结构可靠性理论下的公路桥梁设计

发布时间：2020-07-28所属分类：工程师职称论文浏览：1352次

摘 要： 摘要：传统的桥梁结构设计，是通过定值设计的手段，属于低层次设计，不能描述桥梁结构中存在的不确定因素，难以对各项指标进行分析，难以协调其中的矛盾，无法实现科学平衡。本文就结构可靠性理论下的公路桥梁设计展开具体分析。 关键词：桥梁结构;结构可靠

　　摘要：传统的桥梁结构设计，是通过定值设计的手段，属于低层次设计，不能描述桥梁结构中存在的不确定因素，难以对各项指标进行分析，难以协调其中的矛盾，无法实现科学平衡。本文就结构可靠性理论下的公路桥梁设计展开具体分析。

　　关键词：桥梁结构;结构可靠度;结构设计

　　引言

　　随着交通事业不断发展，人们高度重视公路工程建设。为保证公路工程质量，就要加强公路桥梁设计，提高其安全性和耐久性。在公路工程规模不断扩大的今天，公路桥梁是否安全耐用则显得尤为重要。在公路桥梁设计过程中，要使用结构可靠度作为重要的控制参数，科学解决桥梁结构中的随机性，积极协调安全与经济发展的要求，实现最佳设计效果。

　　1结构可靠度的定义

　　结构可靠度主要是指结构的耐久性、适用性，对结构可靠度造成严重影响的因素，被称为荷载效应的抗力S。在设计荷载基准过程中，会产生不同效应，抗力在几何参数、计算模式以及材料性能方面存在不确定性。在设计过程中，只能利用概率衡量结构的可靠性，其作用效应与抗力相互独立。结构可靠度是指工程可以在规定时间内完成的预定功能。“规定时间”是指在分析结构可靠度过程中，要根据应用的基准时间，“规定的条件”是指结构在施工过程中，没有考虑建筑过失的影响。如果偶遇突发事件，结构必须要保持整体稳定性。公路桥梁一般结构是装配式桥梁，该种桥梁模版流转度高、质量可靠，难点在于对水文和地质情况的掌握，要重点掌握行洪、通航还有与其他交通线路的相交问题。除此之外，还要注意软土地基的处理、高边坡的支护、山区道路大跨的施工工艺、深墩大跨的施工控制以及季节性施工的一些问题，对于这些问题主要在施工工法和桥型的选择上加以注意。可靠度概念中的“规定时间”是指结构设计基准期，一般是50年，距离规定的时间越久，其可靠性相对越低。桥位选择难度不是太大，除非是大型市政桥梁。市政桥梁主要的问题是要和多个部门进行调节，涉及到如铁路、公路、航运、通讯、电力、燃气、给水、排污等不同部门，其结构结构还要照顾到造型和灯光等美观问题。此外，对于需要采用新工艺的大桥，如菜园坝长江大桥巨大的Y形墩，其施工难度就很大。

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　　2公路桥梁设计的主要内容

　　进行公路桥梁设计时，必须要对现场进行全面勘察和监测，这样就可以进一步完善桥梁结构，明确相应的工程技术与材料，并加强对桥梁的养护。目前，人们对于公路桥梁质量的要求很高，除了要保证其稳定之外，还要提高桥梁的安全性，合理进行设计和规划。首先，要进行公路桥梁的跨度设计。跨度是设计的重点，需在掌握桥梁孔径的前提下，实现对导流建筑物的设计，保证结构稳固，有良好的抗腐蚀与抗冲刷能力，可以承受强大的撞击。第二，选择质量过硬的材料，满足设计标准，确保桥梁安全、耐用。通常会以钢材和混凝土作为桥梁的主要材料。第三，引进新型施工技术，做好一系列施工准备工作，保证工程质量，使其能够在工期之内顺利完成，降低工程成本。第四，桥梁工程完毕后，要加强对桥梁的保护，提高其耐用性和安全性，要采用先进的监测技术进行检测，制定完善的养护方案。

　　3公路桥梁安全性及耐久性问题

　　3.1设计不合理

　　进行公路桥梁设计时，需要结合实际情况选择相应的桥梁结构和类型，对结构的受力和建设进行详细的规划。现阶段，我国公路桥梁设计过分注重强度与刚度，没有充分对桥梁的耐久性进行设计。在设计时，桥梁往往比较花哨，没有考虑到其结构是否实用，这样就会导致公路的安全性能进一步下降。进行桥梁结构整体设计时，由于受力或者力的传递方式不够合理，久而久之，桥梁结构可能会发生变化，甚至出现畸形。在选择材料时，往往会使用强度不足的混凝土，这一材料会降低结构的耐久性。一部分工作人员没有重视桥梁质量，忽视养护工作，没有及时对桥梁结构进行检测，就可能会产生一定的安全隐患。

　　3.2专业水平有限

　　由于桥梁结构问题所引发的安全事故并不少见。许多工作人员缺乏专业的技术水平并，对于公路桥梁知识了解有限，加之监管力度不足，在材料的使用方面可能会选择不合格的材料，导致桥梁出现安全隐患。还有部分人员对于工艺流程掌握不足，这就会影响公路桥梁的安全性与耐久性。

　　3.3养护不到位

　　桥梁结构一旦遭遇雨水天气，墙面上就会出现大量的积水和结冰，如果没有及时对其进行清理，就会侵入到桥梁结构之中，使钢筋和混凝土遭到损害，影响材料的性能与结构的稳定。结构内部的堆积物如果没有及时清除，就会导致桥梁不能按照相应的设计标准进行体系转换，这样也会损害一些部件。进行桥梁设计时，设计基础期主要针对的是承重构件，如果没有及时对其进行维护和管理，就会影响桥梁结构的耐久性和安全性。

　　4基于可靠度的公路桥梁结构优化设计

　　4.1结构优化模型

　　基于可靠度的桥梁结构优化模型，可以对各个构件的可靠度进行估算，对工程构件不断优化，降低工程造价，取得最佳的可靠度，主要分为以下工作：

　　4.1.1选择设计变量

　　通常情况下，针对设计变量的选择，要优先选择对设计要求起作用的参数，例如目标控制参数、约束控制参数;将设计要求影响不大的，或者根据结构要求可以实现设计要求的参数，作为重要的预定参数，可以有效减少工作负担，提升相关工作的计算效率。

　　4.1.2确定目标函数

　　目标函数是全桥设计与桥梁结构造价之和。准确计算桥梁在使用期限内失效概率，要以失效的极限状态为参考，如果结构损坏要进行重建。因此桥梁结构的可靠性优化设计要满足钢筋截面积、截面几何尺寸、失效概率，将总费用降到最低。

　　4.1.3确定约束条件

　　公路桥梁结构要符合可靠性优化设计的相关约束条件，包含尺寸约束、结构体系约束、结构强度约束、构件单元约束、变形约束等。在桥梁结构的实际建设过程中，要对结构进行不断优化，对比公路桥梁设计中的约束条件与目标约束条件，制定科学的规范要求，提升公路桥梁设计效果。

　　4.2选择优化设计计算方法

　　桥梁结构基于可靠度的优化设计问题较繁琐，是多约束非线性优化问题。在实际计算过程中，要对相关问题进行优化设计，得出最佳结果。可以对设计计算方法实施优化，比如选择编制功能齐全、运算速度快的综合程序。最后选择最恰当的设计方案，提升公路桥梁的设计效果。

　　4.3重视细节的设计

　　进行桥梁结构设计时，要重视细节，要结合实际情况选择相应的结构类型。制定简易的结构模型，明确桥梁的受力结构，要重视结构的冗余设计，全面保障桥梁结构的耐久性与安全性。要结合施工的环境，提高桥梁的耐用性，避免风沙和流水对桥体造成的腐蚀影响。合理选择设计材料，全面保障混凝土的质量，必要时可设置保护层，利用抗腐蚀性能良好的材料，减少环境对桥梁造成的破坏。

　　结语

　　总之，在公路桥梁设计中，要重视其安全性和耐久性，采取合理的设计手段，运用专业的技术和先进的设计理念，结合公路桥梁工程所在地的实际情况，保证设计与预期目标相符，全面保障公路桥梁的质量。——论文作者：赵明

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