公路桥梁优化设计研究

　　这篇桥梁工程师职称论文发表了公路桥梁优化设计研究，公路桥梁的结构设计要保证其稳定性和经济性，由于建筑结构存在损伤会导致安全事故的发生，论文从结构可靠度的概念出发，阐述了在该背景之中的道桥构造设计规定以及关于道桥项目构造目的可靠性。

　　关键词：桥梁工程师职称论文,桥梁结构,结构可靠度,结构设计

　　在对公路和桥梁结构进行设计时，要确保其稳定性和经济性。在传统的优化设计中，设计师依照确定的数值进行设计，但是这种方案仅能满足最基础的需求，难以对公路和桥梁结构中的风险因素进行预判，也难以及时解决别的潜在故障。

　　1结构可靠度的概念

　　从公路和桥梁设计的整体思路出发，可靠度是在确定的期限内，在规范的要求内，实行特定功效的概率。对于确定的时期，是指在进行解耦股的分析时，要根据分析构造的寿命、不同的变量指标与时间的关系开展，确定为最有效的时间。而规范的要求背景就是在通常的建设环境和自然条件下，不受人为过多地干扰。

　　2在该背景之中的道桥构造设计规定

　　在结构可靠理论的指导框架下，结构的综合符合效应S必须小于或者等于结构所具有的抗力R，也就是RS。在使用结构可靠性理论进行公路和桥梁的设计时，应该在确定的自然环境下，将工程结构的截面安全指数β作为可靠的设计因素，将其在失效状态的概率作为失效的概率。但是在实际的环境汇总，抗力等因素往往是不确定的，并且时常变化，因此，上述数学函数也不是完全准确的，即设定的概率符合规范，也就是P{RS}=Pr(1)式中：Pr是结构的概率可信程度，在设计中应该在明确的失效概率Pj和可信程度Pr下进行结构的优化，使得抗力要大于或者等于结构的受力。

　　3道桥项目构造目的可靠性

　　目标可靠指标是结构设计的主要参考指标，也是设计师在对公路和桥梁结构进行优化设计中预期的安全信息。针对于度量结构可靠性来说，其设计的指标就是可靠指数。这一指数具有明显的优势，它能够结合失效概率与目标可靠指标，确定其中的逻辑对应关系。

　　4基于可靠度的公路桥梁结构优化设计

　　对于公路和桥梁的设计，不仅要确保桥梁和公路的耐用、结实和可靠，还要符合一定的审美原则，经济成本合理。对于设计师来说，好的设计应该涵盖这两方面的内容，实现经济和安全性能的并重。

　　4.1结构优化模式

　　从结构可靠度的设计理论出发，对于公路和桥梁的结构优化能够较为准确的预测每个组成部分的最佳稳定系数，通过对每个部分进行优化建设能够在较低廉的成本下，获得稳定性最高的设计方案。这也就是说，可以将对公路和桥梁的结构优化设计看成是具有两个层次的设计方案。对于第一个层次来说，设计师要考虑的是对结构的稳定程度进行最佳的配置方案。在自然的条件下，如果没有其他相关因素的制约，对于结构的稳定程度进行最佳的配置就是对以下的数学方程进行求值：

　　(2)式中：PM是第i个组成部件的稳定系数;C是工程的建造价格;K为相应的部件数量;W是需要求值的函数。在这个数学函数中，对于L和C的求解，当前只能利用半理论和半经验结合的方式或者完全的经验统计法，以期获得与之相近的表达公式。而对于公路和桥梁的不同组成结构和情况，L和C的也会相应的发生变化。因此，对于L和C的函数公式的合理设计是需要进一步设计的重点。

　　(3)式中：X是主要的设计变量。针对这一优化项目的另一种解决途径就是恰当的寻找设计可靠性能和结构建造成本之间的准确函数，其中，C(PS*)就是公路和桥梁设计中最为科学的经济成本。

　　4.2结构优化设计研究方向

　　考虑到基于结构可靠性理论的公路桥梁设计中，应该着重解决以下问题：针对公路和桥梁的结构和特征，选择具有实用性的优化设计方案。对公路和桥梁结构的各部组成部分之间的功能联系有一个整体的把握。需要考虑到优化结构各组成部分之间的失效模式以及其中的联系。需要设计师在考虑公路和桥梁结构的失效方式时，要针对主要的问题进行解决，还要做到合理简便问题的处理方式。对公路和桥梁结构的优化稳定性和经济成本之间的函数公式进行计算。设计师需要确定适合公路和桥梁的稳定系数分析和计算公式。

　　4.3基于可靠度的结构优化水平的划分

　　对于基于结构可靠性的优化方式可以依据优化变量的特征，设计四个优化水平。对公路和桥梁的结构进行优化，将截面的规模作为设计的指标。依据截面的规模和所要设计的几何图形作为设计的指标，对公路和桥梁的结构进行优化。依据截面的规模和形状的几何图形作为参考结合公路和桥梁结构的数值作为进行结构设计和优化的考量。对公路和桥梁进行整体的优化，将其结构的数据、几何图形以及截面的规模充分考量。

　　4.4未来发展

　　传统的公路和桥梁的设计优化过程中，使用的是确定性的设计方式，而未来的设计方向是向着概率设计的模式转变，具有更高的准确性和精度。在考虑公路和桥梁的结构负荷程度和作用时，数值的测量具有不确定性，主要是依据主观的经验判断安全指数，将其作为数学定量分析的组成部分，以确定某一确定时期内，公路和桥梁结构的失效指数和稳定性数据，这是对传统的工程设计项目观念上和方式上的重要创新。

　　4.5实例

　　文章以简支梁作为案例，对基于结构可靠度理论的公路和桥梁的优化设计方式进行详细的阐述，构建公路和桥梁有优化设计的数学函数。(1)科学选择合适的设计指标。设计指标对于设计具有重要的影响作用，其中变化规模较小，对于整体的要求不高的指标可以将其作为预定的参数进行数据计算，这样可以有效降低计算的复杂程度。(2)确定目标公式。在结构优化的设计中，设计师通常将公路和桥梁作为整体进行考虑，综合计算其工程项目的成本，并对相应的函数公式进行优化。

　　假设公路或者桥梁在使用寿命内的失效概率是P1，那么当其失效程度超过预估的最大程度时，就必须要考虑对整体公路或者桥梁进行重新建设。因此，我们可以认为对于公路和桥梁结构的设计优化方案可以简化为确定一组满足预设项目的失效概率P1、截面规模以及几何形状等的数据，以获得最低的C成本。minC=C1+C2P1(4)式中：C1是结构的经济成本，C2是对公路和桥梁结构进行重建的价格。

　　而C是一旦需要对整个工程结构开始建设或者重建的总成本。失效概率P1可以被认为是在公路和桥梁失效时所需要的重新建设的费用，其可以计算为：(5)(3)明确制约条件。对于公路和桥梁的设计优化方案应该具有一定的制约条件。通常来说，在设计方案内的边界约束、变形约束、应力约束、裂缝宽度约束以及强度约束外，还应该设计可靠因素β作为制约的条件，这个制约的条件就是对于公路和桥梁设计的整体，将实际的可靠因素βS和期望的目标因素βT进行对比，以确保βS要值大于或者等于βT。

　　5结束语

　　传统在公路设计中长期采用“定值设计法”，但是这种方式的优化效率不高，精度较差，未来的“概率极限状态设计法”已经成为对公路和桥梁等结构进行优化设计的主流方案。文章通过数学函数统计的方式，结合结构可靠性的理论，以工程结构的失效概率来判断结构的稳定程度，以获得最佳的经济效益和稳定性，促进公路和桥梁的优化设计。

　　参考文献：

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　　作者：樊海琳 单位：国家林业局昆明勘察设计院

　　推荐阅读：《世界桥梁》World Bridges(双月刊)创办于1973年，原名为《国外桥梁》，于2002年更名。现由中国铁路工程总公司主管，中铁大桥局集团有限公司主办，中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司出版。

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