橋梁概念設(shè)計(jì)總結(jié)

——記項(xiàng)海帆《橋梁概念設(shè)計(jì)》讀后總結(jié)

雖然在本科階段學(xué)過橋梁工程概論的課程，但實(shí)際上對(duì)于橋梁的了解并不夠深入，在拜讀《橋梁概念設(shè)計(jì)》后有感，寫一些東西下來。

橋梁工程是土木工程大類中的一大塊，不同于房屋建筑的圍護(hù)功能，橋梁作為跨越區(qū)域的結(jié)構(gòu)，所涉及到的范圍更加廣泛，元素也更加多。目前橋梁不單單是在跨越水域和山區(qū)的功能，城市高架橋梁也變得越加普遍。因此橋梁作為更加貼近生活的一種建筑，不單單只是偏安一隅于江河湖海與山峻之上，在跨入城市生活之后，橋梁的要求變得越來越高，也更復(fù)雜。

歷史與前沿

在經(jīng)典的力學(xué)基礎(chǔ)之上建立的土木工程理論基礎(chǔ)，是進(jìn)行各類土木工程結(jié)構(gòu)建造的基石。

縱觀橋梁發(fā)展的歷史，主要有幾個(gè)突破點(diǎn)，一個(gè)是材料的突破，由天然的石料和木材作為主要的建筑材料，比如趙州橋，以及古代簡(jiǎn)易的風(fēng)雨橋等，到工業(yè)革命之后發(fā)展的金屬橋梁，例如鑄鐵拱橋coalbrookdale橋，再到后來我們所熟悉的鋼材和鋼筋混凝土。第二個(gè)是計(jì)算理論和軟件的進(jìn)步，包括撓度計(jì)算理論，有限元軟件分析等等，理論的進(jìn)步為更多橋型和受力結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)，有限元軟件則是創(chuàng)建了模型并提供了數(shù)值分析結(jié)果。第三個(gè)是施工技術(shù)和設(shè)備的更新，新型的技術(shù)可以完成之前無法做到的施工問題，為更高要求的施工質(zhì)量和施工精度提供了便利和保障。

隨著跨度和環(huán)境的變化，多種橋型隨之誕生和發(fā)展，新型技術(shù)的運(yùn)用同樣與之相稱，可以說，橋梁的發(fā)展是需求和科技進(jìn)步所共同推動(dòng)的，需求為內(nèi)因，科技手段則是實(shí)現(xiàn)方法，

結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系的三個(gè)層次是結(jié)構(gòu)功能、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)受力形態(tài)。

結(jié)構(gòu)功能是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和出現(xiàn)的原因，正是有著這樣那樣的需要，各種各樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。居住和房屋結(jié)構(gòu)，是為了提供一個(gè)較為穩(wěn)定安全的休息場(chǎng)所，因此需要限定在一定的范圍之中，橋梁需要跨越障礙，為通行提供便利，便需要跨越多個(gè)區(qū)域，與多個(gè)區(qū)域產(chǎn)生聯(lián)系，為溝通的紐帶。

結(jié)構(gòu)形式是結(jié)構(gòu)外觀的骨架，脫胎于結(jié)構(gòu)的美學(xué)外形。不同的結(jié)構(gòu)形式對(duì)應(yīng)了不同的適用的條件，其復(fù)雜程度也不同，就橋梁結(jié)構(gòu)而言，有梁式、拱式、斜拉、懸索等，不同的結(jié)構(gòu)體系有著自身不同的特點(diǎn)，適應(yīng)的跨度、凈高、通航能力等等，可以根據(jù)場(chǎng)地的具體需求來進(jìn)行選擇。

結(jié)構(gòu)受力形態(tài)是進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算的核心部分，可以說結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)功能是選擇結(jié)構(gòu)的前置部分，是在一個(gè)大方向和宏觀的角度來分析結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)受力形態(tài)部分則是體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)真正的細(xì)部?jī)?nèi)容，結(jié)構(gòu)體系所受的外部影響，內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的抗力，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何形成協(xié)同和發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能，以及最終如何保證結(jié)構(gòu)的安全性，這些是結(jié)構(gòu)受力形態(tài)所需要考慮的問題。

在概念設(shè)計(jì)階段，一方面要根據(jù)現(xiàn)有的條件選擇合適的橋型和布置方式；另一方面是在確定結(jié)構(gòu)之后，對(duì)于實(shí)際中出現(xiàn)的問題要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改時(shí)，如何能夠達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)效果。在這里，一個(gè)是大方向修改，另一個(gè)是細(xì)部的調(diào)整。

就第一方面來說，選定合適的橋型和布置方式，首先是需要準(zhǔn)備足夠詳盡的資料來進(jìn)行設(shè)計(jì)和判斷，避免大方向的問題出現(xiàn)，同時(shí)除了需要在現(xiàn)有的條件下來進(jìn)行方案布置和選擇并分析其優(yōu)劣之外，更需要有一種防患于未然的準(zhǔn)備，考慮可能未來可能出現(xiàn)的狀況，比方說在選擇橋型的時(shí)候，比較理想的是在可能發(fā)生橋型變換時(shí)，能夠留有橋型變換的余地，比如結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，由斜拉轉(zhuǎn)換成斜拉和懸索結(jié)合時(shí)，主塔的承載能力、基礎(chǔ)的承載能力能夠滿足結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換之后的承載力要求。

再說第二方面，優(yōu)化設(shè)計(jì)，在實(shí)際的工程過程中，遇到的意外情況其實(shí)并不罕見，同時(shí)準(zhǔn)備的資料也不足以完全說明所有的情況，因此在應(yīng)對(duì)這些超出預(yù)期的問題時(shí)，如何能夠在不斷更新和變化的條件下，合理設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，主要需要考慮以下幾個(gè)方面：首先是考慮整體與局部的關(guān)系，在這個(gè)階段，需要修改的通常是細(xì)部的調(diào)節(jié)，因此要在局部滿足修改條件之后考慮整體的性能是否受到了影響，再有的是針對(duì)修改內(nèi)容，是否改變了原來的美學(xué)效果，能夠采用影響較小的方式，是否對(duì)于原有的布局設(shè)置產(chǎn)生了影響，局部的凈空、與其他結(jié)構(gòu)的距離等是否由影響。優(yōu)化的效果不僅僅是對(duì)于該部分構(gòu)件本身的結(jié)構(gòu)特性完成了修繕，同時(shí)也要考慮結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)的地方是否能夠滿足規(guī)范和原有設(shè)計(jì)理念的要求。