关于现代桥梁设计理念与技术创新的论述

摘要：随着社会的发展、设计理念的进步，技术创新在中国桥梁上大放异彩，使得中国大桥建设不但在规模上和速度上让世人称羡和惊异，而且在设计理念、创新设计、先进施工技术和工程质量方面也能赢得国际同行的尊重和赞誉。本文从大跨径桥梁技术、中小跨径桥梁、桥梁减灾和养护等方面进行了阐述。

关键词：设计理念；技术创新；大跨径桥梁；桥梁减灾和养护

改革开放以来，我国的桥梁建设事业经历了一个辉煌的发展时期，特别是进入20世纪90年代，中国桥梁工程界在自主创新的旗帜下出现了全国范围内建造大跨度桥梁的高潮，并以空前的规模和速度为五纵七横的国家高等级公路网建造了数以百计的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁式桥，以跨越大江大河、海湾和深谷，大大改变了中国的交通面貌，取得了令世人瞩目的成就。

一、大跨径桥梁的关键技术问题

1.1随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮时期。苏通大桥位于长江下游，是国家高速公路网中跨越长江口的咽喉工程，是国家科技支撑计划支持的首个重大公路交通工程，是我国自主设计和建造的世界首座突破千米跨径的斜拉桥。苏通大桥主孔跨径1088米，水文条件复杂、地质条件差、气象环境恶劣、航运密度大，千米级斜拉桥其技术要求超越了国内外现行标准、规范规定，工程建设面临着极大的挑战。

1.2通过长达18年的研究与实践，建设者自主创新，开展了100多项科研专题攻关，研究了结构抗风、抗震、防船撞、防冲刷等技术，攻克了千米级斜拉桥结构体系、深水急流中施工平台搭设及群桩基础施工、基础冲刷防护和高塔、长索、大跨结构施工控制等十余项世界级关键技术难题，发展了基于寿命周期和性能设计的桥梁设计理论与方法，创新了静力限位和动力阻尼组合的桥梁结构体系，研发了具有自主知识产权的设计软件，编制了千米级斜拉桥设计指南，形成了千米级斜拉桥设计核心技术，创造了1088米的最大跨径、300.4米的最高桥塔、131根直径2.8米120米深的最大群桩基础、577米的最长拉索等四项世界纪录。

1.3从世界桥梁的发展来看，桥梁在向跨度更长、规模更大，向跨越海峡工程、外海海洋工程的方向发展。目前世界范围内规划或在建或建成的大型跨海通道有意大利墨西拿海峡通道工程、日本津轻海峡通道工程、土耳其伊兹米特海湾通道工程、印尼苏门答腊海湾通道工程、直布罗陀海峡通道工程、白令海峡通道工程等；国内目前规划或在建或建成的大型跨海通道有港珠澳大桥、琼州海峡跨海通道工程、渤海湾跨海通道工程、台湾海峡跨海通道工程等。随着桥梁建设环境越来越复杂，技术难度越来越高，需要解决的技术问题非常多，为了保证桥梁的可靠性、耐久性、行车舒适性和施工简易性，有大量的工作要做，需要研究者继续努力，博采众长，共同攻克这些技术难题。

1.4总的来说，现代桥梁面临的挑战主要有：一、超深水基础的结构形式和施工技术研究；二、超大跨径桥梁的结构体系和特殊力学问题；三、轻质、高强、耐腐蚀、高性能材料的研究，材料的进步决定了桥梁技术发展的水平；四、超大跨径桥梁的施工控制，如们保证建成后的设计线形、受力状态能够达到设计的要求；五、超大跨径桥梁的经济性问题。

二、中小跨径桥梁的技术发展

中小桥梁的数量非常巨大，今后的技术趋势上要体现在集成设计方面，集成设计就是充分考虑桥位处建设条件的要求，把设计和施工紧密结合起来，转变设计理念。进行标准化设计，采用工厂加工制作和现场大型机械施工，在施工过程或者建成以后通过自动化技术进行检测，从而形成运营过程中一种系统化的管养技术，在我国对预制节段拼装预应力混凝土桥梁的研究应用始于60年代。

在国内，60年代就开始研究预制节段拼装预应力混凝土桥梁，并且投入使用，比如19 6 6 年的成昆铁路旧庄河一号桥、孙水河4号桥等，都是采用的预制节段逐跨拼装施工法；19 9 7年建成通车的石长线湘江铁路大桥，也是应用的节段悬臂拼装施工法。之后再闽江大桥、夷 陵长江大桥等都是采用此方法，以及体内束和单键胶接缝。在2001年建成通车的嘉浏高 速公路新浏河大桥也是采用的移动支架预制节段逐跨拼装法进行施 工。

三、桥梁防灾减灾技术和风险决策

3.1现代桥梁防灾减灾技术的热点问题主要有桥梁抗风设计数值化和精细化、基于性能的桥梁抗震设计、跨海桥梁抗台风浪耦合、桥梁防船撞等4个方面。

3.1.1桥梁抗风设计数值化和精细化，主要通过理论分析、CFD数值模拟手段，对桥梁风振机理及流体-同体耦合作用进行更深的研究，进一步提高和完善CFD技术，建立“数值风洞”和“桥梁抗风虚拟现实”技术，实现“全物理、全系统、三维、高分辨率、高逼真”的桥梁结构气动弹性数值模拟。

3.1.2基于性能的抗震设计思想综合考虑了各种影响因素并采用“投资-效益”分析的多级抗震设防思想，体现结构目标性能的“个性化”，即要求在不同地震设防水准作用下，所设计结构满足各种预定的性能目标要求，从而在最经济条件下，确保人员伤亡和经济损失均在预期可接受的范围内。

3.1.3跨海桥梁跨径大，桥位处水深浪高，气候、水文、地质、地震等海洋环境因素异常复杂。在传统设计中，将瞬态的强风和波浪激励看作等效静力作用。但对于跨海桥梁，台风以及台风掀起的巨浪动态特性显著，具有强烈的耦合效应。因此，考虑台风以及巨浪这种破坏性环境荷载的实际动力特征、随机性和耦合性，将显著提高跨海桥梁的设计水平，而与之相应的结构抵抗台风浪耦合作用的结构构造措施及振动控制技术将成为跨海桥梁建设面临的一项关键技术挑战。

3.1.4目前我国桥梁的防船撞研究和设计还缺乏系统化、规范化及标准化。为了满足我国桥梁设计和建造的需要，开展桥梁船舶撞击理论和设计规范的研究是项迫切的工作，对于指导我国桥梁的防船撞设计以及对旧桥、危桥进行防船撞加固都具有重要意义。

3.2公路桥梁建设及运营阶段存在着诸多的不确定性因素，其设计、施工和运营过程中的任一环节的错误或疏忽，都会大大降低结构的安全性，以至于导致各类工程事故的发生。面对越来越多的桥梁事故和趋于增长的生命财产损失，需要结合我国实际情况，完善桥梁建设和运营管理体制，同时制定应对桥梁安全风险的有效措施，以达到提高桥梁安全性的目的。针对我国国内实际情况，应通过分析安全风险评估标准、流程、方法、工程应用情况等，深入研究和讨论基础理论和评估方法中若干关键问题，优化补充评估体系，从而形成新的可操作性强的工程应用方法，对桥隧工程中常见的风险问题形成相对稳定、合理的评估流程，完善基本的评估模型，以提高具体问题的风险评估的效率和水平。安全风险评估是公路桥梁工程建设和运营过程中的一个重要环节，全面、客观、科学、准确的评估体系对于实现工程安全建设和运营目标至关重要。。

四、桥梁结构健康监测及养护

桥梁是一种有寿命期的工程结构物，由于先天的缺陷、外部环境的影响、荷载的长期作用、自身材料的老化以及不恰当的养护维修，其健康安全不可避免地发生衰退。这种衰退会直接威胁到结构的安全和正常营运，如果没有一种科学、经济、高效的方法来管理结构衰退带来的危险，必然会影响结构物的正常服务水平和结构的长期安全性，造成巨大的经济开销，并可能造成巨大的负而社会影响。

桥梁结构安全监测系统并不是传统的桥梁检测技术的简单改进，而是运用现代传感技术、电子工程技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、计算机软件、系统模式识别、预测技术、结构分析理论和决策理论等多个领域的知识，极大地延拓了桥梁检测领域，实时地监测桥梁运营阶段在各种条件下的结构响应，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，并由此分析结构的健康状况、评估结构的运营情况。

五、结语

桥梁是生命线工程，桥梁结构的合理性、安全性、耐久性一直是桥梁设计中的核心问题。在世界经济全球化的推动下，我国交通事业得到了快速的发展，是一个发展的机遇，也是一个挑战，惟有充分发掘现代桥梁技术理念和技术创新的优势，大力加强技术储备，才能抓住机遇，应对挑战。

参考文献：

[1]张喜刚，袁洪，裴岷山.苏通长江公路大桥设计关键技术介绍[J].公路，2009（05）

[2]王仁贵.杭州湾跨海大桥总体设计[J].公路，2009（05）