桥梁概念设计总结

——记项海帆《桥梁概念设计》读后总结

虽然在本科阶段学过桥梁工程概论的课程，但实际上对于桥梁的了解并不够深入，在拜读《桥梁概念设计》后有感，写一些东西下来。

桥梁工程是土木工程大类中的一大块，不同于房屋建筑的围护功能，桥梁作为跨越区域的结构，所涉及到的范围更加广泛，元素也更加多。目前桥梁不单单是在跨越水域和山区的功能，城市高架桥梁也变得越加普遍。因此桥梁作为更加贴近生活的一种建筑，不单单只是偏安一隅于江河湖海与山峻之上，在跨入城市生活之后，桥梁的要求变得越来越高，也更复杂。

历史与前沿

在经典的力学基础之上建立的土木工程理论基础，是进行各类土木工程结构建造的基石。

纵观桥梁发展的历史，主要有几个突破点，一个是材料的突破，由天然的石料和木材作为主要的建筑材料，比如赵州桥，以及古代简易的风雨桥等，到工业革命之后发展的金属桥梁，例如铸铁拱桥coalbrookdale桥，再到后来我们所熟悉的钢材和钢筋混凝土。第二个是计算理论和软件的进步，包括挠度计算理论，有限元软件分析等等，理论的进步为更多桥型和受力结构提供了依据，有限元软件则是创建了模型并提供了数值分析结果。第三个是施工技术和设备的更新，新型的技术可以完成之前无法做到的施工问题，为更高要求的施工质量和施工精度提供了便利和保障。

随着跨度和环境的变化，多种桥型随之诞生和发展，新型技术的运用同样与之相称，可以说，桥梁的发展是需求和科技进步所共同推动的，需求为内因，科技手段则是实现方法，

结构体系

结构体系的三个层次是结构功能、结构形式、结构受力形态。

结构功能是结构产生和出现的原因，正是有着这样那样的需要，各种各样的结构应运而生。居住和房屋结构，是为了提供一个较为稳定安全的休息场所，因此需要限定在一定的范围之中，桥梁需要跨越障碍，为通行提供便利，便需要跨越多个区域，与多个区域产生联系，为沟通的纽带。

结构形式是结构外观的骨架，脱胎于结构的美学外形。不同的结构形式对应了不同的适用的条件，其复杂程度也不同，就桥梁结构而言，有梁式、拱式、斜拉、悬索等，不同的结构体系有着自身不同的特点，适应的跨度、净高、通航能力等等，可以根据场地的具体需求来进行选择。

结构受力形态是进行设计和计算的核心部分，可以说结构形式和结构功能是选择结构的前置部分，是在一个大方向和宏观的角度来分析结构体系，在结构受力形态部分则是体现了结构真正的细部内容，结构体系所受的外部影响，内部结构产生的抗力，内部结构如何形成协同和发挥结构的功能，以及最终如何保证结构的安全性，这些是结构受力形态所需要考虑的问题。

在概念设计阶段，一方面要根据现有的条件选择合适的桥型和布置方式；另一方面是在确定结构之后，对于实际中出现的问题要对结构进行修改时，如何能够达到最优的设计效果。在这里，一个是大方向修改，另一个是细部的调整。

就第一方面来说，选定合适的桥型和布置方式，首先是需要准备足够详尽的资料来进行设计和判断，避免大方向的问题出现，同时除了需要在现有的条件下来进行方案布置和选择并分析其优劣之外，更需要有一种防患于未然的准备，考虑可能未来可能出现的状况，比方说在选择桥型的时候，比较理想的是在可能发生桥型变换时，能够留有桥型变换的余地，比如结构体系的转换，由斜拉转换成斜拉和悬索结合时，主塔的承载能力、基础的承载能力能够满足结构转换之后的承载力要求。

再说第二方面，优化设计，在实际的工程过程中，遇到的意外情况其实并不罕见，同时准备的资料也不足以完全说明所有的情况，因此在应对这些超出预期的问题时，如何能够在不断更新和变化的条件下，合理设计达到最优，主要需要考虑以下几个方面：首先是考虑整体与局部的关系，在这个阶段，需要修改的通常是细部的调节，因此要在局部满足修改条件之后考虑整体的性能是否受到了影响，再有的是针对修改内容，是否改变了原来的美学效果，能够采用影响较小的方式，是否对于原有的布局设置产生了影响，局部的净空、与其他结构的距离等是否由影响。优化的效果不仅仅是对于该部分构件本身的结构特性完成了修缮，同时也要考虑结构相互关联的地方是否能够满足规范和原有设计理念的要求。