使得最終的設(shè)計方案無法體現(xiàn)出最優(yōu)化原則，也無法滿足實際要求。

1.2 設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不完善

在橋梁設(shè)計過程中，許多設(shè)計者只注重規(guī)范要求的內(nèi)容，忽視了結(jié)構(gòu)材料的耐久性和施工過程中的人體結(jié)構(gòu)安全問題。在設(shè)計過程中，一些結(jié)構(gòu)缺乏完整性和延展性。一些計算方案和應(yīng)力線不清晰，這使得局部應(yīng)力過大。在混凝土強度設(shè)計中，保護層厚度設(shè)計太小，鋼筋直徑規(guī)格不達標(biāo)。在某種程度上，這些問題對結(jié)構(gòu)的耐久性有很大影響，并將降低橋梁的安全性。此外，一些設(shè)計內(nèi)容雖然滿足設(shè)計規(guī)范中的強度要求，但是橋梁結(jié)構(gòu)僅僅使用10年左右就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全問題，因此，必須重視結(jié)構(gòu)耐久性問題。

1.3 橋梁設(shè)計缺乏整體性

在橋梁設(shè)計過程中，設(shè)計者需要充分考慮橋梁的綜合情況，不僅要充分保證其工程質(zhì)量的安全可靠，還要保證其足夠的穩(wěn)定性和使用壽命。橋梁設(shè)計過程中有許多細節(jié)。只有確保所有過程的科學(xué)合理性，才能在橋梁施工完成后滿足最終質(zhì)量要求。目前，少數(shù)設(shè)計人員未能根據(jù)橋梁工程的實際情況進行設(shè)計，勘探及收集的數(shù)據(jù)不夠深入、全面，從而導(dǎo)致設(shè)計方案與實際存在較大偏差。如果在設(shè)計的過程中忽視了整體性，必然導(dǎo)致橋梁存在較大的安全隱患，同時影響施工進度，增加施工成本。

2、現(xiàn)代創(chuàng)新技術(shù)在橋梁設(shè)計里的運用

2.1 強化疲勞損傷的研究

橋梁開始使用后，因為大部分時間它都受到風(fēng)和汽車帶來的載荷，這些載荷都是動態(tài)載荷，會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力隨時發(fā)生變化。在正常情況下，橋梁是用混合材料精心建造的，不可避免地會有一些小縫隙，在這些小縫隙長期使用變化的影響下，它們很可能會逐漸發(fā)展和融合，最終在橋梁外部產(chǎn)生大規(guī)模裂縫，從而影響橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性。例如:在橋梁工程創(chuàng)建中，鋼筋砼的運用十分普遍，然而因為其抗拉性比較弱，通常會產(chǎn)生相應(yīng)各種程度的縫隙，這些縫隙在逐漸發(fā)展累積進程中，便會致使橋梁構(gòu)造的疲勞損傷，對此種傷害，如果沒有第一時間進行有目標(biāo)性的處置，運用掌控手段，最終能促使橋梁構(gòu)造脆性分裂等問題發(fā)生，并且難以挽回。但此種疲勞損傷在橋梁開始運用前期是難以被察覺與檢查出來的，因此現(xiàn)代橋梁設(shè)計者一定要關(guān)注此項探究，且研究出切之可行的預(yù)防技術(shù)。

2.2 橋梁防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

現(xiàn)代橋梁防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的關(guān)鍵問題在于橋梁抗風(fēng)設(shè)計精細化與數(shù)值化，鑒于功能的橋梁抗震設(shè)計、橋梁防船撞以及跨海橋梁抗臺風(fēng)浪耦合等方面。橋梁抗風(fēng)設(shè)計精細化與數(shù)值化，是利用理論剖析、CFD數(shù)值模擬技術(shù)，針對橋梁縫針激勵還有流體-同體耦合效果展開進一步的探究，深入提升與優(yōu)化CFD技術(shù)，創(chuàng)建橋梁抗風(fēng)虛擬現(xiàn)實與數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)，完成全體系、三維、高真實、全物理以及高清晰度的橋梁構(gòu)造啟動彈性數(shù)值模擬。鑒于抗震設(shè)計理念與不同干擾因素相結(jié)合的影響，投資效益分析的多層次抗震設(shè)計預(yù)防理念被用來展示結(jié)構(gòu)目的效果的個性化，也有必要在不同抗震設(shè)防水平的基礎(chǔ)上根據(jù)不同的預(yù)定效果目標(biāo)要求設(shè)計結(jié)構(gòu)，以確保在最佳經(jīng)濟條件下經(jīng)濟損失和人員安全在可接受的范圍內(nèi)。這座橋橫跨海洋的跨度相對較寬，海平面較高，水深較深，而且氣候、地質(zhì)和水文等海洋環(huán)境因素非常復(fù)雜。臺風(fēng)和臺風(fēng)引起的大浪破壞力極強，它們在頻譜、強度和方向上有多種關(guān)系，對跨海大橋的影響具有明顯的動力特性、耦合性和隨機性。在以前的設(shè)計中，瞬態(tài)風(fēng)和波浪激勵被認(rèn)為是等效的靜力。然而針對跨海橋梁來講，臺風(fēng)引發(fā)的大浪與臺風(fēng)動態(tài)特點明顯，具備顯著的耦合效果。

2.3 重視橋梁構(gòu)造的耐久性

大約20年前，橋梁建設(shè)問題引起了我國的關(guān)注。然而，這只是從財務(wù)角度考慮，許多研究是通過模擬實驗和統(tǒng)計分析進行的。同時，也取得了許多成就。然而，隨著時代的快速進步，如果我們想完全順應(yīng)社會發(fā)展的需要，我們必須不斷地在技術(shù)和設(shè)計上創(chuàng)新，在設(shè)計理念上創(chuàng)新，從設(shè)計和施工方面加強橋梁建設(shè)的耐久性。在展開結(jié)構(gòu)運算方法的探究時，不但要綜合考慮橋梁整體結(jié)構(gòu)，而且還要積極分析其有幾率出現(xiàn)的自然災(zāi)害，還有交通事故等突發(fā)性因素。

2.4 加強仿生材料和新功能

現(xiàn)代橋梁施工技術(shù)主要得益于鋼筋混凝土材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，也得益于人們對天然材料的改造和加工。鋼筋混凝土不僅大大提高了建筑領(lǐng)域的進步水平，還促進了橋梁設(shè)計行業(yè)的許多變化。然而，材料是橋梁設(shè)計和建造中的一個重要因素，當(dāng)然，它們也應(yīng)該進一步發(fā)展和創(chuàng)新。例如，我們應(yīng)該重視可持續(xù)發(fā)展。在建造橋梁時，相關(guān)設(shè)計者應(yīng)該綜合現(xiàn)有建筑材料的特點，并研究如何最大限度地發(fā)揮其性能。但是科技日新月異的環(huán)境下，仿生材料此種新興物質(zhì)的誕生與運用，進一步促進了橋梁工程的變革發(fā)展，其良好的轉(zhuǎn)變了以往的鋼筋混凝土材質(zhì)，如果設(shè)計者可以為其提供合理的設(shè)計，其材質(zhì)完全可代替鋼筋混凝土。

結(jié)語：

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的橋梁建設(shè)工作取得了非常可喜的成績，但是由于使用期限的延長，許多質(zhì)量問題已經(jīng)開始出現(xiàn)。它們的存在嚴(yán)重影響了交通運輸?shù)陌l(fā)展和國家的經(jīng)濟工作。因此，作為設(shè)計師，我們必須積極改變設(shè)計理念，做好技術(shù)創(chuàng)新工作，以便我們能夠積極學(xué)習(xí)國外優(yōu)秀的設(shè)計理念，供自己使用。并結(jié)合我國的國情，確保設(shè)計作品不僅具有很高的實用價值，而且還能夠有自身的獨特性，確保橋梁建設(shè)工作更加安全，確保使用時間變長，從真正意義上帶動我們國家的設(shè)計工作朝著新的方向發(fā)展。我們堅信在不久的將來，我們國家的橋梁建設(shè)工作必然會迎來新的明天。