橋梁設(shè)計方案比選常用方法評析

摘 要：論述了橋梁設(shè)計方案的重要性，通過文獻研究總結(jié)出空間有限元分析法、多指標(biāo)綜合比選法、優(yōu)缺點對比分析法、單指標(biāo)比選法和智能化比選方法等五種常用的方案比選方法，并對這些方法的優(yōu)缺點進行評析，以期為公路線路設(shè)計方案比選提供參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：橋梁 設(shè)計方案 方案比選 常用方法

中圖分類號：U2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0052-02

基礎(chǔ)設(shè)施是國民經(jīng)濟命脈，是投資拉動經(jīng)濟的重要領(lǐng)域，同時更是關(guān)乎著國民經(jīng)濟和社會長遠發(fā)展的重要領(lǐng)域。近年來，關(guān)于橋梁坍塌等質(zhì)量事故不斷刺激著公眾的神經(jīng)，這些事故導(dǎo)致重大的人身傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。2012年8月24日5時32分許，4臺超載貨車同時駛?cè)牍枮I市三環(huán)路群力高架橋洪湖路上行匝道時，導(dǎo)致匝道傾覆，4臺貨車翻落至地面，造成3人死亡、5人受傷的特大道路交通事故[1]，據(jù)悉，該橋從建成通車到發(fā)生事故，使用時間不到一年。另據(jù)新浪網(wǎng)整理的相關(guān)資料顯示，2007年至2012年的5年間，全國范圍內(nèi)公開可查詢的橋梁垮塌事故共有15起。事故共造成141人死亡，111人受傷，18人失蹤。發(fā)生事故的15座橋梁中，僅有3座至事發(fā)時使用時間超過15年。在這些事故中，最為慘重的當(dāng)屬湖南鳳凰沱江大橋垮塌事故，共造成64人遇難22人受傷[2]。同時，交通部原總工程師鳳懋潤在接受記者專訪時指出，目前我國50萬座橋存在養(yǎng)護問題，橋梁安全面臨“體制先天不足，機體后天失養(yǎng)、生存環(huán)境惡劣”等三個“殺手”[3]。一方面是橋梁事故頻發(fā)。另一方面是一些設(shè)計優(yōu)秀、施工質(zhì)量優(yōu)良的橋梁從未出現(xiàn)事故，比如武漢長江大橋、南京長江大橋等橋梁，由此可見，橋梁設(shè)計直接關(guān)乎后期施工質(zhì)量和運營效果。橋梁建設(shè)，設(shè)計先行。橋梁設(shè)計方案優(yōu)選是關(guān)乎橋梁質(zhì)量、投資效益及其長效運營的關(guān)鍵所在。因此，有必要對橋梁設(shè)計方案進行比選，而比選方法則是學(xué)術(shù)界研究的重點內(nèi)容之一，也是業(yè)界十分關(guān)心的重大問題。文章對橋梁設(shè)計方案比選常用方法進行總結(jié)評析，以期能夠為橋梁設(shè)計方案比選工作提供參考和借鑒。

1 橋梁設(shè)計方案比選的常用方法

橋梁設(shè)計方案比選，往往因為比選的范圍和對象的不同而有所不同。從比選范圍上看，有的是對整座橋梁設(shè)計方案從技術(shù)和經(jīng)濟角度進行比選，有的則是對橋梁的局部進行方案比選；從比選對象上看，有的是針對公路橋設(shè)計方案進行比選，有的是對鐵路橋設(shè)計方案進行比選，有的則是對公鐵兩用橋進行比選。從結(jié)構(gòu)類型來看，有的是對簡支雙線鋼桁梁橋設(shè)計方案進行比選，有的是對懸索橋設(shè)計方案進行比選，有的是對斜拉橋進行方案比選等。本文對相關(guān)比選方法進行介紹，以期能夠比較全面的涵蓋橋梁設(shè)計方案比選的各個方面和角度。綜合相關(guān)研究來看，目前橋梁設(shè)計方案比選的常用方法有以下這些。

（1）空間有限元分析法。

王勝斌（2012）[4]在研究淮河公路橋初步設(shè)計階段方案比選問題時，采用空間有限元分析法，對跨徑組合為（80+200+80）m的自錨式懸索橋方案和跨徑組合為（92+176 +92）m的斜拉橋結(jié)構(gòu)方案進行計算分析，從橋梁結(jié)構(gòu)動力特性和橋梁地震響應(yīng)分析兩個方面對方案進行比選。

（2）多指標(biāo)綜合法。

李景成（2012）[5]研究了基于多目標(biāo)的烏江特大橋方案比選問題，對斜拉橋方案和拱橋方案進行了比選分析。首先計算了兩種方案從技術(shù)和安全方面的可靠性，優(yōu)化確定方案合理尺寸。然后從規(guī)模與經(jīng)濟、施工難易、壽命周期動態(tài)可靠性、養(yǎng)護維修、風(fēng)險評估、環(huán)境保護、美觀等多個目標(biāo)對方案進行綜合比選。

趙昱鵑（2009）[6]對山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計方案比選問題進行了研究，指出山區(qū)高速公路橋型的選擇要注意合理選擇上部結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膼毫迎h(huán)境和交通運輸條件的限制。同時還要注意選用結(jié)構(gòu)受力明確、造型簡捷、技術(shù)先進、可靠，工程方案經(jīng)濟、合理，施工方便，質(zhì)量易于控制的橋型，而且還要充分考慮結(jié)構(gòu)的耐久性和運營期間的養(yǎng)護費用。作者對陽泉—盂縣高速公路的一座典型的山區(qū)橋梁——溫河3號大橋的兩種橋型設(shè)計方案進行了對比分析。方案一結(jié)構(gòu)形式為：上部：50 m+80 m+50 m連續(xù)剛構(gòu)，下部：橋臺采用柱式橋臺，橋墩采用雙薄壁墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。方案二結(jié)構(gòu)形式為：上部：40 m+50 m+50 m+40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁，下部：橋臺采用柱式橋臺；橋墩采用空心墩，基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)。作者從受力性能、美觀性和經(jīng)濟性三個方面對兩個方案進行了比選，經(jīng)濟性主要衡量指標(biāo)為平均每延米造價，通過綜合比選，最終推薦方案一為中選方案。

（3）優(yōu)缺點對比分析法。

吳培峰（2006）[7]在對某長江通道橋進行概念設(shè)計時，提出全壽命周期設(shè)計理念，并對最常用的斜拉橋方案和懸索橋方案兩種方案進行了優(yōu)缺點對比分析，其比較指標(biāo)和結(jié)論見表1所示。

（4）單指標(biāo)比選法。

馬戰(zhàn)國（2005）[8]在對泰和贛江特大橋無縫線路設(shè)計方案進行比選時，分別分析計算了三種設(shè)計方案的橋上無縫線路縱向力，根據(jù)縱向力計算結(jié)果選定了其中一種方案。這種比選方法是根據(jù)某個關(guān)鍵指標(biāo)對設(shè)計方案進行選擇，是一種單因素比選法。

（5）智能化比選方法。

喬建東（1999）[9]對鐵路橋式方案比選CAD系統(tǒng)中的自動化生成方法進行了研究，介紹了該系統(tǒng)在橋梁水文、橋渡、橋式方案、上下部結(jié)構(gòu)類型選擇及尺寸擬定、方案評估等不同設(shè)計階段的計算機自動化生成功能。該系統(tǒng)包含橋渡設(shè)計、生成方案、主跨尺寸、結(jié)構(gòu)分析、方案比選和圖文輸出等功能模塊，利用該系統(tǒng)可全自動地設(shè)計出可行、經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)較為合理的橋式方案及其一套完整的設(shè)計圖表。

2 橋梁設(shè)計方案比選方法的評析

上述5種方法是橋梁設(shè)計方案比選中的常用方法，不同的方法各有其優(yōu)缺點，現(xiàn)在對這些常用方法的優(yōu)缺點進行評析，以期能使之在實踐中得到更好的應(yīng)用。這5種方法的優(yōu)缺點見表2所示。

3 研究結(jié)論

橋梁設(shè)計方案比選問題是橋梁設(shè)計方案確定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，研究方案比選方法具有十分重要的現(xiàn)實意義。文章通過文獻研究，總結(jié)出5種常用的比選方法：空間有限元分析法、多指標(biāo)綜合比選法、優(yōu)缺點對比分析法、單指標(biāo)比選法和智能化比選方法。并且對這5種方法的優(yōu)缺點進行對比分析，以期為橋梁設(shè)計方案比選提供參考。

參考文獻

[1]中國廣播網(wǎng).哈爾濱市通報調(diào)查結(jié)果 “8.24事故”定性為嚴(yán)重超載[EB/OL]. http：//native.cnr.cn/news/201209/t20120919_510947790.html.

[2]新浪網(wǎng)新聞中心.垮塌大橋都沒“病”？[EB/OL]. http：//news.sina.com.cn/o/2012-08-27/023925040224.shtml.

[3]江日報.交通部：全國50萬座橋面臨養(yǎng)護難題（圖）[EB/OL].http：//www.rbtmm.com/Html/News/2012/1126/2012112610340031615.html.

[4]王勝斌.淮河公路橋初步設(shè)計階段方案比選研究[J].橋隧工程，2012（1）：154-156.

[5]李景成，劉新華，彭元誠.基于多目標(biāo)的烏江特大橋方案比選[J].橋梁建設(shè)，2012，42（5）：69-73.

[6]趙昱鵑.山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計方案比選[J].山西建筑，2009，6（16）：295-296.

[7]吳培峰，陳艾榮.基于全壽命設(shè)計理念的某長江通道橋概念設(shè)計[J].橋梁建設(shè)，2007，6（4）：42-45.

[8]馬戰(zhàn)國，黃波.泰和贛江特大橋無縫線路設(shè)計方案比選[J].鐵道建筑，2005（12）：66-69.

[9]喬建東，盛興旺，胡狄，等.鐵路橋式方案比選CAD系統(tǒng)中的自動化生成方法研究[J].鐵道學(xué)報，1999，21（1）：77-80.