桥梁设计中构造优化设计初探

　摘要：基于可靠度的桥梁结构优化设计将桥梁结构作为一个整体研究，而且能够考虑和
处理桥梁结构设计中的随机不确定性因素，比传统的结构优化设计更为合理。本文阐述了基
于可靠度的桥梁结构优化设计基本思想以及发展方向。

 

　　关键词：可靠度

;桥梁结构;优化模型;设计研究方向；桩顶 ；分联墩盖梁  

　　引言

 

　　桥梁结构设计的基本原则是安全、适用和经济。传统的桥梁结构设计主要是采用定值设
计的方法，既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素，也不能定量地分
析计算安全、适用及经济的各项指标，更无法科学地协调它们之间的矛盾，使它们达到合理
的平衡。事实上，传统设计方法追求的是一个满足设计规范条件下的最低水平设计，因而提
出新思路、研究新方法是十分必要的。

 

　　

1、桥梁优化设计特点分析 

　　结构优化设计在桥梁工程领域日益受到重视，但其应用的范围和程度还很不理想。其原
因除了桥梁工程设计取费标准不利于推动优化技术之外，还可归结为桥梁工程结构优化问
题的如下特点：

 

　　

1.1 桥梁工程结构设计中的大量不确定性。如外部环境(荷载和结构所处场地类型等)的

不确定性、结构本身的不确定性

(结构材料性能、截面几何参数和计算模式的精度等不确定因

素导致的结构构件抗力的不确定性

)、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。为了充分考虑所涉及到的各种不确定性因素

(目前主要考虑随机性因素)，必须采用结

构可靠度理论。

 

　　

1.2 桥梁工程结构设计准则的多重性。包括承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设

计以及与其它特殊功能要求相联系的极限状态。

 

　　

1.3 结构优化目标的多样性。对桥梁工程来说，人们既要求在目标方面考虑结构造价，

还要考虑不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内
的经济指标，还可以以某些特定结构功能为目标。另外，目标函数的性质也很复杂，既有设
计变量的显式函数

(结构的重量或造价)，又有设计变量的非线性、高度隐式函数(结构的失效

损失期望

);而且由结构造价和结构损失期望的加权和所构成的统一目标函数不具有对设计

变量的单调性。

 

　　

2、桥梁设计中混凝土结构耐久性设计内容 2.1 桥梁上部结构细部设计  ①桥面铺装。桥

面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着
汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期
损坏，进而破坏桥面防水系统，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐
与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。②桥面防水层。
桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用
防水混凝土进行防水。

  由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。

③主梁。主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视
程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁（主要是箱梁）
箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了