浅析现代桥梁设计理念与技术创新

缪望

摘要：近年来桥梁建设向大跨径、深水域、近海和崇山峻岭发展，对其美观度和质量的要求越来越严格，桥梁设计面临着巨大的技术挑战。文章总结了大跨径桥梁的技术创新，提出了桥梁设计的关键技术问题，分析了桥梁防灾减灾技术的热点问题，探讨了桥梁结构健康监测及养护的策略，并将国内外的技术理念进行了对比。

关键词：现代桥梁设计；设计理念；技术创新；桥梁建设；大跨径桥梁 文献标识码：A

中图分类号：TU997 文章编号：1009-2374（2015）12-0038-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.019

20世纪中叶以后，脱离了前苏联的帮助，我国绝大部分的桥梁都是自主设计建造的。进入21世纪之后，随着桥梁技术的不断进步，我国的桥梁建设水平有了质的飞跃，一些大型桥梁陆续建成并投入使用，给交通运输带来了极大的便捷。尽管如此，在现代桥梁的设计上，造型美观独特与质量过硬二者往往难以兼顾。如何平衡这两点，是桥梁设计师们需要重点探索的方向。在设计中更加注重桥梁的维护以及使用极限，兼顾强度与耐久性，从而提高桥梁被使用时整个生命周期的性能表现。

1 我国桥梁设计现状

我国目前的桥梁建造以悬索桥、斜拉桥以及拱桥为主。拱桥作为我国独特的传统代表性桥梁，已有上百年的历史，其设计充满艺术性，在园林造景中显现得尤为突出。现代大型桥梁以悬索桥和斜拉桥为代表，20世纪80年代末，我国突破性地建成了南浦大桥，这标志着我国在现代桥梁的建造已达到世界级水平，也奠定了我国桥梁建设飞跃发展的基石。1999年江阴长江大桥建成并投入使用，这是我国第一、世界第四大桥，作为我国第一座超1000米的悬索桥，它标志着我国在桥梁建造水平上至了世界第六；2009年重庆朝天门大桥建成通车，成为“世界第一大拱桥”，主跨长达552米；2008年建成启用的杭州湾大桥，成为我国最长、世界第三长的跨海大桥，这些足以说明我国的桥梁建设水平已然达到了一定的高度。随着国力的增强，我国桥梁建筑频率以及桥梁规模都已达到国际顶尖水平，预示着我国正处于桥梁建设蒸蒸日上的高潮阶段。然而建设速度的加快也带来了一系列的问题，比如为了赶进度和赶工期或者为了追求国内第一甚至世界第一，在设计时考虑不周全，设计极限化而没有特色，由于设计周期短而仓促粗放地进行设计，致使有创意、有特点的设计少。总体而言，我国现阶段桥梁设计理论以及结构构造体系依然有待完善，另外在施工方面以及使用期限的安全性上都有值得改进的地方。

2 桥梁设计的注意事项

桥梁设计最主要的是结构设计，而结构设计的关键就在于结构分析的到位与否以及结构方案制定得是否合理，其次是构件与连接的设计，为保证安全性，所有设计都必须采用规范要求的安全系数和可靠指标。在现代桥梁的设计中，不少设计者并没有为了增强结构的安全性，而从设计到施工再到使用整个过程上进行全面综合的考虑。

2.1 重视结构耐久性

我国大约从20年前开始重视桥梁结构的耐久性，当时仅仅局限于从材料的角度，利用模拟实验、统计分析进行研究，虽然也取得了不少的成果，但要想与时俱进，在技术上实现飞跃，必须适当地改变思路，从结构与设计上来分析改善桥梁的耐久性。同时要考虑到施工人员的接受度、操作方式和实际完成情况，重视细节处理。在研究结构计算方法时不仅要考虑桥梁总体构造，还要将自然灾害、交通事故等偶然因素包括在内。

2.2 对疲劳损伤的进一步研究

桥梁在投入使用后，由于几乎每时每刻都在承受车辆以及风带来的荷载，而这些荷载都属于动荷载，这会使桥梁结构内部的应力不断变换，一般桥梁在建造过程中采用的都是混合材料，其或多或少都会存在一些微小的缝隙，而这些缝隙长期受到变化应力的作用，极有可能逐渐发展、合并，最终形成桥梁表面的宏观裂纹，影响桥梁结构的稳定性，例如在桥梁工程中被广泛使用的钢筋砼，由于其抗拉性能差，往往会出现裂缝，这就是累积造成的桥梁结构疲劳损伤，若不及时有效地采取措施处理和控制，将会造成桥梁结构脆性断裂等灾难性的后果。疲劳损伤在早期是很难被检测和发觉的，所以必须重视这项研究，防范于未然。

2.3 桥梁的超载问题

目前国内超载现象屡禁不止，车辆超载对桥梁造成的损害不容忽视。由于超载，作用于桥体结构的荷载应力增大，加剧了疲劳损伤，严重的甚至造成桥梁表面结构被破坏；另外，作为桥梁安全性与耐久性的重要威胁，超载会对桥体内部造成不可逆转的损伤，从而改变了桥梁正常负载下的工作状态，严重影响桥体结构的

寿命。

2.4 借鉴国外的经验与成果

纵观国内现状，由于施工质量与管理水平不够高，造成桥梁使用寿命较短，维护费用昂贵，安全事故频发。就目前来看，这些现象是有其存在的必然性的，设计人员必须正视这一点。在基础设施条件上，我们与国外是有差别的，在设计时要采用符合国情的安全度与设计方法来调节匹配施工管理与材料工艺，主动且有效地保证桥梁的使用性能。同时，对欧美国家先进的经验和技术成果可以适当地拿来借鉴。特别是在结构体系的选材以及细节处理上，这点在国外做得比较到位，比如欧洲国家在建筑设计上十分重视结构物的性能设计，设计内容会考虑到结构的裂缝和形变、受振动的情况以及美观性、疲劳度等，力求制造出来的成品具有美观、强健、耐腐蚀、抗疲劳等优良的性能。我国应学习并吸取这套结构物性能设计理论，从本质上对建筑结构使用过程中体现出的服务性能进行研究，分析其发生的规律与机理以及该性能受到弱化的原因，从而掌握并进一步开发出适合我国国情的新的结构设计方法与理念。

2.5 仿生材料与新功能桥梁的探索

当今的桥梁建造技术主要得益于钢筋混凝土材料的发现和使用，而这亦是源于人类对大自然天然材料库的加工重塑。当初园丁通过对植物根部的探索与观察，受到启发，从而发明了钢筋混凝土材料，对建筑行业带来了极大的推动，在桥梁设计领域更是带来了革命性的转变。材料作为桥梁结构发展不可或缺的因素，需要与时俱进地开发与创新。如今倡导可持续发展，在建造桥梁方面，设计人员应当探寻如何运用现有建筑材料使其发挥最大特性的方法。随着科学的发展，仿生材料作为新生的物资，极有可能对桥梁工程改革发展的未来再一次掀起浪潮，它将完美地对传统钢筋混凝土材料进行改良，若设计精妙，甚至可以取而代之。

工程师在设计时应该适当融入些大自然的规律，在提升桥梁使用性能的同时丰富桥体结构。比如利用研究自然界水消融和腐蚀的原理来设计研发桥梁防水材料与涂装层材料；新型蓄光型自发光材料凭借其优良的“自给自足”特性已广泛用于公路标志，设计师可尝试将其运用于桥梁涂装上，结合各种染色料，使桥梁结构白天充满丰富的色彩感，到了夜间可自发光照明，从而取代原始的电力照明，大大降低了能耗，实现了桥梁的可持续发展。

3 结语

近年来，我国在桥梁建设方面取得了显著的成就，但随着我国经济的迅速发展以及桥梁使用时间的延长，诸多桥梁问题日益暴露出来。这些问题给我国的桥梁建设敲响了警钟，桥梁设计师必须意识到改革桥梁设计理念与创新技术研究的重要性，设计建造出更实用同时又颇具特色的桥梁，借鉴和引用国外一些先进的技术理念进行设计和管理，最终实现桥梁建设的安全、耐久和可持续发展，将我国桥梁设计建造水平推向新的高度。

参考文献

[1] 郭刚.现代桥梁设计理念与技术创新探析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（17）.

[2] 赵立飞，乔云飞.现代桥梁设计理念及其技术创新探究[J].建筑工程技术与设计，2014，（12）.

（责任编辑：秦逊玉）