關(guān)鍵字：道路橋梁 設(shè)計(jì)理論

　　1 引言

　　在漫長(zhǎng)的古代和中世紀(jì)，從事建筑營(yíng)造活動(dòng)的工匠，既是建筑師，又是結(jié)構(gòu)工程師。后來(lái)，隨著建筑功能的大大增加及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，才出現(xiàn)了建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的分工。但是，橋梁就有所不同，直到現(xiàn)在，一位橋梁設(shè)計(jì)師既是建筑師，又是結(jié)構(gòu)工程師。依筆者之見(jiàn)，究其原因大概有三條：

　　①橋梁的功能并不復(fù)雜，其建筑設(shè)計(jì)可由結(jié)構(gòu)工程師代替；

　　②橋梁所受荷載較房屋建筑特別大，因而，其造型大多以結(jié)構(gòu)受力合理為重心進(jìn)行選擇，也就是說(shuō)，橋梁建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)系非常緊密；

　　③橋梁建筑設(shè)計(jì)與施工方法緊密相連，而施工方法與結(jié)構(gòu)受力分析息息相關(guān)，這是橋梁工程的顯著特點(diǎn)之一。

　　當(dāng)今世界橋梁飛速發(fā)展，越來(lái)越多的橋梁需要我們?nèi)ソㄔ欤绕涫钦卺j釀的跨海峽大橋，其迫切需要超大跨徑，于是，人們開(kāi)始不滿足于現(xiàn)有的橋式，，而是正積極探索其它嶄新的橋式，這就需要對(duì)橋梁建筑學(xué)進(jìn)行研究。筆者根據(jù)多年橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程力學(xué)原理及建筑美學(xué)法則，總結(jié)出合理橋式應(yīng)遵循的若干條規(guī)律，初步形成了橋式最優(yōu)設(shè)計(jì)理論。

　　2 合理橋式所遵循的規(guī)律

　　橋梁結(jié)構(gòu)合理形式并非有特定的單一的結(jié)構(gòu)形式，因此，研究其特性應(yīng)從總體上把握其規(guī)律，然后，以其為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)所要討論橋式的優(yōu)劣。

　　實(shí)際上，橋梁結(jié)構(gòu)合理型式所遵循的一些規(guī)律已零散地存在于橋梁建設(shè)者的頭腦中，并自覺(jué)或不自覺(jué)地運(yùn)用于實(shí)踐。，這里只不過(guò)將其歸納總結(jié)，使之系統(tǒng)化、理論化、使其具有邏輯性，有層次感。這些規(guī)律難以定量化，而只能用語(yǔ)言描述的形式來(lái)表達(dá)。

　　【準(zhǔn)則1】良好的結(jié)構(gòu)方案是良好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要前提。

　　因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無(wú)論多么完美的結(jié)構(gòu)計(jì)算都無(wú)法彌補(bǔ)經(jīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)思而形成的結(jié)構(gòu)方案中的不足，相反，良好的結(jié)構(gòu)方案卻能夠部分彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的不足。由此可見(jiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)思的重要性。

　　【準(zhǔn)則2】功能準(zhǔn)則 結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足全部功能的要求。

　　準(zhǔn)則2給出了橋式最基本的要求——功能要求。

　　【準(zhǔn)則3】功能決定結(jié)構(gòu)。

　　由準(zhǔn)則2不難得到準(zhǔn)則3.橋梁的跨越功能是橋梁最基本的功能之一，橋梁的跨越功能決定了橋梁必須有橋跨結(jié)構(gòu)，而為了支承橋跨結(jié)構(gòu)，必須有支承結(jié)構(gòu)。橋梁要使其上的車輛或行人等安全、舒適地通過(guò)，橋梁須能承受車輛、行人等荷載，且不產(chǎn)生過(guò)大的變形而影響使用。正是橋梁功能的要求，才使得為滿足橋梁功能要求而修建的結(jié)構(gòu)被稱為橋梁。

　　【準(zhǔn)則4】幾何不變準(zhǔn)則 一般工程結(jié)構(gòu)都必須是幾何不變體系。

　　為了保證車輛、行人等安全、舒適地通過(guò)橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)在主要受力面-順橋向鉛垂面內(nèi)應(yīng)保證幾何不變，在次要受力面-橫橋向鉛垂面及水平面內(nèi)亦應(yīng)保證足夠的剛度。這是橋梁成為工程結(jié)構(gòu)的基本條件。

　　判別一結(jié)構(gòu)是否為幾何不變的過(guò)程稱為機(jī)動(dòng)分析。

　　【準(zhǔn)則5】傳力路徑準(zhǔn)則 合理的結(jié)構(gòu)在荷載作用下，其傳力路徑較短。

　　傳力路徑——筆者建議將構(gòu)件中主拉（壓）應(yīng)力跡線定義為傳力路徑，將結(jié)構(gòu)在使用荷載（包括桓載）作用于，各主要受力構(gòu)件傳力路徑之和定義為該結(jié)構(gòu)的傳力路徑總長(zhǎng)。

　　對(duì)于拉（壓）桿，其主應(yīng)力跡線均平行于桿件軸線，因此，傳力路徑等于桿件的長(zhǎng)度。而對(duì)于純受彎桿件，任一橫截面內(nèi)均有拉應(yīng)力及壓應(yīng)力，其主拉（壓）應(yīng)力跡線亦平行于桿件軸線，其傳力路徑等于桿件的長(zhǎng)度。但梁常為彎剪耦合構(gòu)件，梁內(nèi)任意一點(diǎn)均處于二向受力狀態(tài)。其主應(yīng)力跡線呈曲線，可見(jiàn)，其傳力路徑復(fù)雜，此時(shí)可將梁比擬為“桁架”（拉一壓結(jié)構(gòu)），其各構(gòu)件傳力路徑之和可定義為梁的傳力路徑。對(duì)于彎剪扭耦合構(gòu)件，可將其比擬為“空間桁架。可見(jiàn)，拉（壓）桿件傳力路徑較受彎桿件短得多，它是傳力最簡(jiǎn)捷的構(gòu)件。

　　不論是橋跨結(jié)構(gòu)還是支承結(jié)構(gòu)，不論是橫截面內(nèi)（如受彎箱梁在彎矩平面內(nèi)的傳力路徑主要是沿腹板傳遞，因此，其主筋應(yīng)配置在靠近腹板的范圍內(nèi)為好等）還是細(xì)部構(gòu)造（如拱上立柱與箱拱連接處橫隔板沿立柱豎向設(shè)置較徑向設(shè)置傳力簡(jiǎn)捷；帶掛孔的懸臂梁橋采用受拉型鉸較傳統(tǒng)受壓型鉸施工吊裝方便、牛腿的受力與梁的受力吻合，細(xì)部構(gòu)造優(yōu)越等），傳力路徑簡(jiǎn)捷、明快者為較好的形式。

　　【準(zhǔn)則6】應(yīng)力均勻準(zhǔn)則 結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)均勻流暢。

　　對(duì)于桿系結(jié)構(gòu)，應(yīng)

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