论桥梁结构优化设计理念分析

    摘要：近几年，随着我国城市化进程的不断加快，我国公路建设事业蒸蒸向上，同时也
带动了我国桥梁技术的发展。然而，随之而来的各种桥梁工程质量问题也不断出现。本文介
绍了我国桥梁结构优化设计的发展及现状，分析了其发展缓慢的原因，并探讨了桥梁结构
的优化设计，以提高桥梁工程质量，巩固桥梁结构。

 

　　关键词：桥梁；结构；优化设计

 

　　

 桥梁和涵洞是交通线中的重要组成部分，是为了跨越江河、沟谷或其他线路等各种障

碍而修建的，是保证全线早日通车的关键所在。经济、安全、适用是桥梁结构设计的基本原则，
而我国传统的桥梁结构设计的主要方法是定植设计，这种方法既不能对桥梁结构中存在的
各种客观的、不确定的因素进行有效地处理与描述，也不能定量计算分析桥梁经济、安全、舒
适等各项指标。因而，为了对经济与安全、长远效益与近期投资之间的矛盾有很好地协调，
我们需要采用新的优化设计理念对桥梁结构进行分析，从而使桥梁结构设计方案能够真正
优化。本文结合笔者多年的工作经验介绍了我国桥梁结构优化设计的发展及现状，分析了其
发展缓慢的原因，并探讨了桥梁结构的优化设计，以提高桥梁工程质量，巩固桥梁结构。

 

　　桥梁结构优化设计理念的现在

 

　　

 随着建设实践，我国的桥梁结构优化设计理论及方法大约是 1960 年开始才大量出现

的，并于

1970 年以后才逐步发展起来。目前行业所应用的一些桥梁结构局部优化及整体优

化理论都是在给定安全系数容许应力法的基础上建立起来的，该法主要应用于钢桁架桥等
钢桥，较难适用于一些材料多种多样、结构较复杂的桥梁。随着我国桥梁结构设计理论的不
断发展，我国桥梁结构在设计理论与设计思想上都有了较大的进步，现如今我国的桥梁结
构设计理论已逐渐由以往的容许应力转变为基于可靠度理论的半概率设计、全概率设计及近
似概率设计等。一般情况下，我国桥梁结构优化设计都只进行局部优化，这主要是由于大多
数桥梁的结构都较为复杂，主要为超静定与高次超静定结构，且材料参数与几何尺寸等设
计变量较多，给桥梁结构进行整体优化带来一定困难所导致的。但是，在对桥梁进行评价时
却还是以桥梁整体效果为主。因此，局部优化对于桥梁整体改善效果比较难评定，而由进行
过独立优化的构件构成的桥梁结构体系却不一定是最好的。

 

　　

 随着桥梁结构优化设计理论特别是可靠度理论的不断发展，目前我国已有数百种优化

算法。优化算法是指以可靠度为约束条件，以整体结构功能或整体动力性能与整体经济指标
最优为目标的优化方法。所有优化算法可大致分为最优准则发、数学规划法和仿学生法三种。
最优准则发是指根据工程经验、数学规划、力学概念的最优性条件，先建立一种准则，再通
过相应的迭代方法来获得问题的最优解或近似优解。仿学生法具有适应性广、解题能力较强
等特点，主要有模拟退火法、遗传算法和神经网络等，近几年发展较快。数学规划法的理论
基础较严格，由于某些特性而较难适用于大型结构优化问题。

 

　　桥梁结构优化设计发展缓慢的原因

 

　　

 目前，在桥梁工程领域 都越来越重视桥梁结构优化设计，其技术也在不断地提高，但

是其应用的范围和程度还不是很理想，发展较缓慢。其原因主要有以下几点：

1）桥梁工程

设计取费标准不利于推动优化技术；

2）桥梁工程结构设计存在诸多不确定性。如结构材料

性能、截面几何参数等结构本身的不确定性，荷载和结构所处场地类型等结构外部环境，结
构整体分析中由于模型简化的误差而导致的不确定性等。因此，必须采用结构可靠度理论以