桥梁设计方案比选常用方法评析

摘 要：论述了桥梁设计方案的重要性，通过文献研究总结出空间有限元分析法、多指标综合比选法、优缺点对比分析法、单指标比选法和智能化比选方法等五种常用的方案比选方法，并对这些方法的优缺点进行评析，以期为公路线路设计方案比选提供参考和借鉴作用。

关键词：桥梁 设计方案 方案比选 常用方法

中图分类号：U2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0052-02

基础设施是国民经济命脉，是投资拉动经济的重要领域，同时更是关乎着国民经济和社会长远发展的重要领域。近年来，关于桥梁坍塌等质量事故不断刺激着公众的神经，这些事故导致重大的人身伤亡和巨大的财产损失。2012年8月24日5时32分许，4台超载货车同时驶入哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上行匝道时，导致匝道倾覆，4台货车翻落至地面，造成3人死亡、5人受伤的特大道路交通事故[1]，据悉，该桥从建成通车到发生事故，使用时间不到一年。另据新浪网整理的相关资料显示，2007年至2012年的5年间，全国范围内公开可查询的桥梁垮塌事故共有15起。事故共造成141人死亡，111人受伤，18人失踪。发生事故的15座桥梁中，仅有3座至事发时使用时间超过15年。在这些事故中，最为惨重的当属湖南凤凰沱江大桥垮塌事故，共造成64人遇难22人受伤[2]。同时，交通部原总工程师凤懋润在接受记者专访时指出，目前我国50万座桥存在养护问题，桥梁安全面临“体制先天不足，机体后天失养、生存环境恶劣”等三个“杀手”[3]。一方面是桥梁事故频发。另一方面是一些设计优秀、施工质量优良的桥梁从未出现事故，比如武汉长江大桥、南京长江大桥等桥梁，由此可见，桥梁设计直接关乎后期施工质量和运营效果。桥梁建设，设计先行。桥梁设计方案优选是关乎桥梁质量、投资效益及其长效运营的关键所在。因此，有必要对桥梁设计方案进行比选，而比选方法则是学术界研究的重点内容之一，也是业界十分关心的重大问题。文章对桥梁设计方案比选常用方法进行总结评析，以期能够为桥梁设计方案比选工作提供参考和借鉴。

1 桥梁设计方案比选的常用方法

桥梁设计方案比选，往往因为比选的范围和对象的不同而有所不同。从比选范围上看，有的是对整座桥梁设计方案从技术和经济角度进行比选，有的则是对桥梁的局部进行方案比选；从比选对象上看，有的是针对公路桥设计方案进行比选，有的是对铁路桥设计方案进行比选，有的则是对公铁两用桥进行比选。从结构类型来看，有的是对简支双线钢桁梁桥设计方案进行比选，有的是对悬索桥设计方案进行比选，有的是对斜拉桥进行方案比选等。本文对相关比选方法进行介绍，以期能够比较全面的涵盖桥梁设计方案比选的各个方面和角度。综合相关研究来看，目前桥梁设计方案比选的常用方法有以下这些。

（1）空间有限元分析法。

王胜斌（2012）[4]在研究淮河公路桥初步设计阶段方案比选问题时，采用空间有限元分析法，对跨径组合为（80+200+80）m的自锚式悬索桥方案和跨径组合为（92+176 +92）m的斜拉桥结构方案进行计算分析，从桥梁结构动力特性和桥梁地震响应分析两个方面对方案进行比选。

（2）多指标综合法。

李景成（2012）[5]研究了基于多目标的乌江特大桥方案比选问题，对斜拉桥方案和拱桥方案进行了比选分析。首先计算了两种方案从技术和安全方面的可靠性，优化确定方案合理尺寸。然后从规模与经济、施工难易、寿命周期动态可靠性、养护维修、风险评估、环境保护、美观等多个目标对方案进行综合比选。

赵昱鹃（2009）[6]对山区高速公路桥梁设计方案比选问题进行了研究，指出山区高速公路桥型的选择要注意合理选择上部结构形式，以适应当地的恶劣环境和交通运输条件的限制。同时还要注意选用结构受力明确、造型简捷、技术先进、可靠，工程方案经济、合理，施工方便，质量易于控制的桥型，而且还要充分考虑结构的耐久性和运营期间的养护费用。作者对阳泉—盂县高速公路的一座典型的山区桥梁——温河3号大桥的两种桥型设计方案进行了对比分析。方案一结构形式为：上部：50 m+80 m+50 m连续刚构，下部：桥台采用柱式桥台，桥墩采用双薄壁墩，钻孔灌注桩基础。方案二结构形式为：上部：40 m+50 m+50 m+40 m装配式预应力混凝土先简支后连续T梁，下部：桥台采用柱式桥台；桥墩采用空心墩，基础采用灌注桩基础。作者从受力性能、美观性和经济性三个方面对两个方案进行了比选，经济性主要衡量指标为平均每延米造价，通过综合比选，最终推荐方案一为中选方案。

（3）优缺点对比分析法。

吴培峰（2006）[7]在对某长江通道桥进行概念设计时，提出全寿命周期设计理念，并对最常用的斜拉桥方案和悬索桥方案两种方案进行了优缺点对比分析，其比较指标和结论见表1所示。

（4）单指标比选法。

马战国（2005）[8]在对泰和赣江特大桥无缝线路设计方案进行比选时，分别分析计算了三种设计方案的桥上无缝线路纵向力，根据纵向力计算结果选定了其中一种方案。这种比选方法是根据某个关键指标对设计方案进行选择，是一种单因素比选法。

（5）智能化比选方法。

乔建东（1999）[9]对铁路桥式方案比选CAD系统中的自动化生成方法进行了研究，介绍了该系统在桥梁水文、桥渡、桥式方案、上下部结构类型选择及尺寸拟定、方案评估等不同设计阶段的计算机自动化生成功能。该系统包含桥渡设计、生成方案、主跨尺寸、结构分析、方案比选和图文输出等功能模块，利用该系统可全自动地设计出可行、经济、结构较为合理的桥式方案及其一套完整的设计图表。

2 桥梁设计方案比选方法的评析

上述5种方法是桥梁设计方案比选中的常用方法，不同的方法各有其优缺点，现在对这些常用方法的优缺点进行评析，以期能使之在实践中得到更好的应用。这5种方法的优缺点见表2所示。

3 研究结论

桥梁设计方案比选问题是桥梁设计方案确定的关键环节，因此，研究方案比选方法具有十分重要的现实意义。文章通过文献研究，总结出5种常用的比选方法：空间有限元分析法、多指标综合比选法、优缺点对比分析法、单指标比选法和智能化比选方法。并且对这5种方法的优缺点进行对比分析，以期为桥梁设计方案比选提供参考。

参考文献

[1]中国广播网.哈尔滨市通报调查结果 “8.24事故”定性为严重超载[EB/OL]. http：//native.cnr.cn/news/201209/t20120919_510947790.html.

[2]新浪网新闻中心.垮塌大桥都没“病”？[EB/OL]. http：//news.sina.com.cn/o/2012-08-27/023925040224.shtml.

[3]江日报.交通部：全国50万座桥面临养护难题（图）[EB/OL].http：//www.rbtmm.com/Html/News/2012/1126/2012112610340031615.html.

[4]王胜斌.淮河公路桥初步设计阶段方案比选研究[J].桥隧工程，2012（1）：154-156.

[5]李景成，刘新华，彭元诚.基于多目标的乌江特大桥方案比选[J].桥梁建设，2012，42（5）：69-73.

[6]赵昱鹃.山区高速公路桥梁设计方案比选[J].山西建筑，2009，6（16）：295-296.

[7]吴培峰，陈艾荣.基于全寿命设计理念的某长江通道桥概念设计[J].桥梁建设，2007，6（4）：42-45.

[8]马战国，黄波.泰和赣江特大桥无缝线路设计方案比选[J].铁道建筑，2005（12）：66-69.

[9]乔建东，盛兴旺，胡狄，等.铁路桥式方案比选CAD系统中的自动化生成方法研究[J].铁道学报，1999，21（1）：77-80.