橋梁設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和美觀。安全性和實(shí)用性是優(yōu)先級(jí)目標(biāo)。
橋梁結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在以下幾方面:一是應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和疲勞承載力;二是注意抑制基礎(chǔ)沖刷和防止橋墩受撞擊;三是要求結(jié)構(gòu)具有足夠的延性和冗余度,以抵抗極端事件(地震、船撞、火災(zāi)等)情況下的倒塌破壞。橋梁結(jié)構(gòu)的安全性要運(yùn)用力學(xué)原理,并依據(jù)規(guī)范中的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)算。
橋梁的實(shí)用性包括:使用性、適用性、耐久性和可維護(hù)性等方面。使用性一般來自于業(yè)主的要求,包括車道數(shù)、車道寬度、荷載等級(jí)、坡度、跨度等;適用性包括對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、行車平穩(wěn)性、視野、橋面抗滑、排水等方面的要求;耐久性和可維護(hù)性著眼于運(yùn)營(yíng)期的混凝土劣化、鋼筋銹蝕、裂縫寬度、長(zhǎng)期變形、橋面鋪裝的耐磨,以及運(yùn)營(yíng)管理中的種種技術(shù)對(duì)策。
橋梁設(shè)計(jì)的另外兩個(gè)目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)性和美觀性,指橋梁建設(shè)及維護(hù)成本,以及在生態(tài)、美觀和人文等方面的要求。這些要求很難通過規(guī)范或規(guī)程加以具體規(guī)定,但需要將有關(guān)環(huán)境保護(hù)法規(guī)、技術(shù)政策、美學(xué)效果和工程經(jīng)驗(yàn)納入設(shè)計(jì)之中;此外,業(yè)主最為關(guān)注的是在預(yù)算和計(jì)劃工期內(nèi)完成橋梁建設(shè),并盡量減少使用期內(nèi)的維護(hù)成本。
安全性和適用性(作為實(shí)用性要求中的一部分)的定量表達(dá),經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期。最初(19世紀(jì)50年代之前)的橋梁設(shè)計(jì)多依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺,隨著力學(xué)理論和試驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和可靠度理論相結(jié)合而成為工程結(jié)構(gòu)規(guī)范編制的基礎(chǔ),目前的橋梁規(guī)范已人容許應(yīng)力法發(fā)展到極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法,使橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和適用性建立在更為理性的基礎(chǔ)上。
安全性和實(shí)用性可以通過各種極限狀態(tài)加以衡量;安全性和經(jīng)濟(jì)性之間的調(diào)節(jié)砝碼是安全因子(可靠度);經(jīng)濟(jì)性和美觀性考驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量;實(shí)用性和美觀性綜合反映出服役質(zhì)量。
橋梁的經(jīng)濟(jì)性一般包括建造成本、運(yùn)營(yíng)成本、拆除費(fèi)用,以及因建橋引起交通模式改變所帶來的損益。橋梁生命周期成本的效率要通過總體規(guī)劃與概念設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。
建造成本則體現(xiàn)在正確選擇結(jié)構(gòu)體系、橫截面形式、基礎(chǔ)形式和施工工藝方面,如果僅從節(jié)省材料角度來優(yōu)化截面尺寸,則往往得不償失,會(huì)帶來安全度的降低。運(yùn)營(yíng)成本體現(xiàn)在年度檢查和保養(yǎng),以及周期性的維修。拆橋事件一般發(fā)生在道路規(guī)劃有改變、通行荷載超出原殳計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)或維修費(fèi)用過度增加等情形下。梁建造成本是投資者最關(guān)心的內(nèi)容之一,一般包括:建設(shè)管理費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、施工建造費(fèi)和監(jiān)理費(fèi),有時(shí)還要預(yù)留必要的咨詢及專題科研費(fèi)。
橋梁既是“結(jié)構(gòu)”,也是“建筑”。因此,橋梁的觀賞性要同時(shí)體現(xiàn)在抽象的結(jié)構(gòu)形式,以及結(jié)構(gòu)與環(huán)境的相互關(guān)系之中。對(duì)橋梁美學(xué)的追求,應(yīng)體現(xiàn)在對(duì)造物主的敬畏心態(tài)之中。
總之,橋梁的內(nèi)在質(zhì)量,需要通過極限狀態(tài)設(shè)計(jì)加以保證;橋梁的外在質(zhì)量,則更多地體現(xiàn)在工程的經(jīng)濟(jì)性以及與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)和美觀程度方面。
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