试论我国路桥结构优化设计

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1、试论我国路桥结构优化设计摘要：路桥是城市基础设施屮一个重要的组成部分。随着经济的繁荣发展，城市人口密集度急骤增加，交通压力日益增大，路桥在缓解交通压力中起到了重要的作用。作为一项重要的城市基础建设，路桥的结构设计直接决定了路桥的安全性、实用性和耐用性，本文通过对路桥结构设计的介绍，探讨一下我国路桥设计的问题及优化方案。关键词：路桥结构；优化设计；问题1•我国路桥结构设计的现状1.1路桥设计缺乏先进的理论基础和完善的结构休系在我国一些路桥设计人员在设计时对结构的整体性、安全性和耐久性考虑片面，部分路桥结

2、构整体性延性不足，计算图式和受力路线不明确，主耍会引起以下儿种情况：（1）局部受力过大，强度要求过低；（2）保护层厚度过小；（3）构件截面过薄和过大。这些现象都削弱了路桥结构的耐久性，会严重影响建筑的安全。此外,我国路桥设计师缺少动态思维方式，在针对不同的环境、不同的使用条件和不同的设计对象时，不能根据变化因素对结构体系做岀相应的应对措施。在新技术新材料新工艺快速发展的情况下，对结构设计也提出了新要求，这时候设计人员的创新意识和与时俱进的设计理念就尤为重要。在结构体系上，日前的路桥设计缺乏整体的设计规

3、划，过于偏重设计建成时期结构的工作和服务能力而対其他时期的性能变化没有更为全面的考虑。桥梁工程是一个由许多结构件组成的一个系统结构，设计人员要用动态思维去解决面临的发展技术问题耍尽可能的将未来所面临的问题也计算在内，保证路桥设计结构体系的完整。1.2设计结构的可靠性和耐久性问题桥梁结构的建筑过程包括：施工期、服役期和超龄期三个阶段。桥梁结构的可靠性的概念是：在规定的服役基准期内，在正常使用和维护的情况下，结合环境和结构抗力衰退等因素的影响，路桥结构在服役期过后的后续服役期内能完成预计功能的能力。我国路

4、桥结构设计可靠性的重视程度大于耐久性，重视强度极端状态而不重视使用极限状态，重视路桥结构的建造而忽视检测和维修，不少大桥坍塌都是由于构建疲劳损坏所引起，影响了桥梁的承载能力和性能。桥梁在建造和使用过程中，受到了外部和自身环境的影响导致结构各部分不同程度的损伤和劣化，有些桥梁仅用10年左右的时间就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为路桥结构最普遍的一个安全问题，设计时要从构造材料等角度采取措施加强结构耐久性。1.3路桥结构疲劳损伤情况路桥结构的疲劳损伤，是由于路桥所采用的材料不均匀和连续

5、，存在许多微小的缺陷，在反复荷载作用下，这吐微小缺陷会逐渐变化形成损伤,并渐渐在材料中形成大面积裂纹，裂纹得不到有效控制，极有可能会引起材料、结构因脆弱而断裂，造成严重后果。对疲劳损伤的研究不仅仅针对整个路桥结构，实际上路桥结构常常由于某些关键部位的局部疲劳而导致整个结构的失效。近几年，我国发生过几次大的路桥爭故，都是因为结构疲劳损伤的情况引起的。另外，超载也是导致路桥结构疲劳损伤的重要原因。1.路桥设计中应注意的问题及解决方法2.1设计地基高度的调整地基是建筑施工中最重要的工作之一，地基高度的不合理

6、，给路桥结构建设带来很多不安全因素。由于地基土层极易风化，如果解决的不合理,就会导致地基不够坚实，地基下沉甚至地基崩溃等后果。①用封闭的防水技术，可以增强路桥地基的稳固性能，标高地基长度，以此来保护路桥地基强度。②设计人员应把握好地基高度，在设计阶段，就应当考虑上部结构，基础和地基共同作用，必要时采取有效措施加强上部结构的强度，可以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。1.2混凝土裂缝的宽度调整加强混凝土裂缝的宽度可以使路桥的拉力承受更多的重量。混凝土在钢筋架设拱桥的时候发挥了重要作用，混凝土裂缝宽度

7、的设计，能使路桥本身的拉力加大，坚固了混凝体横截面。混凝土裂缝宽度的设计，采用了局部预防力的方法，使宽度适中，满足路桥建设施工的需要。裂缝宽度的设计需要调整钢筋的位置，钢筋位置影响着周围混凝土裂缝的宽度,对宽度的调整，可以使路桥拉力增强，承受更多的重量。1.路桥结构设计优化的理论分析在这里我们探讨的是基于可靠性的优化设计。这种优化模式是由Forsell最先提出来的，他把使总耗费（初始投资与期架损失值之和）最小化作为优化目标，主要研究了可靠性与优化之间的关系。他指出，用整个路桥结构失效概率作为功能约束的

8、优化过程应该产牛出更加平衡与合理的安全度相一致的设计。他还认为科学的优化设计应该考虑路桥结构在各种荷载作用下的性能。他认为，桥梁结构的服役期很长，如果不加维修,它的功能一定会越來越衰退，所以必然会及时采取相应的维修和加固的措施。所以不难理解，桥梁结构设计可靠度标准越高，建造路桥结构的原始成本就越少。所以会存在•个最优化设计可靠度，在这个标准下，路桥结构服役期的总耗费是最小的。基于可靠性的路桥结构优化设计，要重点研究以下问题：（1）符合路桥结构特点、实用的