1引言
橋梁設(shè)計(jì)工作中，因橋與建筑設(shè)計(jì)工作和施工方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊密聯(lián)系，使得橋梁設(shè)計(jì)師，即是建筑師，又是結(jié)構(gòu)師。隨著橋梁建筑的迅速發(fā)展，我國現(xiàn)在的橋梁建設(shè)越來越趨向超大跨徑，這就需要橋式設(shè)計(jì)理論的同步發(fā)展。本文依據(jù)實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及建筑美學(xué)，結(jié)合工程力學(xué)原理對橋梁設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)理論加以探討。
2橋梁設(shè)計(jì)的基本規(guī)律
橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理形式并非是特定的形式，也非單一的結(jié)構(gòu)形式，但在總體上仍然具有其統(tǒng)一的基本規(guī)律，本文即以此為基本標(biāo)準(zhǔn)來討論合理橋式設(shè)計(jì)的一些原則與規(guī)律。
一般來說，在實(shí)際的橋梁建筑中，橋梁設(shè)計(jì)師基于長期的工作實(shí)踐，遵循橋梁結(jié)構(gòu)合理形式的一般規(guī)律，并形成自己的基本套路和風(fēng)格，只是把這些規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)理論的總結(jié)歸納做得比較少，因此可以說，我國橋式理論相對薄弱，需要廣大橋梁設(shè)計(jì)師勇于把自己的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)化、理論化，使其具有邏輯性、層次感，把難以定量化的規(guī)律用語言的形式歸納出來。本人結(jié)合自己的工作實(shí)際，認(rèn)為橋梁設(shè)計(jì)的基本規(guī)律有如下幾點(diǎn)：
2.1良好的結(jié)構(gòu)方案。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是完美的結(jié)構(gòu)的重要前提和基礎(chǔ)，在橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，方案構(gòu)思與結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)交叉進(jìn)行、相互協(xié)作。但無論多么完美的結(jié)構(gòu)計(jì)算都無法彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)方案中結(jié)構(gòu)構(gòu)思的不足。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，甚至能夠推動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算的進(jìn)一步提高，由此可見結(jié)構(gòu)構(gòu)思的重要性。
良好的結(jié)構(gòu)方案還要保證在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)安全可靠，即結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及耐久性均應(yīng)滿足要求。
2.2滿足橋式最基本的要求—功能準(zhǔn)則。橋梁必須能夠承受車輛、行人等荷載，且不產(chǎn)生過大的變形而影響使用。這是橋梁功能的要求，因此橋梁的跨越功能是橋梁最基本的功能之一，即功能決定結(jié)構(gòu)。
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，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。
另外由于橋梁要有一定的承載力，保證車輛、行人舒適并安全地通過橋梁，而且要使橫橋向鉛垂面及水平面內(nèi)亦應(yīng)保證足夠的剛度，這就需要工程結(jié)構(gòu)必須是幾何不變體系，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，保證橋梁結(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，這也是橋梁工程結(jié)構(gòu)的基本條件，這一條件可通過機(jī)動(dòng)分析來判別。
3橋式設(shè)計(jì)的力學(xué)準(zhǔn)則
橋式力學(xué)原則是從力學(xué)角度衡量橋式優(yōu)劣的重要準(zhǔn)則。
3.1在荷載作用下合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳力路徑較短。
不管是橋跨結(jié)構(gòu)還是支承結(jié)構(gòu)，其橫截面內(nèi)、細(xì)部構(gòu)造均以簡捷明快的傳力路徑為佳，比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，主筋應(yīng)配置在靠近腹板的范圍內(nèi)為好等，再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。
一般說來，對于拉（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度。而對于純受彎桿件，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度。
拉（壓）桿件傳力路徑較受彎桿件短，是傳力最簡捷的構(gòu)件。因此梁如果是彎剪耦合構(gòu)件，可比擬為“桁架”（拉一壓結(jié)構(gòu)），把各構(gòu)件傳力路徑之和定義為傳力路徑。這是因?yàn)閺澕赳詈蠘?gòu)件內(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，傳力路徑復(fù)雜；如果是彎剪扭耦合構(gòu)件，可比擬為“空間桁架”。
因此，可以這樣定義：傳力路徑為構(gòu)件中主拉（壓）應(yīng)力跡線定義為傳力路徑，傳力路徑總長為荷載作用下的結(jié)構(gòu)作用于各主要受力構(gòu)件傳力路徑的總和
3.2結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)均勻流暢，構(gòu)件體形變化要平順。這樣才能較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)處或邊界處過渡平滑、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)是力流平順的必要條件，同時(shí)，也可提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度。桿系結(jié)構(gòu)應(yīng)包括桿件橫截面內(nèi)應(yīng)力均勻流暢，沿桿件長度方向內(nèi)力均勻及結(jié)點(diǎn)、邊界處應(yīng)力均勻，總之，要求結(jié)構(gòu)應(yīng)力處處均勻流暢。
橋梁設(shè)計(jì)工作中，因橋與建筑設(shè)計(jì)工作和施工方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊密聯(lián)系，使得橋梁設(shè)計(jì)師，即是建筑師，又是結(jié)構(gòu)師。隨著橋梁建筑的迅速發(fā)展，我國現(xiàn)在的橋梁建設(shè)越來越趨向超大跨徑，這就需要橋式設(shè)計(jì)理論的同步發(fā)展。本文依據(jù)實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及建筑美學(xué)，結(jié)合工程力學(xué)原理對橋梁設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)理論加以探討。
2橋梁設(shè)計(jì)的基本規(guī)律
橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理形式并非是特定的形式，也非單一的結(jié)構(gòu)形式，但在總體上仍然具有其統(tǒng)一的基本規(guī)律，本文即以此為基本標(biāo)準(zhǔn)來討論合理橋式設(shè)計(jì)的一些原則與規(guī)律。
一般來說，在實(shí)際的橋梁建筑中，橋梁設(shè)計(jì)師基于長期的工作實(shí)踐，遵循橋梁結(jié)構(gòu)合理形式的一般規(guī)律，并形成自己的基本套路和風(fēng)格，只是把這些規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)理論的總結(jié)歸納做得比較少，因此可以說，我國橋式理論相對薄弱，需要廣大橋梁設(shè)計(jì)師勇于把自己的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)化、理論化，使其具有邏輯性、層次感，把難以定量化的規(guī)律用語言的形式歸納出來。本人結(jié)合自己的工作實(shí)際，認(rèn)為橋梁設(shè)計(jì)的基本規(guī)律有如下幾點(diǎn)：
2.1良好的結(jié)構(gòu)方案。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是完美的結(jié)構(gòu)的重要前提和基礎(chǔ)，在橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，方案構(gòu)思與結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)交叉進(jìn)行、相互協(xié)作。但無論多么完美的結(jié)構(gòu)計(jì)算都無法彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)方案中結(jié)構(gòu)構(gòu)思的不足。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，甚至能夠推動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)算的進(jìn)一步提高，由此可見結(jié)構(gòu)構(gòu)思的重要性。
良好的結(jié)構(gòu)方案還要保證在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)安全可靠，即結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及耐久性均應(yīng)滿足要求。
2.2滿足橋式最基本的要求—功能準(zhǔn)則。橋梁必須能夠承受車輛、行人等荷載，且不產(chǎn)生過大的變形而影響使用。這是橋梁功能的要求，因此橋梁的跨越功能是橋梁最基本的功能之一，即功能決定結(jié)構(gòu)。
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，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。
另外由于橋梁要有一定的承載力，保證車輛、行人舒適并安全地通過橋梁，而且要使橫橋向鉛垂面及水平面內(nèi)亦應(yīng)保證足夠的剛度，這就需要工程結(jié)構(gòu)必須是幾何不變體系，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，保證橋梁結(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，這也是橋梁工程結(jié)構(gòu)的基本條件，這一條件可通過機(jī)動(dòng)分析來判別。
3橋式設(shè)計(jì)的力學(xué)準(zhǔn)則
橋式力學(xué)原則是從力學(xué)角度衡量橋式優(yōu)劣的重要準(zhǔn)則。
3.1在荷載作用下合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳力路徑較短。
不管是橋跨結(jié)構(gòu)還是支承結(jié)構(gòu)，其橫截面內(nèi)、細(xì)部構(gòu)造均以簡捷明快的傳力路徑為佳，比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，主筋應(yīng)配置在靠近腹板的范圍內(nèi)為好等，再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。
一般說來，對于拉（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度。而對于純受彎桿件，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度。
拉（壓）桿件傳力路徑較受彎桿件短，是傳力最簡捷的構(gòu)件。因此梁如果是彎剪耦合構(gòu)件，可比擬為“桁架”（拉一壓結(jié)構(gòu)），把各構(gòu)件傳力路徑之和定義為傳力路徑。這是因?yàn)閺澕赳詈蠘?gòu)件內(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，傳力路徑復(fù)雜；如果是彎剪扭耦合構(gòu)件，可比擬為“空間桁架”。
因此，可以這樣定義：傳力路徑為構(gòu)件中主拉（壓）應(yīng)力跡線定義為傳力路徑，傳力路徑總長為荷載作用下的結(jié)構(gòu)作用于各主要受力構(gòu)件傳力路徑的總和
3.2結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)均勻流暢，構(gòu)件體形變化要平順。這樣才能較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)處或邊界處過渡平滑、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)是力流平順的必要條件，同時(shí)，也可提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度。桿系結(jié)構(gòu)應(yīng)包括桿件橫截面內(nèi)應(yīng)力均勻流暢，沿桿件長度方向內(nèi)力均勻及結(jié)點(diǎn)、邊界處應(yīng)力均勻，總之，要求結(jié)構(gòu)應(yīng)力處處均勻流暢。