对桥梁设计理论和方法的探究

【摘要】桥梁设计理念是桥梁创新发展的一个重要因素，也必将随着桥梁建设的发展和社会的进步不断更新。理念和工作方法是成就优秀设计作品的两个极其重要的组成部分, 只有二者有效地结合和互动, 才能让设计作品更加臻美。本文分析了桥梁设计的新理论，研究探讨了桥梁设计应重视的方面。

【关键词】桥梁设计理论方法

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

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、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。中国已经成为桥梁大国，正向桥梁强国迈进。

一、桥梁设计的新理论

1、全寿命期设计

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。传统的桥梁设计理念较多地考虑结构的强度，而较少考虑结构的耐久性，重视强度极限而不重视使用极限，这种设计导致的结果是：桥梁在正常使用期内适用性差，出现桥面铺装开裂、构件疲劳、变形过大、钢结构腐蚀等，专家预测在不久的将来会出现大量桥梁抢修、加固甚至改建的局面。

近年来在桥梁科技界、工程界频繁出现了一系列新名词、新概念，例如设计基准期、结构寿命期、健康监测、二类稳定、安全评价等，就充分反映出桥梁工程师对桥梁设计的理念转变。工程师们要从“全寿命期”的概念出发，进行灾害分析，分析对各部件在静、动荷载作用下的易损性，确定结构中重要传力构件与次要传力构件、可更换部件与不可更换部件、可加固部件与不可加固部件、可控制部件与不可控制部件，即确定结构的可检性、可换性、可修性、可控性、可持续性，结合这些因素，在桥梁的结构设计中把握整体方案、抓住主体结构、细化局部构造，桥梁工程师要真正考虑到100 年设计基准期对桥梁结构的要求，从简单的强度设计转换为对桥梁结构的“全寿命期”设计。

2、桥梁景观

“桥梁”顾名思义是联系两地的纽带，起连接和沟通之作用。中国几千年来，创造了无数的桥梁，也赋予桥梁极强的人文和时代气息。现代的桥梁已不纯粹以满足功能为目的，桥梁巨大的跨度、强烈的形体表现力、超凡的尺度均对城市或大地景观产生影响。研究我国的桥梁发展，就桥梁形式来说就具有强烈的时代特征。如上世纪60 ～ 70年代拱桥居多，80 年代为梁桥、立交桥，90 年代出现斜拉桥，20 世纪末出现悬索桥。同时一座城市桥梁甚至可能成为此处的标志或者形象代言。因此，人们对桥梁景观的要求越来越高，有关桥梁景观的设计与研究也应运而生。

桥梁的景观设计就是桥要作为一个社会进步的载体，体现出时代特征。在满足功能、技术、经济的前提下，对桥梁的布线、桥型、桥塔、桥亭以及桥栏、桥灯、桥面、色彩等进行景观尺度、景观生态、景观文化及美学方面的综合考量与组织，以最大限度地实现美学、历史文化、环保、功能、技术、经济的统一。

3、材料和工艺

传统设计过于保守、设计思路放不开、模仿较多，主要是由于国内在材料、工艺上起步较晚，对采用新材料、新工艺也不够大胆，缺乏对这些新材料、新工艺的研究，也缺乏自主创新设计意识。桥梁的设计要紧紧跟进材料发展和工艺的进步，加强对桥梁施工机械如新型起重、安（吊）装设备、滑动模板的研制，进一步提高桥梁机械施工技术水平，加强高强钢丝（索）、锚具、支座、伸缩缝及其配套设备的技术创新，加强对高新技术性、高性能材料的开发和应用，为桥梁工程提供高技术含量、高性能、高质量、高耐久性的产品。从世界范围来看，桥梁建设和发展是一个漫长的过程，桥梁建设的跨越发展在很大程度上要依赖于材料性能的发展，也依靠施工工艺的进步。因此，桥梁工程师要造就复合型人才，跟进时代的步伐，大胆研究采用新材料、新工艺以推动桥梁事业的更大发展。

4、规划与管理

桥梁的建设重点往往放在设计和施工上，而对于包括规划、运营、养护维修、加固、报废拆除等关注不够。而规划和管理正是一座桥梁的开头和结尾部分，规划是设计的前提，管理是设计的延续。规划一座桥梁要充分考虑桥梁的使用功能以及将来的发展需要，有的设计要适度超前，防止将来功能不够造成拆建两难的境况。在考虑桥梁基本功能的同时，还要将桥梁在景观、环保、监控、检测、养护等需要纳入设计内容。另外，考虑到桥梁建成后的人为、超载、环境、袭击等不确定因素的威胁，设计人员要研究桥梁的运营安全、结构耐久、环境影响、破坏概率等，对桥梁在运营、检测、养护提出意见，还在做桥梁结构设计的同时重视其“零部件”的设计，为桥梁日后的运营管理提供依据和设施基础。

因此，桥梁从规划、设计、施工、管理的全寿命期都应该是设计内容，要变过去的狭义设计为广义设计，应该将广义设计理念体现在桥梁的整个历程之中。

二、桥梁设计应重视的方法

1、相关专业的认知对桥梁设计工作至关重要

在实际设计过程中, 桥梁方案的确定除了与桥梁结构本身的受力性能等本专业知识密不可分外, 其与相关专业的知识有着千丝万缕的联系, 甚至在很多时候, 相关专业的知识成为决定性因素并起着更为关键的作用。

在目前团队式设计工作方式下, 要把握好两个方面: 一是集成化管理, 二是互动式设计。作为设计团队的一员, 每一个设计人员必须清晰地了解整个项目的特点、内容、程序和运作方式, 必须清醒地认识到个人工作的思想内容和团队关联性, 即做到对项目的深刻理解。因此, 充分理解相关专业知识, 理解项目要点, 是把部件设计化整体设计的重要途径, 是确定桥梁设计成功与否的先天因素。

2、标准化设计的完善和改进

从桥梁设计工作各项阶段的比重来看, 其实留给设计人员的真正设计周期在整个项目的操作过程中所占的比重并不大。在施工图的末期, 即设计人员安排最为饱和的阶段, 个别难度较大或更为复杂的桥梁设计周期往往更短。因此从某种程度上来说, 设计图纸的质量存在的风险也就更大。那是什么原因导致设计时间和绘图时间的不协调? 怎样才能把更多的绘图时间转化为设计时间呢? 不难发现, 在设计初期, 需要花去很多的时间去进行标准化设计和标准的制定。这无疑影响了前一个项目的设计完善并滞缓了下一个项目的设计方案准备。在标准化施工和标准化设计的时代, 应该建立一个不断更新完善的标准化图库体系, 把桥梁设计人员从绘图中解脱初来, 把更多的精力和时间放在真正的设计过程中, 以最大效率提高图纸的质量, 最大可能地减少设计流程中的反复工作, 尽快地形成一个最佳的、良性循环的设计流程和体系。

3、互动式设计体制的建立和维护

桥梁设计决不是一项独立的设计工作, 其与路线、防护、地质、区域规划等多方面紧密相关。因此作为总体设计的一部分, 其与相关方面设计的互动尤为重要。

在项目操作过程中, 某一项工作的滞后必然会影响到其它工作。再仔细分析一下设计产品, 不乏一些节点上的失控和自相矛盾的现象存在。当然, 在设计流程中有很多制度和方式进行信息传递, 但这种传递缺少互动式的设计体系去修复设计失误、去强化设计部门之间的沟通。而这些恰恰是设计体系中最能推动设计质量的有效方法。

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