关于桥梁结构优化设计的

摘 要：桥梁工程是由许多结构构件组成的系统结构,是城市基础设施中一个重要的组成部分,其结构设计是否科学合理,直接决定了桥梁的安全性、实用性和耐用性.文章通过对桥梁结构设计的介绍,探讨一下桥梁设计的问题及优化方案.

关 键 词：桥梁结构；优化设计；问题

1现阶段桥梁结构设计面临的问题

1.1桥梁设计缺乏先进的理论基础和完善的结构体系

目前在我国,一些桥梁设计人员在结构设计时存在对桥梁结构的整体性、安全性和耐久性考虑片面,部分桥梁结构的整体性延性不足,计算图式和受力路线不明确,主要会引起：结构局部受力过大,应力集中；混凝土强度要求过低；保护层厚度过小；构件截面过小或过大等问题.这些问题都会削弱桥梁结构的耐久性,会严重影响桥梁的安全.

此外,一些桥梁设计人员缺少动态思维方式.在针对不同的环境、不同的使用条件和不同的设计对象时,不能根据变化因素对结构体系做出合理的应对措施.在新技术、新材料、新工艺快速发展的情况下,对结构设计也提出了新要求,这时候设计人员的创新意识和与时俱进的设计理念就尤为重要了.

在结构体系上,目前的桥梁设计普遍的缺乏整体的设计规划,过于偏重设计建成时期结构的工作和怎么写作能力,而对其他时期的性能变化没有更为全面的考虑.桥梁工程是一个由许多结构构件组成的一个系统结构,设计人员要用动态思维去解决面临的发展技术问题,要尽可能的将未来所面临的问题计算在内,保证桥梁设计结构体系的完整性.

1.2桥梁结构的可靠性和耐久性问题

桥梁结构可靠性的概念是：在规定的服役基准期内,在正常使用和维护的情况下,结合环境和结构抗力衰退等因素的影响,桥梁结构在服役期过后的后续服役期内能完成预计功能的能力.我国桥梁结构设计可靠性的重视程度大于耐久性,重视强度极端状态而不重视使用极限状态,重视桥梁结构的建造而忽视检测和维修,不少大桥坍塌都是由于构件疲劳损坏所引起,影响了桥梁的承载能力和使用性能.

桥梁在建造和使用过程中,受到了外部和自身环境的影响导致结构各部分不同程度的损伤和劣化,有些桥梁仅用10年左右的时间就因为耐久性出了问题而影响结构安全.结构耐久性不应成为桥梁结构最普遍的一个安全问题,设计时要从结构构造、材料等角度采取措施来加强结构耐久性.

1.3桥梁结构的疲劳损伤问题

桥梁结构的疲劳损伤,是由于桥梁所采用的材料不均匀和不连续,存在许多微小的缺陷,在荷载反复作用下,这些微小缺陷会逐渐变化形成损伤,并逐渐在材料中形成大面积裂纹,裂纹得不到有效控制,极有可能会引起材料、结构因脆弱而断裂,造成严重后果.对疲劳损伤的研究不仅仅针对整体桥梁结构,实际上桥梁结构常常由于某些关键部位的局部疲劳而导致整体结构的失效.近几年,我国发生过几次大的桥梁事故,都是因为结构疲劳损伤的情况引起的.另外,超载也是导致桥梁结构疲劳损伤的重要原因.

2桥梁设计中应注意的具体问题及解决方法

2.1设计地基高度的调整

地基是桥梁施工中最重要的工作之一,地基高度的不合理,给桥梁结构建设带来很多不安全因素.由于地基土层极易风化,如果解决的不合理,就会导致地基不够坚实,地基下沉甚至地基崩溃等后果.首先,用封闭的防水技术,可以增强桥梁地基的稳固性能,标高地基高度,以此来保护桥梁地基强度.其次,设计人员应把握好地基高度,在设计阶段,就应当考虑上部结构,基础和地基共同作用,必要时采取有效措施加强上部结构的强度,可以增加建造物对地基不均匀变形的适应能力.

2.2混凝土裂缝的宽度调整

裂缝是混凝土构件不可避免的特征,不仅影响结构的美观,而且会导致构件承载能力和耐久性等性能的下降.我国桥梁规范中根据构件类型和环境类别对裂缝宽度进行了严格规定,强化控制混凝土裂缝的宽度可以使桥梁承载能力得到提升,耐久性更有保障.混凝土裂缝宽度的设计,可通过采用结构局部预防力、调整钢筋布设位置和加强混凝土截面刚度等方法来控制混凝土裂缝的宽度.

3桥梁结构设计的优化措施

在这里我们探讨的是基于可靠性的优化设计.这种优化模式是由Forscll最先提出来的,他把使总耗费（初始投资与期望损失值之和）最小化作为优化目标,主要研究了可靠性与优化之间的关系.他指出,用整个桥梁结构失效概率作为功能约束的优化过程应该产生出更加平衡与合理的安全度相一致的设计.他认为,科学的优化设计应该考虑桥梁结构在各种荷载作用下的性能,同时桥梁结构的服役期很长,如果不加维修,它的功能一定会越来越衰退,所以必然要及时采取相应的维修和加固的措施.不难理解,桥梁结构设计可靠度标准越高,建造桥梁结构的原始成本就越少.所以会存在一个最优化设计可靠度,在这个标准下,桥梁结构服役期的总耗费是最小的.

3.1充分重视桥梁结构的耐久性设计

现行规范对桥梁设计的要求是适用、经济、安全、美观,对桥梁的强度考虑多于耐久性,对使用周期中桥梁的性能表现相当重视而忽视使用极限状态和对结构的维护.这种倾向很大程度上造成了工程事故频发、桥梁结构质量差,性能不稳定、使用年限短等不良后果.设计人员应该从思想上改变这种倾向,充分重视对桥梁结构耐久性的设计,不但让它在服役期内安全可靠的工作,同时要最大限度的延长它的衰退期,安全使用的年限越长,则其经济性和实用性越优化.

3.2重视对疲劳损伤的研究

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载,会在结构内产生循环变化的力量,会引起结构的震动,也会引起结构的积累疲劳损伤.在循环荷载作用下,这些缺陷会逐渐形成宏观裂纹,如果得不到控制,会引起材料和结构的断裂.早期的疲劳损伤不易被检测到,但带来的后果是不堪设想的.设计人员要充分重视对疲劳损伤的研究,尽量把疲劳损伤的因素消除,把造成不良后果的可能性降到最低,避免造成不可弥补的损失.

3.3重视对桥梁超载问题的研究

3.3.1桥梁年限过长,超龄负载使用.

3.3.2桥梁同时通行的车流量超过可承载的最大限值.

3.3.3车辆违规超载.

超载一方面会引起桥梁结构的疲劳损伤问题,另一方面,由于超载引起的桥梁内部结构的损伤不能恢复,使其工作状态发生变化,危害桥梁结构的安全性和耐用性.所以,在桥梁设计中应重视对桥梁超载问题的研究,充分考虑社会、经济、环境、地域等因素的影响,把超载问题纳入桥梁结构设计中来.

3.4施工中所能涉及到的优化设计

3.4.1斜腹杆混凝土受拉开裂处理问题设计：应采用局部预应力的方法,也就是桥梁只在斜腹杆内布置冷拉级预应力钢筋,拱片预制成型后张拉锚固,这样就大大降低了斜腹杆拉应力和混凝土裂缝开展宽度.

3.4.2泥岩地基处理问题设计：此基础的设计应采用岩面防水封闭技术,当基坑挖至设计标高后,经平整和清理基底后,快速的浇筑封底防水混凝土以保护地基.这一措施可以防止表层地基土膨化、保持地基土的强度.

3.4.3竣工阶段桥墩抗推问题设计：可在墩顶增设临时的水平拉杆,另一端与桥台锚固,临时支架拆除前进行预张拉.这样,墩基底的应力及抗滑稳定都能够满足规范的要求.

4结束语

桥梁对我国现阶段的交通运输发挥着巨大的作用.我们在认识交通运输对桥梁作用的同时,还要积极的探讨它在桥梁设计理论和结构构造体系、耐久性、疲劳损伤、超负荷作业等方面的一系列问题,只有这样我们才能进一步地提高我国桥梁设计的技术水平,增加桥梁的使用寿命,并在节省维修资金的基础上,有效的保证其质量,为国家的经济发展做出贡献,也为人们提高生活质量提供有利保障.