华南理工大学 510641
摘要：桥梁是公路工程的一部分，桥梁的优化虽然不等同于公路的最优，但却有益于公路最优，并促进桥梁结构的发展。因为对局部的优化设计变量相对较少而使研究的难度大大减小，研究的深度能更透彻。只有把握好规律，抓住侧重点，桥梁结构的布置和设计才能准确无误。
关键词：桥梁结构；优化设计
引言
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，对桥梁结构开展损伤识别研究是目前国内外的研究热点。近年来，桥梁结构健康监测成为国内外学术界、工程界的研究热点，重视桥梁检测，提高桥梁管理水平，掌握试验数据处理和分析方法，了解桥梁检测的工作程序、检测项目及检测方法，对于提高桥梁的安全使用有着重要意义。
一、我国桥梁工程出现病害的主要原因
桥梁工程的结构只有具有足够刚度，当其承受很大强度的荷载时才不会产生过大的变形和挠曲；桥梁工程的结构的各部分的尺寸还必须有适当的大小，当其受到很大强度的轴向压力时，各部分构件就不会产生屈服变形，从而丧失稳定性；桥梁工程的结构还必须有足够的强度，能更好地承受其所受的重力及附加力；另外，桥梁工程的结构还应具备较高的耐久性。鉴于桥梁结构所受到的荷载具有随机性，桥梁结构施工质量和制造具有分散性，桥梁结构的材料强度具有离散性，桥梁机构设计的计算假定具有近似性，因此其在长期使用的过程中就会产生病害，出现病害主要有以下方面的原因：
（1）结构设计的过程中存在问题，如设计假定不够合理，桥型结构的选取不正确；
（2）桥梁工程的施工质量差，施工的过程中未按照施工规程及设计要求进行施工。
（3）施工场地的地质条件不佳，如滑坡和软基等现象都会造成桥梁出现病害。
（4）桥梁工程的使用过程中没有进行养护工作，就不能及时消除病害。
（5）桥梁结构原始设计的荷载较低，随着我国交通行业的快速发展，车辆荷载增大导致桥梁结构的承载力不足而产生病害。
（6）一些如洪水、地震等自然灾害也会对桥梁造成损害。
二、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，若解决得不合理，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，可增加建造物对地基不均匀变形的适应能力。
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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，不仅影响结构美观，还会导致构件承载能力和耐久性等性能下降。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严格规定，强化控制混凝土裂缝的宽度可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。
三、桥梁结构设计的优化措施
在这里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，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产生出更加平衡与合理的安全度相一致的设计。科学的优化设计应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，其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措施。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最小。
3.1充分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，若得不到控制，会引起材料和结构的断裂。早期的疲劳损伤不易被检测到，但带来的后果不堪设想。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。
3.2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，不但让其在服役期内安全可靠的工作，同时要最大限度延长其衰退期，安全使用的年限越长，则其经济性和实用性越优化。
3.3 重视对桥梁超载问题的研究
（1）桥梁年限过长，超龄负载使用。
（2）桥梁同时通行的车流量超过可承载的最大限值。
（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。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。
3.4 施工中所能涉及到的优化设计
（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，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，大大降低了斜腹杆拉应力和混凝土裂缝开展宽度。
（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）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，墩基底的应力及抗滑稳定都能够满足规范的要求。
结束语：桥梁对我国现阶段的交通运输发挥着巨大的作用。在认识交通运输对桥梁作用的同时，还要积极探讨其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，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。
参考文献
[1]李芳，凌道盛.工程结构优化设计发展综述[J].工程设计学报（机械?设备和仪器的开发技术），2011，（05）
[2]柴志，赵磊，卢彪.基于耐久性的桥梁结构优化设计模型[J].河南科学.2010，（03）.
论文作者:黄宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/29
标签：桥梁论文; 结构论文; 地基论文; 荷载论文; 耐久性论文; 混凝土论文; 损伤论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;