深入闡述公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法

馬國亮 楊發(fā)順 許誠

摘要：文章以公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法作為研究對象，在分析公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，問題包含結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不確定性、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的多重性、變量的離散性以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)的多樣性等多方面，同時(shí)，在分析分析現(xiàn)狀的過程中，指出公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，且對橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向進(jìn)行展望，目的在于提高公路橋梁的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法

公路橋梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)最為主要的目的，是采用更加經(jīng)濟(jì)的方法合理確定工程的結(jié)構(gòu)形式，從而使得其功能性滿足要求，使得公路工程的承載性能滿足交通運(yùn)行的需要。在公路橋梁工程的施工與應(yīng)用中，會受到外來因素的影響，且隨著使用年限的增加，公路橋梁也會出現(xiàn)一定程度的損壞。

1.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化要求

選擇最為合理的公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，應(yīng)該從以下的原則入手進(jìn)行：

（1）如果設(shè)計(jì)中傳遞路線較為直接，結(jié)構(gòu)重量適當(dāng)?shù)臏p小。（2）選擇合適的剛度與截面的形式，保證位移與內(nèi)力之間合理的布置。（3）選擇合適的材料組合方式，以體現(xiàn)出材料的性能，可以更好的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重量。（4）根據(jù)設(shè)計(jì)方案的具體要求，合理的確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化現(xiàn)狀

雖然當(dāng)前很多的技術(shù)人員都比較重視公路橋梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是其應(yīng)用范圍還比較小，深入分析，其原因主要有以下方面。

2.1公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的不確定性

目前我國公路橋梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)還存在非常大的不確定性，造成這種現(xiàn)象的存在主要有以下的幾個(gè)原因：結(jié)構(gòu)自身不確定、外部影響環(huán)境的不確定以及整體結(jié)構(gòu)的分析中誤差所造成的不確定性。

2.2設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的多重性

這種方面的因素對于整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化存在更加直接的影響。從有關(guān)的調(diào)查和研究分析之后可以發(fā)現(xiàn)，路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的多重性主要為如下幾點(diǎn)：正常應(yīng)用狀態(tài)之下的極限狀態(tài)、公路橋梁的承載極限設(shè)計(jì)以及其他的功能的應(yīng)用極限狀態(tài)。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量的離散性

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，由于很多外部因素的影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量具備離散性，并且在外部約束力的作用之下，其橋梁設(shè)計(jì)變量會受到施工環(huán)境的影響，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量難以滿足要求。

2.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)的多樣性

從公路橋梁的整體性分析來看，施工人員應(yīng)該綜合考慮到整體結(jié)構(gòu)的造價(jià)，同時(shí)要根據(jù)不同的功能的失效損失，以及失效效率方面進(jìn)行分析，以確定其可能存在的維修成本以及損失期望等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

2.5約束條件的復(fù)雜性與龐大性

為了確定所選擇使用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與目前的公路橋梁的設(shè)計(jì)方案保持一致性，在設(shè)計(jì)中，必須要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的要求進(jìn)行。設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從工程的實(shí)際情況出發(fā)，對公路橋梁工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合適的優(yōu)化模型，逐步進(jìn)行模型的優(yōu)化，逐漸縮小其與工程的實(shí)際差距，進(jìn)而有效將其應(yīng)用到公路橋梁的設(shè)計(jì)方案中。

3.公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法研究

3.1公路橋梁的可靠度優(yōu)化

公路橋梁伴隨著運(yùn)營的逐漸深入，如果不及時(shí)進(jìn)行有效的維修和養(yǎng)護(hù)處理，則會導(dǎo)致其性能無法滿足使用的需要，因此，要結(jié)合工程的實(shí)際情況，選擇合適的維修方式，制定出科學(xué)合理的維護(hù)方案。

3.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)

從當(dāng)前的公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型中，可以對其可靠度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定合理的施工方案。公路橋梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該從以下的兩個(gè)方面來進(jìn)行。

3.2.1結(jié)構(gòu)可靠度分配的最優(yōu)化。在不考慮到其他的外部影響因素之下，需要深入的分析公路橋梁的可靠度優(yōu)化的分配方法，應(yīng)該從下述計(jì)算時(shí)來進(jìn)行確定：求解

Pa1，i=1，2，3，·····，KW=C+L （1）

在上式中，W即為目標(biāo)函數(shù)，C為成本參數(shù)，L損失期望值，K為結(jié)構(gòu)部件的數(shù)量。在對該工程實(shí)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)的過程中，要結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)形式確定不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在上述計(jì)算式中，工程的造價(jià)與損失期望值的表現(xiàn)形式存在明顯的差異，所以需要選擇更好的表現(xiàn)形式。

3.2.2公路橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方向。在進(jìn)行公路橋梁可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，需要從工程的實(shí)際情況出發(fā)，但是此時(shí)應(yīng)該考慮到如下的幾個(gè)問題：

（1）充分考慮到公路橋梁的結(jié)構(gòu)特性，選擇最為合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。（2）深入研究公路橋梁設(shè)計(jì)方案中，所存在的各個(gè)部件之間的關(guān)系。根據(jù)各部關(guān)系優(yōu)化設(shè)計(jì)。（3）深入研究結(jié)構(gòu)部分的失效形式，以及失效的時(shí)間，并且明確二者之間的關(guān)系。在確認(rèn)可靠性的過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是非常重要的組成部分。（4）深入研究橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制作用所造成的失效形式，保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案更加的合理。（5）研究分析公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與可靠度存在的直接聯(lián)系，還應(yīng)該掌握其結(jié)構(gòu)失效損失值的影響。

3.3選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法

公路橋梁在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，考慮復(fù)雜的多約束、多變量的非線性優(yōu)化問題，同時(shí)在確定橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案中，通常需要將所存在的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成為無約束優(yōu)化問題，然后才能進(jìn)行方案的求解。

3.4開展程序設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

從可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型與計(jì)算方法優(yōu)化中，根據(jù)工程的實(shí)際情況編制運(yùn)算速度比較快、功能性較強(qiáng)的綜合程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終對所獲得的結(jié)構(gòu)采取有效的措施進(jìn)行分析，然后才能確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

4.橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向

4.1橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性

當(dāng)前的公路橋梁設(shè)計(jì)人員從多個(gè)角度出發(fā)，深入分析橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性，取得了比較高的成就，此外，還研究出了更加可靠的界定方法，從這個(gè)角度出發(fā)，橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性相對來說較為復(fù)雜，并且包含了很多的專業(yè)技術(shù)知識，研究起來難度比較高，技術(shù)人員還應(yīng)該進(jìn)行深層次的探索和分析，以確定最為合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

4.2人為差錯(cuò)

橋梁工程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的這些問題，很多情況下都是因?yàn)槿藛T的素質(zhì)或者專業(yè)技術(shù)水平較低所導(dǎo)致的，從而誘發(fā)了一系列的工程事故的發(fā)生，因此，在實(shí)踐中需要消除人為影響因素，這是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作。

4.3在役結(jié)構(gòu)的評估問題

在役結(jié)構(gòu)可靠性評估的影響范圍非常廣，其中包含了地質(zhì)學(xué)、斷裂學(xué)以及力學(xué)等等方面，在這些理論知識的基礎(chǔ)上，將所有的問題進(jìn)行優(yōu)化，還要確定更加合理的施工工藝技術(shù)方法，確定有效的檢驗(yàn)方法，還要做好后期維護(hù)管理工作。

5.結(jié)束語

綜上所述，目前我國的公路橋梁設(shè)計(jì)中還存在很多的現(xiàn)實(shí)問題沒有解決，其嚴(yán)重影響了橋梁運(yùn)行的安全性，甚至?xí){人們的生命安全，所以要采取措施來進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，需要加強(qiáng)研發(fā)，積極的總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)公路橋梁事業(yè)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]樊海琳.結(jié)構(gòu)可靠度下的公路橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].工程技術(shù)研究，2017（09）：220-221.

[2]高向前，宋健民，史麗敏.預(yù)應(yīng)力技術(shù)在公路橋梁施工中的計(jì)算應(yīng)用探討[J].公路工程，2017，42（04）：194-197+218.