橋梁設計分析模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇橋梁設計分析，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：U441+.4 文獻標識號：A 文章編號：2306-1499（2013）05-（頁碼）-頁數

近年來，我國地震頻頻發生，但隨著我國經濟建設的快速發展，抗震防災越來越重要。公路橋梁是社會重要的交通樞紐，公路橋梁等交通工程在地震中遭到嚴重破壞，嚴重影響到抗震救災的需要。因此，增強橋梁的抗震能力，加強橋梁工程抗震研究的重要性便顯得十分重要。而在橋梁的設計與施工中對橋梁的抗震能力有著特殊的要求，做好抗震強度和穩定的設計工作，是目前做好橋梁工程的重中之重。

1 地震對橋梁的破壞原因分析

當地震發生后，橋梁的破壞形式一般表現為以下幾種：

（1）橋臺。橋臺的破壞主要表現為橋臺與路基一起向河心滑移，導致樁柱式橋臺的樁柱傾斜、折斷和開裂；重力式橋臺胸墻開裂，臺體移動、下沉和轉動；橋頭引道沉降，翼墻損壞、開裂，施工縫錯工、開裂以及因與主梁相撞而損壞。

（2）橋墩。橋墩破壞主要表現為橋墩沉降、傾斜、移位，墩身開裂、剪斷，受壓緣混凝土崩潰，鋼筋屈曲，橋墩與基礎連接處開裂、折斷等。

（3）支座。在地震力的作用下，由于支座設計沒有充分考慮抗震的要求，構造上連接與支擋等構造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，導致了支座發生過大的位移和變形，從而造成如支座錨固螺栓拔出、剪斷、活動支座脫落及支座本身構造上的破壞等，并由此導致結構力傳遞形式的變化，進而對結構的其他部位產生不利的影響。

（4）主梁。橋梁最嚴重的破壞現象是主梁墜落。落梁主要是由于橋臺、橋墩傾斜、倒塌，支座破壞，梁體碰撞。

（5）地基與基礎。地基與基礎的嚴重破壞是導致橋梁倒塌，并在震后難以修復使用的重要原因。地基破壞主要表現為砂土液化、地基失效、基礎沉降和不均勻沉降破壞及由于上承載力和穩定性不夠，導致地面產生大變形，地層發生水平滑移、下沉、斷裂。

（6）橋梁結構。橋梁結構的破壞表現在如結構構造及連接不當所造成的破壞、橋臺臺后填土位移過大造成的橋臺沉降或斜度過大而造成墩臺承受過大的扭矩引起的破壞現象等。

2 橋梁的抗震設計原理

盡管目前的橋梁抗震設計分析的手段在不斷提高，分析的理論在不斷完善，但由于抗震設計計算原理是建立在一定假設條件基礎上的，地震作用的復雜性，地基影響的復雜性和橋梁結構體系本身的復雜性，可能會導致理論計算分析和實際情況相差很大。常見的橋梁抗震設計方法有：設計靜力法、反應譜法和動態時程分析法。

（1）靜力法

靜力法把地震加速度看作是橋梁結構破壞的唯一因素，忽略了結構本身動力特性對結構反應的影響，應用存在較大局限性。事實上只有絕對鋼性的物體才能認為在振動過程中各個部分與地震動具有相同的振動，所以只對剛度很大的結構例如重力橋墩、橋臺等結構應用靜力法近似計算。

（2）反應譜法

目前我國的公路及鐵路橋梁均主要采用反應譜方法。反應譜法的思路是對橋梁結構進行動力特性分析（固有頻率，主振型），對各主振動應用譜曲線作某強震記錄的最大地震反應計算，最后一般通過統計理論對各主振型最大反應值進行組合，近似求得結構的整體最大反應值。

（3）動態時程分析法

動態時程分析法是上世紀六十年代以后伴隨有限元法、計算機技術兩方面的發展而出現的。該法把大型橋梁結構離散成多節點、多自由度的結構有限元動力計算模型，將地震強迫振動的激振（地震加速度時程）直接輸入，借助計算機逐步積分求解結構反應時程。

3 橋梁的抗震設計

3.1對常規的簡支橋梁結構應加強橋面的連續構造，以及需提供足夠的加固寬度以防止主梁發生位移落梁，另外還應適當的加寬墩臺頂蓋梁及支座的寬度，并增設防止位移的隔擋裝置。對采用橡膠支座而無固定支座的橋跨，應加設防移角鋼或設擋軌，作為支座的抗震設計。

3.2在地震區的橋梁結構以采用跨度相等、每聯連續跨內下部墩身剛度相等為宜。跨度不均，墩身剛度不等極易發生震害。對各墩高度相差較大的情況可采用調整墩頂支座尺寸和樁頂設允許墩身位移的套筒來調整各墩的剛度，以便使之剛度盡量保持一致。地震區橋跨不宜太長，大跨度意味著墩柱承受的軸向力過大，從而降低墩柱的延性力。

3.3對高烈度區的橋梁設計應在縱向設置一定的消能裝置，如采用減、隔震支座，以及在梁體和墩臺的連接處增加結構的柔性和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。

3.4由于拱橋對支座水平位移十分敏感，而兩邊橋臺的非同步激振會引起較大的偽靜力反應，有時甚至會大于慣性力所引起的動力反應，因此要求震區的拱橋墩臺基礎務必設置于整體巖盤或同一類型的場址以保證震時各支座的同步激振。

3.5橋梁的基礎應盡可能的建在可靠的地基上，應加強基礎的整體性和剛度，同時采取減輕上部荷載等相應措施，以防止地震引起動態和永久的不均勻變形。在可能發生地震液化的地基上建橋時，應采用深基礎，使樁或沉井穿過可能液化的土層埋人較穩定密實的土層內一定深度。并在樁的上部，離地面1～3m的范圍內加強鋼筋布設。

3.6墩柱設計中應盡可能的使用螺旋形箍筋，以便為墩柱提供足夠的約束。另外墩身及基礎的縱向鋼盤伸入蓋梁和承臺應有一定的錨固長度以增強連接點的延性，并且，橋墩基腳處應有足夠的抵抗墩柱彎矩與剪切力的能力，不允許有塑性鉸接。

3.7采用將橋墩某些部位設計成具有足夠的延性，以使在強震作用下使該部位形成穩定的延性塑性鉸，并產生彈塑性變形來延長結構的振動周期，耗散地震力。

3.8采用上部結構和橋墩完全連接的剛構體系，并且樁尖穿過可液化層達到堅硬土層上，由于結構的超靜定次數增大和堅實的樁尖承載能力的保證，減少了由于土壤變形而失效的可能性。

4 橋梁抗震設計要點

4.1橋梁抗震設計在多級設防標準的要求下，對結構強度、延性變形、結構控制、結構整體穩定也要求在多級設防的原則下進行抗震設計。

4.2對橋梁抗震性加以分析研究，某類結構不能在地震區內修建。在分析研究原有結構抗震性能的基礎上，應提出更能適應地震作用的結構型。其次，對結構抗震設計不是被動地作為地震作用時結構強度、變位的驗算，而是要從設計角度，提高結構的防震能力，要系統考慮結構的行為能力設計。

4.3針對目前大量高架橋倒塌毀壞的教訓，必須開展對抗震支座、各種型式橋墩的延性研究，要利用約束混凝土的概念提高它的延性。不但對鋼筋混凝土、預應力混凝土，而且對高強混凝土結構、混合結構的延性都需展開研究。

4.4研究結構控制的有效型式，加強抗震措施。必須采用“以柔克剛”的設想來考慮地震區結構抗震設防的出發點。對地裂、地面鍺動、邊坡倒塌、沙土液化時橋梁結構如何抗震設防也應該作深入的研究。

結語

雖然目前還沒有科學技術來提前預測地震的發生還，但是在地震發生前，我們是可以提前防范，以減少損失的。只要我們通過研究認識地震對結構的破壞規律，對橋梁的設計，根據具體的地質環境條件，同時綜合考慮經濟因素與安全因素，選擇最合理的抗震措施，就能盡量降低地震災害的影響。

參考文獻

篇2

Abstract: this article with the domestic and foreign highway bridge design analysis based on the highway bridge is discussed, analyzed the technical indexes and bridge flat constitute the geometry of the linear, the carriageway width and horizontal arrangement, the safety facilities, environment and other related factors and traffic safety, the relationship of road and bridge built for himself the management, conservation and bridge under construction design construction to provide the technology safety guidelines.

Key words: the highway bridge, design, analysis and study

中圖分類號:S611文獻標識碼：A 文章編號：

國外對橋梁設計強調“3E”，即功效（Efficiency）、經濟（Economy）和優美（Elegance）三要素，這和我國實用、經濟、美觀的原則是一致的。橋梁設計之前，設計師應首先就橋位、橋型方案征求橋位處公眾的意見，并說明橋梁的施工可能會對環境和公眾帶來不便，取得公眾的諒解和支持。避免施工中由于公眾不理解而出現的安全問題。橋型方案的選擇一定要與當地的人文環境協調，使橋梁建成后成為當地一景。橋梁設計能夠在安全美，功能美，結構美，經濟美，視覺美，環境美等方面做到最優的方案。近年來我國橋梁建設取得了長足的進步，但是，我們在設計中對橋梁的美學要求不夠高，缺少建筑師的參與和進行各種比例的多方案比較，留下了不少遺憾。許多纜索承重橋梁的橋塔缺少美學處理，給人以笨拙、呆板和粗糙的感覺。

一、橋梁縱斷面設計

1.1縱坡坡度

1.1.1縱坡坡度上限

縱坡過大，對于保持車輛的合理速度，維持連慣的駕駛狀態有負面影響，從而對安全不利。為從安全角度以確定縱坡上限的取值，本文研究了較大的縱坡與事故的關系，建議避免1.5度以上的縱坡。

1.1.2縱坡坡度下限

最小縱坡是依據排水的需求而確定的，縱坡過小，排水不暢，雨天導致橋面積水，危及車輛安全。以本次研究的數據為基礎，可以得到小于0.5%的縱坡，是較顯著的(雨天)事故多發段，建議多雨地區橋梁除了做好橫向排水設計外，在設計中要盡量避免小于0.5%的縱坡。

1.1.3縱坡坡度推薦值

橋梁縱坡的選定，一般在上下限之間取值，但是具體設計中根據特定的線形組合、特定的環境而確定。橋梁在平曲線里面且設超高的、跨線橋下等特殊的不利于排水的區段，應控制縱坡相對下限有較高取值。在非機動車交通量較大的橋梁上，則可根據實際情況縱坡適當放緩，以不大于2%為宜。

1.2縱坡坡長

1.2.1最小坡長

縱坡長度過短，出現鋸齒形縱斷面，這種線形使行車頻繁顛簸，甚至可能產業顛簸的疊加與共震，危及安全。視覺上，這種線形使駕車者有路線不連續，線形破碎的感覺。因此，坡長的最小值應予以控制，橋梁最小坡長的規定值可參見下表。

1.2.2坡長上限

坡長過大，下坡時車輛速度漸增，不利于安全。而坡長對于車輛的影響是與坡度共同作用的。以前分析可知，坡度增加，坡長增加，將共同作用產生疊加效果，帶動區段事故數的增長。

1.3豎曲線

經研究，橋梁上的豎曲線長度要大于5倍的行車速度，安全行車視覺上所需的豎曲線最小半徑和最小長度，橋梁豎曲線指標建議如下表所示。

二、平縱線形組合與銜接設計

2.1平面直線與曲線聯接

以往，橋梁設計中由于遷就地形，造成了許多長直線與小半徑曲線銜接，安全分析表明，長直線與小半徑曲線銜接處常常由于車輛慣性的高速行駛，從而引起安全隱患。具體適當的直線長度與銜接曲線的半徑取值，應根據橋梁的設計車速和橋位的地形，確定安全的設計區

間。.

2.2彎坡疊加的橋梁

在平面曲線段，同時有縱坡存在，即形成彎坡疊加情況，這是高速公路橋梁中常見的形式。從直觀分析，該種形式是不利于行車的。本文針對彎與坡的組合進行了安全特性研究，首先，利用設計指標求得DC值，再利用經驗公式得到預測事故值。對預測事故值相對較大的區段，可以采取工程改造，增設標志等各種措施減少隱患。

2.3縱坡與平曲線的銜接

長下坡，接小半曲線是有危險傾向的設計，易造成車輛在不自覺的高速情況下駛入平曲線，事故隱患大為增加。

縱坡與平曲線銜接時，坡長越大、坡度越陡、所銜接的平曲線半徑越小，事故發生概率就越大。根據這一規律，可以在橋梁設計中計算具有相同銜接方式的區段，再加以改進。

2.4橋梁上平面曲線與豎曲線的平衡

當橋梁位于小半徑(2000m以下)平曲線上且與豎曲線部分或全部重疊時，應考慮平豎曲線半徑的大小平衡，以利于行車的安全。根據己有的研究成果，綜合考慮安全和成本之后，得到平豎曲線平衡的半徑推薦值，其

三、橋孔布置

3.1通航河流

在通航河流上，橋下通航孔的位置和孔數往往決定橋梁的規模和設計難度。在設計中，要根據船運、筏運的不同特點和要求，充分考慮河床演變所引起的航道變化，將通航孔布設在穩定的航道上，必要時可預留通航孔上。

對于象長江一類的特大型河流，應就通航孔的位置、孔數作專題研究報告并報航道主管部門批準。

3.2流冰及漂浮物河流

位于有封凍及流冰的河段，應首先調查冰厚、冰塊最大尺寸、冰塊的密度、流冰的速度等基礎資料，橋孔布設應充分考慮冰塊的排瀉，橋梁墩臺應設計有破冰和防撞設施。

在有大量飄浮物或有沖積物的河流中，橋孔布設應保證橋梁能順暢渲泄洪水和泥砂。橋梁墩臺的設計應保證遭受撞擊時的安全性。

四、橋面橫向布置

4.1行車道數

根據我國現有公路行車安全營運調查比較，高速公路橋梁采用四個車道比較符合安全經濟的原則。當行車速度為120km/h，交通量超過四車道的飽和交通量時可選擇六車道或八車道，行車速度小于12Okm/h時，采用六車道或八車道須進行技術經濟論證。

二、三級公路基本采用雙車道，四級公路一般采用單車道。二級公路當混合交通量大，可采用兩個快車道和兩個慢車道組成的四個車道。

城市橋梁一般可選擇六車道或八車道，個別采用兩個快車道和兩個慢車道組成的四個車道。交通事故調查表明，不宜采用三車道的斷面布置形式。

4.2行車道寬度

高速公路、一級公路橋梁采用3.75m的車道寬度，四級公路橋梁采用3.5m的車道寬。其余橋梁雙向車道取值建議采用下表：

4.3殘疾人通道

對于城市橋梁人行道，要專門考慮殘疾人輪椅車上、下行走的要求。為滿足殘疾人自己推行，則人行道的寬度、坡度要考慮便于殘疾人輪椅上、下走。

五、橋梁安全設施

5.1交通標志

橋梁交通標志設置場所的選擇，首先要考慮到標志的易識別性，標志應設置在容易被發現的地方。其次，要橋梁與接線的幾何線形、交通流量、流向和交通組成，道路沿線的狀況等對標志設置位置的影響。

交通標志的設置應確保行車的安全、快捷的通暢。標志的布設應以完全不熟悉周圍路網的外地司機為對象，使其能夠通過標志的警示和指引安全、快捷地到達目的地。道路交通標志所提供的信息應及時、正確，同時避免信息過載，并對重要的信息給予重復顯示的機會。

交通標志的照明分為內部照明和外部照明兩種，無論是內部照明還是外部照明都要求能夠使交通標志在夜間具有至少150m的視認距離，同時外部照明光源不能給路上司機造成眩光而且其燈具和陰影不能影響標志的認讀。

5.2防眩設施

高速公路上無照明的大橋、高架橋都應設置防眩設施。對于夜間交通量較大和大型車混入率較高的橋梁、豎曲線上對駕駛員有嚴重眩光影響的橋梁、長直線橋梁等也要設置防眩設施。

篇3

體外預應力混凝土橋梁設計推動了橋梁工程行業的迅速發展，這種橋梁技術不僅僅能夠減輕橋梁施工的難度，并且有效的提高了建設企業的經濟效益，加強減少建設成本的力度，并且建筑物的安全系數較高，所以在建筑行業被廣泛的應用。體外預應力的應用是非常廣泛的，其技術原理是把木條一一圍成桶的形狀，然后用竹篾拉緊，讓木條呈現出一個擠壓的現象，這樣就會形成了一個水桶，并且不會漏水，隨著科學技術的進步，人類把這項技術應用在了橋梁設計中，大大提高了橋梁施工的便利程度，也加強了橋梁建筑物的安全性和穩定性，是一項優秀的施工技術。

1應用體外預應力混凝土橋梁設計的意義

體外預應力混凝土橋梁設計能夠加強橋梁建筑物的硬度，并且這種預應力能夠有效的應用在橋梁的截面外，這樣不僅僅能夠有效的減弱橋梁建筑物的重量，并且也能夠提高工程的進度，這種橋梁技術還能夠實現養護，以往的橋梁技術在于養護工作上有很大的難度，而體外預應力混凝土橋梁設計中能夠對受到了腐蝕的建筑物進行替換，這樣不僅僅提高了橋梁建筑物的安全性，也有效的減少了施工實踐的次數，從而縮小了施工的難度，有效的改善了橋梁的結構性能，但是此橋梁技術也存在很多不足的地方，例如，橋梁建筑中的混凝土比較容易遭到損壞，并且這種橋梁技術的計算方法非常復雜，加工的費用也很高，所以要不斷的優化橋梁技術的設計，這樣才能有效的提高工作效率和質量，建筑企業提交高質量的橋梁建筑物。

2體外預應力混凝土橋梁設計的優缺點

2．1體外預應力混凝土橋梁設計的優點

體外預應力設計模式主要是呈現一種折現的狀態，這樣能夠有效的減弱摩擦帶來的損失，提高企業的經濟效益，防止出現材料資源浪費的現象。其次是因為預應力筋是在腹板的外面，這樣能夠減少腹板的振動頻率，并且這樣更加容易去檢查預應力筋的工作狀態，阻止發生補拉應力的損失，有效的減少了施工難度，也更加加強了建筑施工的精確性。因為體外預應力是能夠在結構的截面上進行施工，這樣有效的提高了建筑物的承載力，施工也比較容易，提高了施工的進度，因為可以在截面上進行施工，所以截面的尺寸可以妥善的控制，有效的為建筑企業節約了原材料的支出，提高了跨越能力。

2．2體外預應力混凝土橋梁設計的缺點

因為體外預應力混凝土橋梁設計技術在不斷的更新，得到完善，人們對其中存在的缺陷也就越加的重視，此技術也存在眾多的缺點，其中包括:體外的預應力結構的錨固是在建筑物端部，這就形成了錨固端部與轉向塊兩個方位需要和配筋有很好的配合程度，這就導致在施工中發現問題，必須改變易性和水灰比才能解決問題，并且此項技術不具備預警功能，使得在極限狀態下也不容易發現。在體外預應力的計算中也比較復雜，需要非常的精確的計算結果才能進行施工。

3體外預應力混凝土橋梁設計的方法

在體外預應力混凝土橋梁設計工作中要考慮很多因素，包括橋梁建筑物的重量、載重量等，如果一個環節出現了問題會影響整個工程的順利運行，還會加大建筑物工程存在很大安全隱患，所以不管是在施工前還是在施工中都要詳細的進行分析與計算，最大程度的提高建筑工程的安全性和穩定性，提高工程的質量和效率。

3．1結合計算機技術完成技術分析工作

因為體外預應力混凝土橋梁設計需要很精確的計算結果才能順利的開始施工，所以在此項技術中結合計算機技術來完成工作是非常有必要的，包括橋梁的截面、承載力、摩擦阻力等都要應用相關的方程式進行分析和計算，這樣能夠有效的提高計算結果的質量和效率，充分的縮短了設計的時間，雖然此類方法比較復雜，工序較多，但是結果的精確度非常的高。

3．2有限元的技術分析

這種方法是把橋梁的實驗數據和混凝土鋼筋非線性的集合分析原理相互結合起來，這樣就能夠對橋梁工程進行簡單的單元劃分，計算出橋梁的受力情況和狀態，雖然此類方法的計算精確度不高，但是能夠把受力情況較為仔細的呈現出來。

3．3把有限元與計算機技術相互結合

如果把有限元方法和計算機技術相互結合起來，不僅僅能夠提供精確的信息，還能夠把仔細的原理過程體現出來，既提高了工作效率，也提高了工作質量，是很好的應用方案，把混凝土鋼筋非線性集合分析原理和橋梁的數據結合起來，在利用計算機進行計算，較大的提高了分析的效率。

4總結

體外預應力混凝土橋梁設計被較為廣泛的應用著，所以要不斷的提高該項技術的水平，這樣才能使得建筑企業提交出高質量的橋梁工程，提高橋梁建筑物的安全性和穩定性，有效的促進橋梁企業的可持續性、健康的發展之路。體外預應力混凝土橋梁設計相較于傳統的橋梁設計技術有著很大的優勢，不管是在準確性還是效率上，都是非常好的一項技術，所以要加大此項技術的創新工作，尤其是在施工過程中要重視每一個細節問題，做到及時發現問題和解決問題，從而更好的促進橋梁建筑業的發展。

參考文獻

［1］許武．整澆裝配式體外預應力橋梁設計方案分析［J］．城市建設理論研究(電子版)，2012，(18)．

［2］齊林，王宗林，趙庭耀．鐵嶺河體外預應力混凝土連續梁橋設計與施工［A］．中國公路學會橋梁和結構工程學會2002年全國橋梁學術會議論文集［C］．2002．

［3］張雷，楊欣然，竇建軍等．呼準鐵路黃河特大橋主橋設計［J］．橋梁建設，2013，43(4)．

篇4

[中圖分類號] TU352.1+2 [文獻碼] B [文章編號]1000-405X（2015）-9-361-1

市政橋梁工程比較特殊，屬于公共建設項目，其在應用中面臨著安全性的壓力。由于市政橋梁工程的承載比較大，需深化隔震設計的應用，改善市政橋梁的基本性能，預防安全事故的發生。隔震設計是市政橋梁工程中最為關鍵的一項內容，保障市政橋梁的整體性，通過隔震設計實現了高效率的安全控制，保障市政橋梁設計的安全價值。

1市政橋梁設計中的隔震設計

市政橋梁設計中的隔震設計，主要體現在三個方面，結合市政橋梁設計的案例，重點分析隔震設計。

1.1隔震設計

隔震設計提高了市政橋梁的抗震水平，優化了市政橋梁的質量控制的條件。綜合分析市政橋梁設計中的環境因素及需求，確保隔震設計的合理性，完善市政橋梁工程的隔震設計[1]。首先考察市政橋梁工程，規劃隔震設計的周期，盡量結合地震對橋梁的影響，確定隔震的周期，用于吸收地震產生的震動能量，保護橋梁工程；然后是隔震施工技術的設計，促使其符合市政橋梁的實際要求，規避震后橋梁的位移、變形風險，同時降低震后修復的難度，落實隔震技術的功能性；最后是隔震的方法設計，隔震方法決定了市政橋梁抗震的能力，分析市政橋梁所處的地理環境，尤其是地質信息，為隔震方法的設計提供基礎，依照市政橋梁的受力狀態，維持隔震方法的相符性。

1.2裝置設計

隔震裝置是市政橋梁中的主要構件，保障隔震設計的穩定性。隔震裝置具有一定的設計要求，目的是達到市政橋梁隔震的需求，積極應用到市政橋梁工程設計中。隔震裝置應用時，需要嚴格計算剛度、阻尼等，一般在大型的市政橋梁中，還要引入彈性反應譜，致力于降低隔震裝置計算中的難度，確保隔震裝置達到一定的設計標準，利用隔震裝置消除市政橋梁工程中潛在的變形風險，維護市政橋梁工程的整體性。近幾年，市政橋梁設計的規范性及難度越來越高，增加了隔震裝置的設計壓力，隔震裝置設計中應考慮橋梁施工的實際情況，評估市政橋梁的基本性能后，才能引入隔震裝置，即使市政橋梁工程中出現地震風險，也能在隔震裝置的作用下控制風險的破壞等級。

1.3細節設計

市政橋梁隔震設計中的細節部分，是指部分細化的構件，此類構件是市政橋梁設計中不可缺少的一部分，應用在隔震設計的特定位置。市政橋梁隔震設計中的細節部分，在抗震保護方面發揮重要的作用，其可應用到隔震設計的限位、伸縮位置，強化市政橋梁的基礎性能[2]。市政橋梁設計的規模越大，隔震設計中越容易忽視細節部分，過度追究隔震設計的主體項目，進而引起了細節缺陷，因此，嚴謹控制隔震設計中的細節部分，強調細節設計的重要性，充分發揮細化構件在隔震設計中的優勢，維護市政橋梁設計的質量。

2市政橋梁隔震設計的優勢分析

隔震設計在市政橋梁中具有顯著的優勢，符合市政橋梁抗震設計的需要。根據市政橋梁隔震設計的應用，分析具體的優勢表現。

首先是干預市政橋梁的整體剛度，特別是水平方向的受力，提高橋梁水平受力的穩定性能，而且隔震設計可以在橋梁抗震設計中起到保護作用，促使橋梁能夠承較大的震動，維持安全的狀態。隔震設計在市政橋梁中的應用，不僅改善了橋梁本身的穩固性能，最重要的是控制了橋梁的造價，不需要投入過度的成本。

然后是加強市政橋梁基礎性控制的力度，維護橋梁工程的承載受力，促使橋梁在地震的沖擊下，能夠迅速通過衰減的方法消化作用力，降低地震作用力對橋梁工程底座的影響，體現隔震設計的防護作用。

最后是利用隔震設計規避市政橋梁工程中潛在的彈性受力，促使橋梁工程的彈性受力可以維持在正常的標準以內，規避彈性受力造成的坍塌風險。隔震設計的彈性保護，常用于上下結構內，有利于提高市政橋梁防變形的能力，確保隔震設計在市政橋梁設計中的優勢。

3市政橋梁隔震設計的安全性控制

市政橋梁隔震設計中的安全性控制，用于強調隔震設計的作用，積極體現出隔震設計的優勢，優化市政橋梁工程中的隔震設計。分析隔震設計中的安全性控制。

3.1防變形控制

變形是市政橋梁隔震設計中一項重點的控制項目，目的是消除橋梁變形的安全風險[3]。隔震設計在市政橋梁中，需要引入隔震的構件或裝置，促使橋梁整體之間的關聯性減少，關聯性少可以防止地震對橋梁整體的干擾，但是容易引發變形問題，增加橋梁損壞的機率，所以需要在隔震設計中注重防變形控制，解決橋梁關聯中的變形問題，既可以保護市政橋梁的安全性，又可以維持橋梁的穩定狀態，促進了隔震設計的積極性，明確其在市政橋梁設計中的目的。

3.2防破壞控制

地震對市政橋梁的影響比較大，隔震設計中還要做好防破壞的工作，實現隔震設計的抗震效益。在防破壞控制中，需要考察市政橋梁的施工環境，評估隔震設計在市政橋梁設計中防破壞的潛能，進而才能落實防破壞控制的應用，完善市政橋梁設計的應用，規范隔震設計的具體實施，保障市政橋梁的安全與穩定。

3.3防偏移處理

防偏移也是安全性控制中的一項重點，防止市政橋梁在地震發生時出現偏移，屬于隔震設計中最基本的安全性控制[4]。偏移對橋梁結構的破壞性非常大，嚴重影響了橋梁運營的性能，因此，針對市政橋梁設計中的隔震設計，采取防偏移處理，保持隔震設計的科學狀態。

4結束語

隔震設計是市政橋梁設計的核心項目，保障市政橋梁的安全性與穩固性，我國市政橋梁設計中積極推行隔震設計，促使其朝向成熟化的方向發展，以此來完善市政橋梁的實踐設計。隔震設計強調了市政橋梁工程中的安全性能，通過隔震設計降低市政橋梁的風險力度，確保市政橋梁工程的安全應用，規避潛在的風險隱患。

參考文獻

[1]尹凱.市政橋梁設計中隔震設計的探討[J].城市建筑，2014，02：260+268.

篇5

Abstract: with the development of economy, the construction of the bridge engineering in China enjoy unprecedented development. For bridge pile foundation for design, appear soft soil baseband to hazards role is very extensive. If the improper design will directly affect the stability of the foundation, serious, it is too large or uneven settlement of athletic settlement and lead to the destruction of the bridge was huge, affecting the normal use of the bridge performance. In view of this, this article the author on the land bridge pile foundation weak design in this paper.

Keywords: weak soil area; Bridge; Pile foundation; Design analysis;

中圖分類號：K928文獻標識碼： A 文章編號：

軟弱土地區主要是抗剪強度較低、壓縮性較高的不良性質的地基土，例如淤泥與淤泥質土。軟土地基的橋梁地基基礎設計，應充分考慮軟土地基的變形特征，防止其對建筑物的危害。近年來，我國路橋建設規模不斷擴大，其建設規模與速度前所未有，因而愈來愈多地遇到大量而復雜的不良地基及地基處理問題，地基處理日益得到人們重視。地基基礎設計與施工是否恰當關系到整個工程質量、進度和投資，合理地選擇地基設計方法，避免工程質量遭到破壞。

一、軟弱土地區橋梁樁基礎設計原則及要求 1、基本設計要求 對橋梁地基的要求主要是以最短的施工工期達到設計安全運行標準。同時符合最少投資計劃。即包括三個方面：1)預定功能要求；2)安全性和耐久件要求；3)投資和工期的經濟性要求。 2、注意場地條件，防治災害應充分搜集場地的地形、地質、水文、水文地質等資料，作為設計的依據。場地可能的自然災害，如暴雨、洪水、地震、滑坡、泥石流等；由于工程建設引起的災害，如采空塌陷、抽水塌陷、邊坡失穩、管涌、交水等；均應在堪察、預測和評價的基礎上，采取有效防治措施。 3、合理選用巖土參數選用巖土參數時，應注意其非均質性與參數測定方法、測定條件與工程原型之間的差異、參數隨時間和環境的改變，以及出于工程建設而可能產生的變化等。由于土體參數是隨機變量與模糊量，故在劃分工程地質單元的基礎上，應進行統計分析，算出各項參數的平均值、標準差、變異系數；確定其特征值和設計值。在選定測試方法時，應注意其適用性。 4、定性分析與定量分析結合定性分析是巖土工程分析的首要步驟和定量分析的基礎。對于下列問題一般只作定性分析：1)工程選址和場地適宜件評價；2)場地地質背景和地質穩定性評價；3)土體性質的直觀鑒定。定量分析可采用解析法、圖解法或數值法性。考慮安全儲備時，可用定值法或概率法。都應有足夠的安全儲備以保證工程的可靠定性分析和定量分析，都市在詳細占有資料的基礎上，運用較為成熟的理論和類似工程的經驗，進行論證，并宜提出多個方案進行比較。 二、軟弱土層中橋梁樁基礎負摩阻力的計算

當樁側軟弱土層上有較大豎向荷載作用(如橋頭土或路基填土)，且土層的壓縮下沉量大于樁的豎向位移值時，該下沉壓縮土層會對樁產生一種摩阻力，該力是向下的，從而增大樁所能承受的荷載。當土層中地下水位下降引起地面下沉及土層的壓縮下沉速度大于樁身的下沉速度時，也會產生負摩擦力。負摩阻力的大小與土的性質、強度、壓縮性、軟土層的厚度、樁底持力層的剛性，以及樁長、橫斷面形狀有關系。特別當樁基位于濕陷性黃土和軟土地基中，應計算由此而產生對樁受力的不利影響，負摩阻力的計算主要是確定產生負摩阻力的深度范圍及負摩阻力的強度大小。

1、負摩阻力的深度計算

橋梁樁身產生負摩阻力的深度，是樁側土層對樁產生相對下沉的范圍，它與樁側土層的壓縮、樁身壓縮以及樁尖下沉等有直接關系。一般情況下，并不是在整個土層中產生負摩阻力。比如說打入樁，在樁開始打入時，樁的下沉速度遠大于樁側土層的下沉速度，因此樁周全部出現正摩擦力。經過一定時間后，若樁側土層逐漸下沉，則以地面起正摩擦力慢慢減少，同時產生負摩阻力。此時會出現樁身上部為負摩阻力，下部為正摩擦力的情況。摩擦力為零的位置即為中性點，此點為樁在該處的變位置與周圍土的下沉量相等點，中性點不太容易確定。

設hl為負摩阻力的厚度，即樁側土壓縮下沉曲線與樁的沉降變形交點到地面土層厚度，其值可按下式估算：h1=yh2。h2-軟弱土層的厚度；y-深度修正系0.8。

2、負摩阻力強度及樁身總的極限摩阻力的計算

負摩阻力強度與樁的沉降、樁側土壓縮沉降、沉降速率等因素有關，從工程觀點出發．最大的安全值是忽略其時間效應取得的。故最大負摩阻力強度的計算公式為。f=l/2qu，qu-軟土層的無側限抗壓強度。對位于軟弱土層上，由于軟弱土層的下沉，也將對樁產生向下作用的負摩阻力。該土層的負摩阻力強度最大值為：fl=rhktgcp，式中r-土的容重；h-計算處深度；k-土的側壓系數，一般取0.5；樁基礎極限負摩阻力的計算公式為：Nf=fANf或Nf=（f1+f）Anf

式中: ,r1-樁基礎半徑。

三、軟弱土地區橋梁樁基礎設計

軟弱土主要分為濕陷性和非濕陷性兩種，這兩種軟土的特性有很大的差異，當濕陷性軟土地區放入樁基礎在浸水后，不僅正摩阻力完全消失，其濕陷性也會消失，而且還會產生過大的負摩阻力，樁端土承擔了該部分負摩阻力，從而導致樁長度增加，也增加了施工難度及工程造價。因此，計算并分析軟弱土地區橋梁樁基長度及樁的截面形狀是十分必要的。

1、軟弱土濕陷性和非濕陷性的判斷

黃粘土的濕陷性，主要根據室內浸水有側限壓縮試驗所求得的濕陷系數&來判斷，黃土地區的濕陷性系數按下式計算：＆=(hp-hp)／ho或&=(ep-ep’)／(1+eo)，式中&一濕陷系數，hp、ep—保持天然濕度和天然結構的土樣，在有側限條件下加壓至一定壓力時，壓縮穩定后的高度和孔隙比；hp’、ep’一分別為上述加壓穩定后的土樣，在浸水作用下下沉穩定后的高度和孔隙比；ho、eo一分別為土樣的原始厚度和孔隙比。測定濕陷系數的壓力，一般采用300kpa，但對壓縮較高的新近堆積黃土。可采用150kpa。當&0.02時，為濕陷性土質。

2、軟土層中橋梁樁基礎設計的幾點注意事項

位于非濕陷性軟土層中的橋梁樁基礎和一般土層的樁基礎設計相同。位于濕陷性土層中的橋梁墩臺樁基礎，設計時應穿過濕陷性土層深入非濕陷性土層內的一定的深度。保證地下水位不可能上升到樁底以上，且樁側濕陷性土層不應該出現局部浸水現象，一般情況下，應按樁側濕陷性土層可能因地下水位上升或因偶然性的原因出現樁側整個深度完全浸水的情況進行設計。樁側極限摩阻力f和樁側土抗力地基系數的比例系數m，均應根據樁側濕陷性土層為完全浸水時的液性指數IL來確定，IL=[(0.9eyw／ys-wp]/(wL-wp)，式中IL-液性指數；wp-土的塑限；wL-土的液限；yw-水的容重；rs土顆粒的容重。當IL≤0.4時，取0.4。如果樁側了發生局部浸水情況，則該部分按上述見確定其f值和m值。樁底位于非濕陷性土層中，則按非濕陷性土層確定樁底極限承載力。因此，橋梁樁基礎以下的地下水不會上升到樁底以上，位于樁側的濕陷性土層不發生浸水現象，則樁側極限摩阻力、樁底極限承載力和樁側土抗力地基比例系數米均按天然狀態下的實際情況確定。

結束語

軟土地質條件下的樁基礎，在橋梁設計過程中是經常會遇到的，上文只對樁基礎設計的部分內容進行闡述，然而，軟弱地質條件下的橋梁樁基礎設計中還有許多問題有待解決。

參考文獻：

篇6

前言

山區地質條件復雜惡劣，導致橋梁基礎設計繁雜。優質的橋梁設計，可以為山區高速公路的施工提供便利，因此加強對山區高速公路橋梁設計分析是非常必要的。

是非常必要的。

1 山區高速公路橋梁設計原則

1.1使用舒適

山區高速公路橋梁在滿足承載力的同時，還應盡量減少伸縮縫，加長連續段長度，同時還要充分考慮構件具有充足的剛度，以滿足乘車舒適性的要求。

1.2經濟性好、施工養護容易：

山嶺地區地形起伏大，路線布設困難，高速公路橋梁結構物多，導致造價遠遠高于平原區高速公路，所以橋梁的設計要考慮其技術的可行性以及經濟性指標是否達到最佳范圍。山嶺地區地形起伏復雜，施工場地布設十分困難，在有預制條件時，中小跨徑橋梁盡量采用預制結構，大跨徑橋梁由于施工場地受限，盡量采用現澆結構，在材料的選擇上應縮短運距，就地取材。處在不良自然條件的橋梁必須具有良好的耐候性，而且便于養護管理。造型優美與自然相協調：橋梁修建應避免對自然環境的破壞，盡量減少對自然界平衡的破壞，確保植被的恢復，在施工期間還應注意減少對河流的污染，使其降低到最小程度。

2 高架橋與高路堤的比較

山區由于地形起伏大，縱橫坡陡，橋梁多受地形控制而不受水文控制設置為高架橋，山區高速公路通過“V”形谷地或“U”形山間平原時形成高路堤。高架橋最大優勢在于能與山區特有的地形、地貌特征相融合，減少對自然環境的干擾與破壞，防洪抗災能力也優于高路堤方案，但山區橋梁施工場地比較狹窄，材料和構件的運輸較為困難；高路堤設計方案的最大優點在于能充分利用前后路段的挖余廢方，減少棄方困難，但路堤方案占用土地多，在環境保護、自然景觀等問題上也造成很大的破壞，此外高路堤的穩定性受基底地質條件、路堤填料性質影響較大，工程可靠度低。路基規范規定，“路基中心填方高度超過 20m 時，宜結合路線方案與橋梁作方案比選。”，高架橋與高路堤方案的論證比選涉及面廣，比選因素多，要從路線總體布局的角度審視方案是否合理，環境保護、自然景觀、工程可靠度、工程造價等因素進行論證。

3 半邊橋與擋墻的比較

山區高速公路路線不可避免的沿半坡布設，當地形橫向陡峭時，處在半填半挖的路段非常多。對于中心填挖不高，但路基邊緣填方很大，填方坡腳無法收斂的情況下，主要通過設置擋墻收縮坡腳和半邊橋方案來處理。采用擋墻方案征地較多，運營階段影響路基穩定性的因素較多，半邊橋方案可以節約用地，降低工程風險，但造價較高。當最大填土高度 15m 附近時，應結合地形、地物、地貌、工程地質等因素進行論證后確定。

4 橋梁結構體系

山嶺地區山高谷深，地形復雜，坡陡流急，路線布設要么順山沿水，要么橫越山嶺，山區橋梁不可避免的出現平面曲線半徑小，縱、橫坡大，橋長較長。為保證橋梁在運營使用階段的安全、舒適、耐久性，橋梁多設計為預應力連續結構，預應力砼曲線連續梁橋的特點是彎扭耦合作用，在彎扭耦合作用下，曲線梁橋會沿著某一不動點變形；而對于大長縱坡橋梁，在汽車制動力頻繁、反復作用下，上部結構具有沿著下坡方向滑移的趨勢，而且梁體的下滑很難恢復。當橋梁上下構間采用支座連接時，梁體的錯動將導致支座受力不平衡，甚至脫空、破壞，而采用墩梁固結的連續—剛構混合體系可避免這種情況引起的梁體開裂現象。當縱坡較大、墩高較高時，為防止梁體的縱向滑移，增強橋梁的整體剛度，聯內取較高的中墩作墩梁固結。對于連續剛構橋，一聯中主墩剛度相差較大，可通過邊跨合攏前后加卸載、中跨合攏前頂推主梁的方法來調整墩身的受力。

5 橋梁上部結構設計

山區高速公路，橋梁所占比重大，種類繁多，幾乎囊括了所有的橋型，從縮短設計周期、加快施工進度、節約工程造價來講，多數宜采用預制結構。高墩大跨橋梁因地形、地質、地貌等不同，因此采用的方案也不盡相同，本文不在闡述，重點介紹預制裝配式橋梁結構。5. 1 跨徑選擇山區高速公路橋梁多采用標準跨徑 20、30、40m，從橋梁上、下部協調一致美觀角度來講，20m 跨徑一般適用墩高 25m以下的橋梁，30m 跨徑一般適用墩高 40m 以下的橋梁，40m 跨徑一般適用墩高 40m 以上的橋梁，這樣可以減少跨徑的種類，以使設計、施工標準化。同一標段的結構物應盡量采用相同跨徑，保證施工方便，節約造價。部頒標準預制結構斷面有 T 梁、裝配箱梁以及空心板。相同跨徑，采用哪種橫斷面形式更合理，本文以路基寬 24. 5m 的橋梁進行比較。跨徑 20m 時，裝配箱梁造價比空心板高 10%左右，T 梁造價比空心板高 20%左右。本文還對跨徑 20m、30m、40m 的裝配箱梁與 T 梁進行對比，結果表明：同跨徑 T 梁的經濟性均比箱梁略差，但兩者造價相差不大，跨徑 20、30、40m 的 T 梁比裝配箱梁造價高 10% ～14%。裝配箱梁的安裝重量較大，運輸、施工場地布設極其困難，后期維修養護困難，T 梁安裝重量較輕，施工簡單、便捷安全，對施工場地要求較低，曲線上橫橋向可通過調整邊梁外翼緣板長來適用曲線變化，先簡支后結構連續的設置及施工較裝配箱梁簡單，可以更好的適應山區高速公路彎道多、半徑小、橋墩高的特點。對于凈空受限制的通道、天橋等中小跨徑橋梁可優先選用空心板，裝配箱梁吊裝重量大，經濟性介于空心板和 T 梁之間。總之，高速公路橋梁跨徑和斷面的選擇，應考慮路線平曲線對橋梁設計及施工的影響，同時考慮施工預制場地、模板、施工工藝和造價經濟。

6 橋梁下部結構設計

6. 1 橋墩

山區橋梁因地形條件的限制往往采用高橋墩，橋墩形式的選擇多從橋梁的整體剛度和構件穩定性來考慮。橋墩的種類主要有柱式墩、薄壁墩及空心墩。高度較矮的橋墩（h < 40m）多采用施工方便、結構輕巧的圓柱橋墩，墩柱直徑可以隨墩高階梯變化，既適應高墩受力特點，又節約工程造價。對于矮橋墩，設計由強度控制，但當墩高較高時，設計應考慮其穩定性以及墩頂因活載或溫度荷載產生過大水平位移對上部結構產生不利影響。根據橋梁設計規范，L0/h >30 時，構件已由材料破壞變為失穩坡。當墩高大于 40m 時，應考慮采用薄壁墩，對于空心薄壁墩應注意預留通氣孔，已調節內外溫差，改善受力性能。6. 2 橋臺山區橋梁橋臺的設計往往受山區地形的限制，橋臺型式的選擇直接影響到兩側山體開挖和臺前填土是否可以實施。橋臺常用的型式有重力式 U 型臺、肋式臺、樁柱式臺。位于傾角較大的山體斜坡上的橋臺不宜采用臺前設有填土錐坡的橋臺類型，如肋板臺，避免臺前錐坡的不穩定性，只有在地形較為平緩的地段可以采用填土錐坡橋臺，如樁柱式橋臺；對邊坡穩定性有十分的把握可采用 U 型臺，擴大基礎外，一般應采用樁式橋臺或組合式橋臺較安全。根據《墩臺與基礎》規定，U 臺的高度宜控制在 10m 以內，由于縱橫坡較陡，根據地形、地質、地貌做成臺階狀，節省臺身材料數量。當山體較為平緩，填土高度小于 5m 時，可以采用樁主式橋臺。

6.2 基礎

山區高速公路橋梁由于地形條件復雜，兩側的地質巖性差異較大，往往將一側設置成擴大基礎而另一側則采用樁基礎，擴大基礎與樁基礎是山區橋梁最常用的基礎類型。由于山區一般地質情況較好，樁基礎多為嵌巖樁，地質情況較差地段采用摩擦樁。根據橋梁縱、橫斷面地形變化以及巖性差異情況，基礎可采用臺階式。

7 結束語

高速公路橋梁由于地形條件復雜，巖性差異大，設計人員需要先收集完整的資料，并根據具體地段的實際情況，進行充分的對比分析和論證，選取最佳的山區高速公路橋梁設計方案確保高速公路橋梁的安全、舒適、經濟性。

參考文獻：

篇7

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

前言

國際預應力協會(FIP) 1996年定義體外預應力為預應力筋布置于截面之外的預應力。作為后張法預應力體系的重要分支之一的體外預應力結構因其施工方便、節省材料、減輕自重、降低造價、方便檢修維護更換等優點,已越來越受到工程界的重視。

一、體外預應力的特點和構成

1、體外預應力混凝土結構的主要優點

由于在構件中不設預埋孔道,可使腹板厚度減薄從而減輕結構自重;梁體混凝土灌注無管道阻礙,易保證質量,從而可提高結構的耐久性;可方便地檢測預應力筋的腐蝕程度,必要時可更換預應力筋;無制孔、壓漿等工序,結合逐跨施工法及懸臂施工法,施工速度快,綜合效益好;當體外預應力用于既有橋梁加固時,可以較明顯地提高結構的承載能力和改善結構的使用性能,同時對橋下凈空幾乎無影響,并且施工時可最大限度地減少對車輛交通的干擾。正是由于體外預應力具有的上述諸多優點,國際結構混凝土協會前主席、著名橋梁工程師在“預應力混凝土橋梁的新趨勢”一文中指出:“預應力混凝土橋梁發展的一個主要趨勢是逐漸增加采用體外預應力”。促使預應力混凝土橋梁中更多地采用體外預應力的一個現實原因是結構安全性和耐久性的要求。

2、體外預應力混凝土結構的基本組成部分如圖1，包括以下幾方面。

圖1 體外預應力混凝土結構的基本組成

(1)體外預應力索、管道和灌漿材料；

(2)體外預應力索的錨固系統；

(3)體外預應力索的轉向裝置；

(4)體外預應力索的防腐系統。

體外預應力索與混凝土結構可能有粘結聯系的地方只是在錨固區域和設有轉向裝置的部分。

二、體外預應力索、管道和灌漿材料

體外預應力混凝土結構所采用的預應力索一般由鋼絞線組成，包括與體內預應力混凝土結構完全相同的普通鋼絞線以及鍍鋅鋼絞線或外表涂層和外包PE防護的單根無粘結鋼絞線。體外預應力索的管道主要起防腐作用，它通常有兩種形式：一是全部采用鋼管道；二是鋼管與高密度聚乙烯管道相結合的方式，即除了在錨固段及轉向彎曲段采用鋼管外，在其他直線段均采用HDPE管道。

體外預應力索管道的灌漿材料可分為剛性灌漿材料和非剮性灌漿材料。剮性灌漿材料通常是指水泥，非剛性灌漿材料主要是指油脂和石蠟。

水泥灌漿是最簡單和常用的，它可以適用于與結構有離散粘結的體外預應力結構，也適用于與結構完全無粘結的體外預應力結構。而油脂和石臘通常用在由普通鋼絞線和鋼制管道組成的預應力系統中，以達到鋼索與結構無粘結的目的。圖2和圖3分別為兩種典型的體外索形式。

圖2 普通鋼絞線外包HDPE防護體的體外索

圖3 單根無粘結鋼絞線外包HDPE防護體的體外索

體外預應力索及管道和灌漿材料的選擇標準主要基于以下幾個方面的考慮――

1、環境條件和鋼索的暴露程度

當結構構件通常處于干燥、潮濕、長期濕潤或干濕交變的環境中時，可用如圖2的鋼索，當結構構件在嚴重侵蝕性的惡劣環境中時，可用圖3中防護能力較強的鋼索形式。管道和灌漿材料選擇受環境的影響不大。

2、鋼索索力調整和鋼索的調換

通常是指體外預應力索的多次張拉以及在施工期或使用期的拆卸和調換。不管管道和灌漿材料如何選擇，只要采用單根無粘結鋼絞線組成的鋼索，就能夠滿足多次張拉的要求。如在錨固和轉向位置處采用雙層管道，不管鋼索是何種類型，均能達到拆卸或調換的要求。而當體外預應力索在錨固及轉向位置采用單層管道時，則只能采用無粘結鋼索和非剛性灌漿材料，才能保證鋼索的拆卸和調換。

3、鋼索張拉時的摩擦力

鋼索與管道之間的摩阻力會引起預應力損失，該項損失與管道不平整系數k是和鋼索與管道間的摩擦系數μ相關。體外無粘結鋼索k是和μ值非常小，所以往往在特別長或彎道很多的情況下采用。

三、實例分析

某快速環線工程全線采用立交高架橋的設計方案，其中跨越津塘路部分稱為快速環路工程津塘路高架橋，其中 R 線 20#-25#墩結構設計為五跨一聯連續預應力混凝土單箱單室箱梁，且部分預應力束采用體外預應力技術。

1、體外預應力箱梁的設計

作為試驗聯的跨徑布置為 28m+28m+28m+27m+27m。橫向布置為 0.5m 防撞護欄+15.5m 車行道+0.5 米防撞護欄，全寬 16.5m。結構形式為連續箱梁，截面形式為單箱單室，梁高為 2.0m，采用單箱單室截面，箱梁兩側懸臂為 3.75m，采用斜腹板形式。腹板正常段厚度為 0.5m，加厚段厚度為 1m，與高架橋的截面形式統一。橋面鋪裝采用 6cm 混凝土鋪裝+9cm 瀝青混凝土鋪裝，截面形式如圖4所示。

圖4

由于本次研究的實際工程為單箱單室大懸臂結構，為整體工程外觀及安全考慮并沒有減小截面腹板尺寸，因為結構所選取的腹板厚度已經是接近結構剪力要求的最小厚度了，兩邊墩處的加厚段長度為 3.3m，中墩處兩側加厚段 5m，加厚段和正常段之間為 3m 的漸變段。

2、體外預應力束的設計擬定

該體系屬于無灌漿、可拆卸替換的無粘結體外預應力體系，其主要組成為：體外預應力鋼索：選用以高強鋼絞線為原料進行強化防腐處理的環氧全噴涂無粘結筋作為預應力鋼筋。體外預應力鋼索的防護系統：選用的環氧全噴涂鋼絞線由環氧層、油脂層、PE 層形成三層防腐，防護效果極好。

3、體外預應力的轉向裝置：

體外預應力鋼索的錨固系統：采用雙層喇叭管結構，并在內層喇叭管內灌注水泥砂漿、環氧砂漿或油脂。這種結構，既可方便換索，又可借助砂漿的握裹力提高整個體系錨固的可靠性，且對露的鋼絞線起到加強防腐的作用。

4、體外預應力減振器：

為使索體自由段的振動頻率不同于整個結構的振動頻率，必須在適當的距離安裝減振裝置使索體自由段的振動區間變短并給索體適當的減振，以避免索體產生有害的振動。對于體外束部分，參考有關文獻和體外束的已有研究成果，體內預應力束的數量的增加能增加結構的延性，分散裂縫的發展，減少二次效應的影響，破壞時體內束的應力將達到其極限應力，大大的提高了其極限應力。因此采用體內束、體外束結合的思路來進行預應力設計，即體內、體外束各占一半。體外、體內預應力束數量的估算不再詳述。體外束采用環氧全噴涂鋼絞線。為了充分的發揮體外預應力體系的可更換，可調節應力的優點，本次設計對預應力錨具采用了可更換的體外束專用錨具，要能夠在未來進行更換。由于工程實際的一些限制因素，此聯的前后聯箱梁均已澆筑完畢，在梁體外面已經沒有空間進行體外預應力束的張拉，因此此聯的體外束的錨具全部設計在箱梁的內部，采用了在第三跨跨中對穿進行單向張拉，在梁端設置錨塊進行錨固的體外束張拉方法。在正常情況下還是應該將預應力束穿過梁端，并采用兩端張拉的方法。按照上述的原則，在箱梁內部設置有轉向塊和錨固塊，轉向塊的布置位于腹板正常段的兩端，此位置基本位于正負彎矩交替范圍內，是較為合理的。

結論

在橋梁加固方面,體外預應力技術已被廣泛使用,而且體外預應力技術的再發展本身也得益于其在加固方面的完善。特別是將斜拉索的防護技術應用于體外預應力束之后,體外預應力筋的防腐蝕問題得到根本解決,作為一種主動的結構加固技術,體外預應力有著體內預應力所無法比擬的優勢而倍受青睞。隨著新材料的發展和在工程中的應用,體外預應力混凝土橋梁有著強大的生命力和廣闊的應用前景。

【參考文獻】

篇8

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0073-02

橋梁的造價、質量及施工工期等往往都深受橋梁下部結構的影響，橋梁發生的事故大多與下部結構設計有著直接的關系，如沉降不均均勻會導致的橋面開裂和橋體傾斜等。在整個橋梁工程的設計中，下部結構設是整體設計的重點，下部結構設計的合理與否關系的整個橋梁工程的安全和成本的控制。目前橋梁的下部結構設計應更注重合理性的設計，而非可行性設計，可行性設計僅考慮了暫時橋梁工程的穩定性，對后期影響后期橋梁工程整體以穩定性的因素較為模糊，合理性設計更注重后期結構的穩定，更趨于安全。對此，筆者通過對比中外橋梁下部結構的設計形式及下部結構的與缺點，針對我國橋梁下部結構設計時應注意的問題和要點進行了分析闡述，對橋梁的下部結構的合理性設計提出一些建議和看法。

1 橋梁下部結構形式

1.1 國外的橋梁下部結構形式

早期的橋梁建設中，國外的大橋的基礎以氣壓沉箱基礎為主。隨著建設的發展，20世紀40年代，沉井基礎得到廣泛的推廣，成為橋梁下部結構的優選基礎類型。隨著科學技術的飛速發展，20世紀70年代中期左右，各個國家對橋梁基礎都有自己成熟的技術，因此出現了多種類型風格的基礎。

在美國，早期橋梁建設中，橋梁的下部基礎主要采用氣壓沉箱，修筑了紐約布魯克林大橋、Eads大橋。但這種基礎基礎結構造價高、勞動力需求大、施工較為危險。鑒于以上缺點，美國的工程技術人員對其在基礎上進行了改進，發明了沉井基礎，如美國舊金山的奧克蘭大橋、金門大橋都采用了此基礎。二戰過后，美國橋梁基礎的類型日益增多：1955年，查蒙德?圣萊弗爾（RlchmondSanRafael）首創鐘形基礎；1957年，美國龐加川湖橋模仿我國武漢長江大橋試驗采用了管柱基礎；1966年的美國班尼西亞馬丁尼茲橋（BeniciaMartinez）采用了鋼筋混凝土沉井和鋼管樁的組合基礎；1983年，俄勒岡橋（Oregon）采用雙曲線鐘形基礎。1994年，切薩比克一特拉華運河大橋采用預應力鋼筋混凝土方樁基礎；同年，休斯頓航道橋使用鋼筋混凝土方樁做為橋下部結構的梁基礎[1]。

在橋梁大國丹麥，1935年丹麥小海帶橋（TheLittleBelt）采用了鋼筋混凝土沉箱基礎；到了1937年，斯托司脫隆橋（storstrom）采用了較為成熟的沉井基礎；1970年，新小海帶橋亦采用了混凝土沉井結構基礎；1998年，大海帶橋（GreatBeltBridge）的主橋主塔基礎采用了高重力的設置基礎；2000年，厄勒海峽大橋亦全部采用設置基礎裝的方案進行。目前丹麥的大橋下部結構設計和施工技術已經處于世界領先地位。

橋梁大國日本，1970年，廣島大橋、神戶的波特彼河大橋、歧阜縣大橋、早漱大橋、新木曾川橋、日本港大橋等均采用了沉箱基礎；1998年，日本建成了世界上跨度第一的明石海峽大橋，此橋采用了圓形設置基礎。同時，鐘形基礎、多柱式基礎、鎖口鋼管樁基礎在日本橋梁基礎亦有所涉及和發展。

1.2 國內的橋梁下部結構形式

在我國，解放后橋梁建設才陸續開始，橋梁基礎形式主要為沉井基礎、管柱基礎及鉆孔灌注樁基礎。例如：杭州錢塘江大橋采用了氣壓沉箱基礎；長江上第一座橋梁，武漢長江大橋首創了管柱基礎，鑒于其結構的優越性，國外亦先后把管柱基礎應用于實際工程；南京長江大橋采用了沉井基礎；襄樊漢江橋、枝城長江大橋和重慶長江大橋等均采用了沉井基礎；北鎮黃河大橋首次采用了灌注樁基礎，隨后這種基礎類型在我國橋梁廣泛采用[2]。

20世紀80年代，我國開始建設跨海大橋。廈門大橋首次采用以嵌巖鉆孔灌注樁為橋梁下部結構基礎；廣東虎門大橋采用的基礎形式亦是鉆孔灌注樁基礎，成為了我國連接珠江三角洲的重要交通工程；我國第一座具有國際影響力的東海大橋，其主通航跨基礎采用鉆孔灌注樁基礎，對于非通航段采用了鋼管樁基礎，這種類型的基礎充分考慮了適用性與耐久性，使造價與工期相互協調，是我國橋梁建設的典范。

世界上第三長的的橋梁和第二長跨海大橋――杭州灣大橋，開創了國內外大直徑超長整樁螺旋鋼管樁；上海長江大橋是世界最大的橋隧結合工程，采用了鋼-混凝土組合結構作為橋下基礎。隨著我國跨海大橋工程項目的不斷開工建設，積累的經驗也會越來越豐富，下部結構的設計和施工也會越來越成熟。

2 橋梁下部結構設計內容

橋梁下部結構的設計大致分為：橋臺的設計、橋墩的設計、高墩的設計、防撞結構設計、及耐久性等設計。橋梁下部結構設計的好壞，關系著整個工程的質量，下部結構的設計需要做到“合理”，而不是可行。為此，針對上述設計內用予以合理性的分析。

2.1 橋墩與橋臺的設計與計算

對于墩臺的設計，首先應確定作用在墩臺上的荷載，各荷載和外力的計算值，應采用墩臺在正常情況下結構上有可能出現的最大荷載值。土壓力計算一般采用庫倫主動土壓力公式，而不是郎肯土壓力計算，這在設計中應給與重視，不要用錯計算方法，這兩種計算方法有著本質的區別：墾理論是根據土體中各點處于平衡狀態的應力條件直接求墻背上各點的土壓力.要求墻背光滑，填土表面水平，計算結果偏大.而庫侖理論是根據墻背與滑動面間的楔塊型處于極限平衡狀態的靜力平衡條件求總土壓力.墻背可以傾斜，粗糙填土表面可傾斜，計算結果主動壓力滿足要求，而被動壓力誤差較大.朗肯理論是考慮墻后填土每點破壞，達極限狀態；庫侖理論則考慮滑動土體的剛體的極限平衡。活載土側壓力的計算，鐵路橋臺要考慮其沿橫橋向的分布寬度，而公路橋臺則按橫橋向全寬均勻分布處理。墩臺所受的各項荷載中，除恒載外，其他各項荷載的數值是變化的且不一定同時發生。因此在設計墩臺時，就需要針對不同的驗算項目，確定各種可能的最不利荷載組合，對墩臺加以驗算，確保設計安全。在荷載組合當中，車輛活載起著支配作用。重力式橋墩計算中，一般需驗算墩身截面的強度、墩身截面的合力偏心距及橋墩的縱向及橫向穩定性[3]。

2.2 高墩的設計

在橋梁設計中，對于較矮的橋墩，設計中預先考慮的是橋墩的強度，而對于高墩的橋梁，設計的重點集中于橋墩的具體高度、穩定性及墩頂彈性水平位移的驗算。其設計方法與橋墩的設計方法大致相同。

2.3 防撞結構設計

防撞結構的設計主要應對的大面積流水對橋墩的撞擊力、大面積流冰堆積現象、流水對橋墩的磨損以及過往船只的撞擊力等對橋墩的危害。針對流水及流冰的撞擊，在中等以上流冰河道（冰厚大于0.5m，流水速度大于1m/s）及有大量漂流物的河道，應在迎水方向設置破冰棱體；航宇繁忙的河道，船只的過往及船體的失控或能見度較低都會造成傳播與橋墩相撞，為此橋墩設計中不但要有一定的抗船舶沖擊荷載的能力，還應進行緩沖和保護設計，預防或改變船只沖擊荷載的方向或減少對橋墩的沖擊荷載，不使其破壞。以東海大橋為例，其主墩的防撞設計為鋼筋混凝土防撞墩的形式，采用鋼管樁基礎，位于主墩的東西兩側設有防撞墩，護舷牛腿設在防撞墩與主墩承臺之間用以將強整體穩定性，每個防撞墩內采用壁厚20mm，直徑1300mm的螺旋焊縫鋼管作為防撞樁，以應對流水、流冰及船舶的撞擊。

2.4 耐久性設計

橋梁下部結構的耐久性設計分為：承臺與墩柱的耐久性設計、管樁的耐久性設計、鉆孔樁的耐久性設計等。不同地域、不同環境會引起橋梁下部結構的不同腐蝕，腐蝕嚴重與否直接關系到整個橋梁的安全。承臺與墩柱的耐久性設計采用富裕余量、被覆防護材料和涂料、陰極保護等；管樁的耐久性設計可采用包覆層保護、選用高耐久性混凝土提高密實度，減少孔隙率、增加混凝土保護層厚度等方法；鉆孔灌注樁的混凝土靠自重壓密，因此其密實性難以與經過振搗密實的混凝土相比，為增加鉆孔灌注樁的防腐性能，可適當增大鋼筋保護層的厚度（至少為75mm），并在灌注樁上部采用摻合料混凝土提高混凝土的密實度[4]。根據腐蝕區域的劃分，承臺及墩柱結構主要位于浪濺區，將遭受比較強烈的腐蝕作用。采用適當的混凝土保護層厚度，保護層厚度可參考交通部（（海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》中的有關規定，并根據高性能混凝土的設計模型FICK定律來確定一個合適實際需要的保護層厚度。

3 結語

總體講，在建橋梁工程，其下部結構設計得是否良好關系著橋梁的成本、質量及工期。故設計人員進行橋梁下部結構設計是，要從實際情況出發，注重對橋梁下部結構的合理性設計和概念設計，以保障橋梁質量以及后期的使用安全。

參考文獻

[1] 吉亞祥.橋梁的下部結構設計討論[J].江西建材，2015（2）：132.

篇9

1 工程基本情況

某大橋的橋位處于平原區蜿蜒型河段，其中左岸是河漫灘，已經建有人工的江堤，右岸則為高漫灘，河床坡降小，河床土質為低液限粘土、細砂、中砂。該處河段左岸修有圍堤，經建國以來多年的治理，圍堤已具備抵御100年一遇洪水的防洪能力。

橋位區屬于吉黑褶皺系松遼中斷陷中央凹陷，與東南隆起相臨。橋址區地層主要為三層：第一層為第四系全新統的沖積層，以粉細砂、中砂為主，厚度20～22m，第二層為上第三系的半成巖內陸湖盆相沉積層，以粉質粘土層及砂層呈互層狀產出，厚度25～30m，第三層為白堊系泥巖，埋深46～54m，全風化層3～10m厚，其下為弱風化泥巖。

主要技術指標：

1)荷載標準：汽車―超20級，掛車―120。

2)設計洪水頻率：特大橋為1/300。

3)橋面寬度：特大橋采用上、下行分離式斷面，單幅橋面寬度為12.70m(0.50＋凈-11.75＋0.45)。

4)橋面采用單向橫坡2%。

5)護欄防撞等級：特大橋行車道內側護欄防撞等級為Sm級，外側護欄防撞等級為PL3級。

2 橋型方案總體設計原則

橋型方案的研究是橋梁設計最為關鍵的環節。橋型方案研究不僅僅是對橋梁方案本身的研究，事實上應首先考慮橋梁總體設計，即橋位處所在區域政治、經濟、文化及歷史背景，橋位處的自然、人文、景觀、地形、地貌、地質、水文、氣象條件等因素，提出可供比選的橋型方案。

橋型方案的選擇在滿足使用功能和經濟適用的前提下，力求技術先進，結構新穎，行車舒適安全，同時考慮泄洪、通航、地質、地震條件以及城市交通發展的要求，富有時代氣息，考慮和地形、地貌和周圍環境景觀的協調配合，充分體現現代化橋梁建設新水平。

通過對各比選方案就橋長、跨徑組合、結構體系、施工工藝、工程造價、橋梁美學等方面進行綜合技術經濟分析比較，提出橋型推薦方案。

結合該大橋工程實際，橋型方案構思原則如下：

1）該大橋在滿足使用要求的前提下，結構形式的確定以符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的要求。標準化、系列化、因地制宜、方便施工和養護為原則，注重環保設計，并考慮美觀，使其富有時代氣息。

2）橋孔劃分考慮因素，一般為橋位處地形、地質、水文以及通航要求等，諸如地質條件、水面寬度、水深、流速、河床斷面變化及堤防、通航凈空等。充分考慮橋孔的合理配置，盡量達到結構受力和理、造型美觀。

3）盡量使橋梁上、下部結構工程造價總和最小，全壽命造價最小。

3 方案比較

3.1 方案提出

該大橋為該段的控制性工程，在橋型方案選擇上，根據地質、地震、通航、水文等要求，對主橋提出了5個方案橋梁結構型式進行比較。

第一方案：裝配式預應力混凝土簡支轉連續T梁，橋孔布置33×40+（12×50）+6×40，橋長2160m。

第二方案：100m變截面預應力混凝土連續箱梁，橋孔布置32×40+（65+5×100+65）+6×40，橋長2150m。

第三方案：368m雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，橋孔布置30×40+（39.4+160+368+160+39.4）+4×40，橋長2126.8m。

第四方案：107m中承式鋼管混凝土拱，橋孔布置34×40+（36.5+5×107+36.5）+4×40，橋長2128m。

第五方案：648m連續鋼箱梁懸索橋，橋孔布置26×40+（230+648+230），橋長2128m。引橋采用跨徑40m裝配式預應力混凝土簡支轉連續T梁，聯孔長度為4孔一聯和5孔一聯，簡支T梁現場預制，在橋上現澆連續段接頭，完成體系轉換，形成連續結構。

結構型式詳見表1。

表1 結構型式

項目 第一方案 第二方案 第三方案 第四方案 第五方案

平橋上部結構型式 裝配式預應力棍凝土簡支轉連續T梁 預應力混凝土連續箱形梁 雙塔雙索而預應力混凝土斜拉橋 中承式鋼管混凝土拱 三跨連續鋼箱梁懸索橋

上部 主橋橋孔布置(孔×m) 12×50 65+5×100+65 160+368+160 36.5+5×107

+36.5 230+648+230

雅達虹岸引橋(m) 33×40 32×40 30×40+39.4 34×40 25×40

煉油廠岸引橋(m) 6×40 6×40 39.4+4×40 4×40

下部 主橋主墩結構型式 圓柱式墩 矩形墩倒 Y形塔 重力式墩 H形塔

主橋邊墩結構型式 矩形柱式墩 圓柱式墩 矩形柱式墩 圓柱式墩

引橋橋墩結構型式 圓柱式墩

引橋橋臺結構型式肋 板式橋臺

基礎 主橋主墩結構型式 鉆孔灌注樁基礎 沉井基礎

其它墩臺結構型式鉆 孔灌注樁基礎

3.2 方案必選

各方案從結構受力、施工養護難易程度、使用舒適性、橋梁美觀等方面進行如下的比較。

第一方案：該種結構形式采用較普遍，主梁集中預制，雙導梁安裝，在橋上完成體系轉換，形成連續結構，施工工藝簡單，施工工期短，造價低，可以滿足使用功能和通航要求，但橋型單調、呆板，孔徑小，橋墩多，由于航道在橋位處為彎道，通航條件差。

第二方案：造型簡潔、線條明快，結構剛度較大，對固接墩下部的抗震性能要求高，為了滿足橋梁的抗震要求，主橋需采用兩個固接橋墩，由于橋墩高度不高，因此由于溫度變形對主梁及橋墩受力均不利，中孔合攏前需對兩側主梁進行頂壓，以降低收縮、徐變、降溫與升溫的不對稱程度。主梁截面采用分離式單箱單室斷面，三向預應力結構，主梁采用懸臂澆筑方法施工，設計及施工技術成熟，造價略高。

第三方案：該方案跨徑大、主塔高，造型宏偉美觀，景觀效果好，技術先進，體現時代精神和現代氣息，結構采用全飄浮體系，抗震性能大大提高。主塔采用倒Y型或A型，拉索為空間雙索面，主梁采用雙主肋斷面，主塔采用爬模施工，主梁采用懸臂澆筑施工，設計、施工及控制復雜、要求高，造價高。

第四方案：該方案橋型新穎，主橋主梁高度小，與橋高配合協調，但結構抗震性能較差，設計及施工工藝復雜，且引道路基需加寬；橋位處地質情況差，沉井基礎工程量大，使該方案造價較高。

第五方案：該方案跨徑較大，造型宏偉，技術先進，主梁采用混凝土主梁，自重較重，造價較高，主橋錨碇采用重力式錨，施工復雜，該方案造價最高。

通過論證可以看出：第三方案雙塔雙索面斜拉橋、第四方案中承式鋼管拱、第五方案三跨懸索橋均較美觀，但造價較高，施工困難，橋面以下的高度較矮，較難發揮這幾種橋的立面美觀的特點。第一方案結構簡單，但下部多，總造價雖較低，但對通航不利。綜合考慮各方面因素，采用第二方案體系較合理，主橋為預應力混凝土半剛構-連續箱形梁，引橋為裝配式預應力混凝土簡支轉連續T梁。

4 結束語

橋型方案設計本身就是一項復雜和靈活的工作，特別是對于一些橋位比較復雜的橋梁，具有曲線、大超高、大縱坡、高墩和長橋等特征的橋型方案設計，還處于摸索階段，有很多新的問題需要進一步的探討和研究。隨著社會經濟和公路事業的日益發展，大力發展高速公路將成為必然，因而高速公路橋型方案設計必將日趨成熟。

參考文獻：

篇10

1前言

隨著我國現代橋梁結構設計理論的發展，由容許應力法發展到基于可靠度理論的半概率設計法、近似概率設計法及全概率設計法等，基于可靠度的橋梁結構優化設計開始快速的發展了起來，這無疑是設計思想和設計理論的一大進步。

由于大部分橋梁是超靜定甚至是高次超靜定結構，結構復雜，而且設計變量多（如幾何尺寸、材料參數等），使得進行整體優化依然存在困難。因此，橋梁結構的優化設計多以局部優化為主，但對橋梁的評價是以整體效果為主，局部優化對整體改善的效果難以評定，各個構件獨立優化后構成的結構體系并不一定就是最優。隨著體系可命度理論的發展，橋梁結構優化設計可以以可靠度為約束條件，以整體經濟指標、整體結構功能或整體動力性能最優為目標進行優化。

2 結構體系可靠度的基本理論

對于單個構件或截面的可靠度，其極限狀態一般定義為單一的失效模式（如拉壞、剪壞、失穩等），但在實際中，同一個結構往往涉及多種或多個失效模式，若其中任意一個失效模式出現，則會造成構件或結構體系的失效。另一方面，結構體系的系統組成方式有串聯、并聯和混聯（由串聯、并聯組合而成），對于一個復雜結構體系，某個構件的失效未必會造成整個結構體系的破壞。因此，體系可靠度的研究可認為是多個功能函數的可靠度問題。

2.1 結構體系可靠度的一般計算式

設結構體系A由n個構件單元A1、A2 …An組成，單元Ai（i=1，2…n）的荷載效應Si和抗力Ri分別有分布函數Fi（x）和Gi（x），密度函數fi（x）和gi（x）。

構件單元Ai的可靠概率為

（1）

結構體系A的可靠概率為

（2）

式中，pA（x1， x2，…，xn）為在指定荷載效應水平（x1， x2，…，xn）下A的可靠概率；fs（x1， x2，…，xn）為荷載效應（S1， S2，…，Sn）的聯合密度函數。然而這是一個復雜的多重積分，涉及到構件或失效模式間的相關性質，在實際工程中難以精確求解，在實踐中往往采用近似估算的方法。

2.2 串聯、并聯體系的可靠度估算

在結構體系可靠度分析中，根據構件失效與體系失效之間的關系，可將實際結構理想化為串聯、并聯和這兩種體系的組合。

串聯體系是指結構體系A中任意一個構件單元（或失效模式）Ai（i=1，2…n）失效就導致結構體系A失效。A的可靠概率為

（3）

按一般界限法，有

（4）

當構件單元A1、A2 …An相互獨立時取左邊等號；當單元完全相關時取右邊等號。

并聯體系是指結構體系A中全部構件單元（或失效模式）失效才導致結構體系A失效。A的可靠概率為

（5）

按一般界限法，有

（6）

當構件單元A1、A2 …An完全相關時取左邊等號；當單元相互獨立時取右邊等號。

一般界限法取兩種極端情況作為上下界，易于理解和運用，但其估算范圍較寬，于是學者們提出了精度更高的窄界限估算法、PNET法、β約界法和蒙特卡羅法等近似計算方法，但這些方法較為復雜，在由體系可靠度求解構件可靠度的逆運算存在著較大困難，可作為結構優化后的體系可靠度驗算。

3 橋梁結構體系可靠度的優化分析

橋梁結構體系可靠度的優化，就是在給定的整體可靠度指標條件下，根據一定的目標函數，從整體到局部，分析構件的合理可靠度，最后再從構件到體系驗算整體可靠度及目標函數的過程。

3.1 優化模型

假設橋梁結構A由n個構件單元A1、A2 …An組成，以整體經濟費用為目標函數，整體可靠度為約束條件建立數學規劃：

（7）

式中，W和Wi分別為橋梁整體和構件的經濟費用；PA和P*分別為橋梁整體可靠概率和整體可靠概率要求。

該模型實際上就是在保證整體可靠度的條件下尋求總的經濟費用最低。各構件的經濟費用與尺寸和材料有關，尺寸和材料又影響其可靠度，因此假設構件的經濟費用為其可靠度的函數。當然，除了整體經濟費用，還可以以整體動力性能作為目標函數，或以效能-費用比作為指標，把美觀等方面的評價通過權重也納入效能的表達式里，甚至可以使用多目標優化，以達到安全、經濟、適用和美觀的統一。

3.2 優化分析

式（7）的優化模型可以說是屬于概念模型，具體分析要視其第二式目標函數的具體表達。假設構件的經濟費用與其可靠度在一定范圍內承線性關系，并考慮其失效造成的經濟損失，式（7）第二式可表達為

（8）

式中，Ci為構件i的造價系數，則Cipi為其造價；Li為構件i失效時的經濟損失。該表達式為。

若使用效能-費用比作為指標，式（7）中第二式可改為

（9）

式中，M為橋梁整體美觀的評價；α、β為衡量整體可靠度PA和美觀度M的權重。

對于式（8），Ci不一定大于Li，根據不等式定理有

（10）

當且僅當

時取等號。

因此，當所有構件的經濟費用期望值相等時結構體系的總經濟費用期望值最低。通常有Ci

對于式（9），由于其難以展開成關于pi的顯式表達，對于類似表達的優化則往往需要尋求數值解。隨著電子計算機硬件的發展，大型計算的耗時越來越少，可靠度的分析可使用響應面法、蒙特卡羅法甚至仿生學（如神經網絡）等方法結合有限元、有限差分和邊界元等方法進行，這樣可得到更精確的數值解，甚至可以同時進行多目標優化。

當結構體系較為復雜時，可將結構分成若干個子結構，作為總體結構的“子構件”，每個子結構可以再往下分級，直到基本構件。每一級的優化同樣可以應用上述模型及步驟，從整體到局部逐級分析每層子結構或構件的合理可靠度。盡管如此，在已知上層可靠度求解當前層的合理可靠度時，往往需要下一層的信息（如費用等），這便增加了方程的未知數，方程需聯立到底層構件才能求解，另一種方法是按經驗給出下一層信息求解當前層，然后進行驗算調整。

3.3 整體可靠度驗算

雖然由根據帶可靠度約束的優化模型求解出可能最優目標函數值及各構件的可靠概率，但其結果是在一定的假設或簡化的基礎上求得，忽略了一些細節如結構間的關聯性質和荷載信息等，而且由整體可靠概率往往難以精確反算出各構件的可靠概率，由此求出的結果較為粗糙，并不一定最優甚至不滿足要求，因此必須進行更高精度的整體可靠度驗算，并逐步調整到最優解。在調整過程中還應注意到當構件可靠概率改變時，材料或尺寸等參數相應改變，而構件的剛度及內力也會隨之改變，即構件的抗力和荷載效應均產生了變化，構件的可靠度需重新計算。