合理桥式方案设计准则及实+践探究

0 引言 在我国桥梁设计的过程中，需要遵循相应的准则，只有严格按照规则进行的设计，才能有效地保障桥梁的设计，不仅能够将桥梁设计得更加美观，同时还能确保其稳定性。在现代桥梁设计的过程中，主要以工程力学以及建设美学为主要依据，为合理的桥式设计提供重要依据。为此，只有从整体上进行宏观把握，才能真正满足桥梁建筑的要求，为我国桥梁建设的发展做出重要贡献。 1 桥式设计应遵循的规律 在现代化的桥梁设计中，十分推崇合理桥式设计，这是因为桥梁设计并没有统一的形式可以遵循，结果也是十分多样化的，如果想要对其起到约束性的作用，就要制定一个合理的标准，在满足这一标准的基础上，才能判定桥梁的优劣［1］。 ⑴桥梁结构方案是保证桥梁设计的前提条件，在对桥式进行结构设施时，通过合理的结构构思才能与结构计算起到互补的作用，弥补相互之间存在的不足之处。 ⑵桥梁设计应该满足功能的需要。 ⑶要想保证合理的桥式设计，跨越功能是基本要求，这一功能要求桥梁具有支撑的能力，所以这也是合理桥式设计必须要遵循的规律之一。 ⑷满足几何不变的原则，一般情况下，桥梁结构在设计时都满足了几何不变的体系，这一体系的确立保证了车辆以及行人在通行过程中的安全性，能够更加舒适地在桥梁上通行，所以在设计时，主受力面与次受力面需要满足几何不变的原则，这样才能达到相应的刚度要求。 ⑸满足传力路径的要求。桥梁在设计时需要考虑到承载力的问题，此时越简洁明快的传力路径就越能保证桥梁的承载力需要，达到合理的桥式设计。 ⑹应力应该均匀分布在桥梁设计中，其中包含了杆件横截面之内的应力需要，同时也包含杆件边界位置上的应力，都应该达到流畅的状态，从而获得更好的经济效益。 ⑺在承受轴处，最为合理的结构是“拉/压结构”，只有将这一结构得到更加合理的发挥，才能保证结构应力变得更加均匀流畅，并且满足材料强度的要求，在桥梁设计中，桁架、悬索结构等都是“拉/压结构”的重要组成部分之一。 ⑻满足大跨优越结构的设计，从当前的合理桥式设计中来看，要想满足这一结构设计的要求，就应该从结构受力中多下功夫。其本质只有两种状态，一种是拉伸的状态，一种是受压的状态，并且两种状态是相反的，在这种情况下构建一个组合跨越体系才能满足桥梁功能的需要。 ⑼理想的结构应该是预应力索结构，这一结构的主要功能在于可以使预应力索处在或张紧或稳固的状态中，以便结构体系具有可以承载相应负荷力的能力，并且满足刚度的需要，在这种情况下，也间接体现出了预应力索的特点，也就是并不会增加自身的重量但是却可以满足刚度的要求，这一规律在当前的全新桥梁设计中十分普遍，为桥梁设计的创新提供了宝贵的经验。 ⑽在桥梁设计时，需要满足结构性合理的要求，桥梁的结构性是外在美观性与内在功能性的结合，所以在构件上应该具有变化平顺的特点，只有符合结构整体性的要求，才能达到上述特点，并且为桥梁结构的承载能力起到重要帮助。 ⑾各构件之间的受力应该达到均匀分布的要求，在不同结构中，受力的要求也是不尽相同的，所以为了满足桥梁结构的要求，对于各构件的受力情况一定要掌握充分。 ⑿保证将均衡与稳定合理的融为一体。在工程建设的过程中，需要保证结构处在稳定性的状态中，但是在桥梁设计时，不但要保证结构的稳定性，同时也应该令其在外观上具有一定的美观性。 ⒀一般桥梁在设计时，并没有对韵律感以及节奏感加以重视，但是在全新桥梁设计时，应该遵循这两点的要求，这样才能对桥梁结构起到重要的作用，形成更加合理的桥梁设计。 ⒁在设计桥梁时，轮廓尺寸需要相互协调，以达到最好的状态。首先是两个相邻拱桥之间需要满足一定的跨度比，将其保持在0.4∶1以内，最优比值为0.618的黄金跨度比，达到这一比值后，桥梁明显更加顺畅与平滑了，可以满足车辆通行的需要。其次，其桥梁墩的高以及跨度之间的比值应该控制在0.25∶0.85的范围内，最优比值为0.618，当达到这一比值时，桥梁的比例是最和谐的，可以保证车辆更加顺畅的通行。第三，如果桥梁设计时为单悬臂简支梁，那么悬臂与简支梁之间的比值应该为0.41；如果为双悬臂简支梁，那么二者之间的跨度比值应该为0.35；如果是双悬臂两等跨连续梁，那么二者之间的比值应该达到1/3；如果是三跨连续梁，那么在施工中出现体系的转换，则需要将边跨与中跨之间的比值控制在0.8。 ⒂在合理桥式设计中，应该将形式感与量感进行有机的结合，前者主要是能够在精神领域为人们带来的共鸣。 ⒃为了满足现代化的发展要求，在桥梁设计中同样也应该将美学的理念融入其中，这样才能达到刚柔并济的特点。 ⒄桥梁设计需要与周围的环境相适应。 ⒅在进行建造的过程中，需要对周边的地形进行勘测，在不同的环境中建立不同类型的桥式，如果在山区，则以拱桥或者吊桥为主，如果在平原地区，则以斜拉桥为主。 ⒆在对桥梁进行造型设计时，需要满足相应的受力准则。如果跨度不大，那么就有更大的造型发挥的空间，这样也就可以使人们欣赏到更加理想的桥梁造型设计。如果跨度相对较大，可发挥的造型空间就会小很多，但是都需要满足技术以及艺术相结合的要求。 ⒇最后，还应保证桥梁设计的可靠性，达到更加理想的桥梁设计要求。 2 桥式方案的实践研究 桥式方案研究桥式最优设计理论丰富了桥梁科学，为桥式方案设计提供了理论基础。桥式方案设计包括［2］：①平面设计。即平面线形选取及桥梁平面布置等：②立面设计。即孔跨布置及式样选择等：③横断面设计。即桥面布置及桥梁横向布置等。桥梁方案设计主要受桥址工程条件（如地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航或跨线等）、设计要求（交通量、路线等级、设计荷载、设什寿命等）及施工方法的制约，交通量等决定了桥梁宽度；通航净宽决定桥跨下限；通航净高、通航孔跨决定桥梁建筑高度；桥面纵坡及起桥高度、桥梁建筑高度三者决定了桥长。一般情况下，地质越差或下部结构投资越大，越宜采用较大的跨度，以减少支承结构的工程量，从而节省投资［3］。此外，桥式方案设计尚应考虑统一性或标准设计，以简化设计与施工。桥式候选方案应以桥式理论为基础，结合桥址工程条件提出（跨度、桥式及施工方法三者紧密联系），对于明显较差的方案应及时舍弃。桥式方案比选应从以下四个方面进行比较：适用（功能）、安全（可靠性）、经济与美观。 3 结语 综上所述，加强桥梁设计是现代化发展建设的必然要求，只有满足桥梁设计的规律，才能设计出更加合理并且科学化的桥梁，通过本文提出的最优设计理论，为桥梁设计提供了宝贵的经验，也为当前桥梁设计的创新化发展带来了积极的意义，更加重要的是在今后的社会发展中，离不开大型桥梁为我国的进步与发展所带来的更多的经济与社会效益。

文章来源：《工程力学》 网址: http://www.gclxzz.cn/qikandaodu/2020/1210/441.html