橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是安全、適用和經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是采用定值設(shè)計(jì)的方法，既不能描述和處理橋梁結(jié)構(gòu)中客觀存在的各種不確定性因素，也不能定量地分析計(jì)算安全、適用及經(jīng)濟(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，更無(wú)法科學(xué)地協(xié)調(diào)它們之間的矛盾，使它們達(dá)到合理的平衡。事實(shí)上，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法追求的是一個(gè)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范條件下的最低水平設(shè)計(jì)，因而提出新思路、研究新方法是十分必要的。

橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析 

　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在橋梁工程領(lǐng)域日益受到重視，但其應(yīng)用的范圍和程度還很不理想。其原因除了橋梁工程設(shè)計(jì)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不利于推動(dòng)優(yōu)化技術(shù)之外，還可歸結(jié)為橋梁工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題的如下特點(diǎn)： 　　1.1橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的大量不確定性。如外部環(huán)境(荷載和結(jié)構(gòu)所處場(chǎng)地類型等)的不確定性、結(jié)構(gòu)本身的不確定性(結(jié)構(gòu)材料性能、截面幾何參數(shù)和計(jì)算模式的精度等不確定因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的不確定性)、結(jié)構(gòu)整體分析中由于模型簡(jiǎn)化的誤差而導(dǎo)致的不確定性等。為了充分考慮所涉及到的各種不確定性因素(目前主要考慮隨機(jī)性因素)，必須采用結(jié)構(gòu)可靠度理論。 　　1.2橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的多重性。包括承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)以及與其它特殊功能要求相聯(lián)系的極限狀態(tài)。 　　1.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)的多樣性。對(duì)橋梁工程來(lái)說(shuō)，人們既要求在目標(biāo)方面考慮結(jié)構(gòu)造價(jià)，還要考慮不同功能的失效概率和失效損失造成的失效損失期望、結(jié)構(gòu)運(yùn)行和維修費(fèi)用等在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還可以以某些特定結(jié)構(gòu)功能為目標(biāo)。另外，目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)也很復(fù)雜，既有設(shè)計(jì)變量的顯式函數(shù)(結(jié)構(gòu)的重量或造價(jià))，又有設(shè)計(jì)變量的非線性、高度隱式函數(shù)(結(jié)構(gòu)的失效損失期望);而且由結(jié)構(gòu)造價(jià)和結(jié)構(gòu)損失期望的加權(quán)和所構(gòu)成的統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)不具有對(duì)設(shè)計(jì)變量的單調(diào)性。 

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橋梁設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容 

2.1橋梁上部結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)

  ①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復(fù)應(yīng)力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導(dǎo)致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計(jì)中僅單一采用防水混凝土進(jìn)行防水。  由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開(kāi)裂后防水性能便大為下降。

③主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計(jì)當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計(jì)算角度均能滿足規(guī)范要求。可是在實(shí)際運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，主梁（主要是箱梁）箱體內(nèi)長(zhǎng)期大量積水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對(duì)于主梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長(zhǎng)時(shí)間不能排出橋外時(shí)便通過(guò)梁頂裂隙進(jìn)入箱體，進(jìn)而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。

④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對(duì)主梁收縮徐變考慮不足，經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是型號(hào)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致梁端或在最高溫度時(shí)擠壓損壞，或在最低溫度時(shí)拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。在很多設(shè)計(jì)中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計(jì)比較方便，但在橋梁兩端的護(hù)欄處成為主要的漏水區(qū)域。

因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。 

　　 2.2橋梁下部結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì) 

分聯(lián)墩蓋梁，分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，橋面水經(jīng)常通過(guò)伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區(qū)，分聯(lián)墩蓋梁長(zhǎng)期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯(lián)墩蓋梁頂面應(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點(diǎn)考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對(duì)墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響，設(shè)計(jì)中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。樁頂  橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。樁基頂部與承臺(tái)或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計(jì)于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土（尤其像鹽漬土、土中有機(jī)質(zhì)）等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對(duì)于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級(jí)，選擇相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定保護(hù)層厚度。 

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結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究方向 

　　基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究和解決以下問(wèn)題： 　　3.1研究符合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的、實(shí)用可行的優(yōu)化模型。 　　3.2研究橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的邏輯功能關(guān)系。在結(jié)構(gòu)體系可靠度理論中，研究較多較成熟的是“串聯(lián)系統(tǒng)”，因此，如何將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為若干具有串聯(lián)關(guān)系的單元(單元可以是單個(gè)構(gòu)件，也可以是構(gòu)件的組合，這種組合可能出現(xiàn)并聯(lián)關(guān)系或混合關(guān)系)，也是一個(gè)十分有意義的問(wèn)題，可使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。 　　3.3研究單元(構(gòu)件)失效之間、失效模式之間的相關(guān)性問(wèn)題。可靠度計(jì)算是結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為此，合理考慮各單元(構(gòu)件)失效間的相關(guān)性及失效模式間的相關(guān)性是非常重要的。  

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基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化水平的劃分及公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 

　   基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法按其設(shè)計(jì)變量的特性可劃分為四個(gè)優(yōu)化水平，分別是：水平一：截而優(yōu)化，以截而尺寸作為設(shè)計(jì)變量;水平二：形狀優(yōu)化，以截而尺寸和描述形狀的幾何尺寸作為設(shè)計(jì)變量;水平二：結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以截而尺寸、描述形狀的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量;水平四：總體優(yōu)化，以截而尺寸、描述形狀的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)特性參數(shù)和材料參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。 　　公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型 基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型可以決策出各個(gè)構(gòu)件的最優(yōu)可靠度,各個(gè)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是以最小的造價(jià)實(shí)現(xiàn)它的最優(yōu)可靠度,這就將結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分成以下三個(gè)方面: 選擇設(shè)計(jì)變量 一般把對(duì)設(shè)計(jì)要求起主要影響作用的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,如目標(biāo)控制參數(shù)(結(jié)構(gòu)造價(jià)C1和損失期望C2)和約束控制參數(shù)(結(jié)構(gòu)的可靠度PS);而將那些對(duì)設(shè)計(jì)要求來(lái)講,變化范圍不大或是根據(jù)結(jié)構(gòu)要求或局部性的設(shè)計(jì)考慮就能滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)等作為預(yù)定參數(shù),這可以大大減少設(shè)計(jì)、計(jì)算和編制程序的工作量。 確定目標(biāo)函數(shù) 一般用全橋所設(shè)計(jì)的梁結(jié)構(gòu)造價(jià)之和作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先,假設(shè)所設(shè)計(jì)的梁在使用期內(nèi)失效概率為PF,其失效以達(dá)到或超過(guò)極限狀態(tài)為標(biāo)志,一旦結(jié)構(gòu)損壞必須考慮重建。因此,橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題就歸結(jié)為尋求一組滿足預(yù)定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率PF,從而使總費(fèi)用C最小。 minC=C1+ C2PF 式中,C:目標(biāo)函數(shù); C1:結(jié)構(gòu)造價(jià); C2:結(jié)構(gòu)的損失期望,失效概率為PF時(shí)可能造成的失效結(jié)構(gòu)的恢復(fù)費(fèi)用。結(jié)構(gòu)失效概率為PF。 確定約束條件 公路橋梁結(jié)構(gòu)基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件,則包括尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構(gòu)件單元約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。在設(shè)計(jì)中,要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際橋梁工程,則是將公路橋梁設(shè)計(jì)中實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件相比較,保證各約束條件都符合現(xiàn)行規(guī)范的要求,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。 

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結(jié)語(yǔ) 

　　從確定性的設(shè)計(jì)方法向概率設(shè)計(jì)方法方向發(fā)展，這是當(dāng)前結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)入作用和結(jié)構(gòu)抗力實(shí)際上存在的隨機(jī)性和將主要依靠直觀經(jīng)驗(yàn)確定的安全系數(shù)變?yōu)橄到y(tǒng)地應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)定量給出一定基準(zhǔn)期內(nèi)結(jié)構(gòu)的失效概率和統(tǒng)一可比的可靠指標(biāo)，無(wú)疑是工程設(shè)計(jì)思想、概念和方法上的突破。基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的研究和工程應(yīng)用的前景將十分廣闊。