橋梁設(shè)計(jì)的安全性與耐久性理念以及美學(xué)理念
關(guān)鍵詞：路橋,設(shè)計(jì),美學(xué),安全性,耐久性
一、橋梁設(shè)計(jì)的安全性與耐久性理念
橋梁的安全性設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)為橋梁構(gòu)造所具備的防止損毀倒塌的能力。橋梁結(jié)構(gòu)的安全性則表現(xiàn)為：橋梁結(jié)構(gòu)的整體堅(jiān)固性，以及橋梁構(gòu)件的承載能力兩大方面。橋梁結(jié)構(gòu)的整體堅(jiān)固性是指當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部損壞時(shí)，能夠避免產(chǎn)生更大損壞后果的產(chǎn)生的能力。如果橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能較高，并具備良好的延展性和必要冗余長(zhǎng)度，能夠在地質(zhì)災(zāi)害以及人為造成的危害面前，發(fā)揮出較大的自我規(guī)避的作用，從而減少因?yàn)?zāi)害造成的損失。其次，是指橋橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身所具備的能夠承受自然力、地質(zhì)災(zāi)害、車輛超載等各種外來因素的能力，其中負(fù)荷性超載是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力威脅最大的因素，它對(duì)橋梁產(chǎn)生的損傷有時(shí)甚至是破壞性的。因此加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性顯得尤為重要，以下進(jìn)行詳細(xì)說明：
1、根據(jù)橋梁建設(shè)地的實(shí)際情況進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
符合使用要求和施工條件的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠有效的提高橋梁的使用安全性及其耐久性。因此，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)施工建設(shè)場(chǎng)地的實(shí)際情況，結(jié)合工程的使用要求，設(shè)計(jì)選擇出經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案。通常設(shè)計(jì)方案的選擇首選的是造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)便、預(yù)制配件標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn)跨徑的預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，條件受限時(shí)可選擇現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和大跨徑常規(guī)結(jié)構(gòu)。不宜因?yàn)檫^分追求景觀、地標(biāo)建筑、管理人員意愿而采用特殊結(jié)構(gòu)，不僅增加了工程投資，而且由于施工環(huán)境或者是施工技術(shù)的限制，橋梁施工質(zhì)量不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成橋梁建成之后存在安全隱患。
2、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要增強(qiáng)橋梁的耐久性
橋梁在使用過程中，由于地震、風(fēng)吹日曬等自然因素以及車輛超載、有害化學(xué)物質(zhì)的侵入等人為因素的影響，再加上橋梁自身使用的材料也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的退化，容易使橋梁的結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的損壞。尤其是大跨徑橋梁，現(xiàn)在我國(guó)有大量的大跨徑橋梁由于拉鎖在耐久性方面出現(xiàn)了一定的問題，從而導(dǎo)致拉鎖提前進(jìn)行更換，這樣不僅在財(cái)力上造成了一定的浪費(fèi)，此外，也影響了人們的正常生活。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因在于，設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒有考慮到增強(qiáng)橋梁耐久性的相應(yīng)措施，沒有對(duì)橋梁的耐久性引起充分的重視。為了避免以上現(xiàn)象發(fā)生，需要提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的重視程度，這樣才能延長(zhǎng)橋梁的使用時(shí)間。
3、結(jié)構(gòu)的疲勞損傷
風(fēng)荷載和車輛荷載都屬于動(dòng)荷載，它們會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，由于橋梁的建筑材料既不均勻又不連續(xù)，因此往往存在著許多細(xì)小的缺陷。在循環(huán)應(yīng)力的作用下，這原本細(xì)小的缺陷會(huì)逐漸放大并聚合，在引起結(jié)構(gòu)疲勞損傷的同時(shí)在材料內(nèi)部形成裂紋，如果不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和控制它們，則容易造成災(zāi)難性的后果。由于剛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷并導(dǎo)致開裂和橋梁垮塌的案例較多，因此對(duì)于疲勞損傷的研究一直屬于剛結(jié)構(gòu)橋梁的研究范疇。隨著橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，在20世紀(jì)90年代初，疲勞損傷的問題開始被納入混凝土結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)者的研究范圍之內(nèi)，但大多集中于對(duì)某些關(guān)鍵部位的疲勞損傷的研究，如大跨度混凝土橋梁的拉索錨固端，所以在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到疲勞損傷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，以便提前采取預(yù)防措施對(duì)其進(jìn)行處理。
二、橋梁設(shè)計(jì)的美學(xué)理念
“不必刻意爭(zhēng)高、爭(zhēng)長(zhǎng)、爭(zhēng)大；意在爭(zhēng)品質(zhì)、爭(zhēng)創(chuàng)意、爭(zhēng)特色。”這是已達(dá)成共識(shí)的橋梁總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則。中國(guó)工程院院士、國(guó)際橋協(xié)副主席項(xiàng)海帆教授在分析我國(guó)橋梁建設(shè)的成就與不足時(shí)談到：橋梁美學(xué)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、工程質(zhì)量是當(dāng)前存在的三個(gè)主要問題。我們可以看到橋梁美學(xué)擺在首要位置�？梢�，提高橋梁的品質(zhì)和體現(xiàn)橋梁的美學(xué)價(jià)值已成為我國(guó)橋梁工作者面臨的主要問題。隨著時(shí)代的發(fā)展和人們文化需求的高，要求橋梁設(shè)計(jì)師在考慮橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性和經(jīng)濟(jì)要求的同時(shí)，應(yīng)更加注重橋梁美學(xué)價(jià)值的提高。因而，設(shè)計(jì)和建設(shè)出既滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)要求，又能滿足人們的審美需要并與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一，還能反映出時(shí)代氣息和地方文化背景的現(xiàn)代化橋梁是新世紀(jì)橋梁工程師的責(zé)任和使命。
1、多樣和統(tǒng)一
中國(guó)的美學(xué)理論中有“同”與“和”的論述,實(shí)質(zhì)上講的是“同”與“異”的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。美學(xué)要求在多樣性中求統(tǒng)一,也就是“異中有同”。一座橋梁由各部分組成,美學(xué)要求使之統(tǒng)一成為有機(jī)聯(lián)系的統(tǒng)一體。一座橋中的各部分,或一組橋梁中的各座橋,宜是多樣的才更加美觀,不應(yīng)使各組成部分呈現(xiàn)出離散、混亂、毫無秩序、沒有互相呼應(yīng)的狀態(tài),或呈現(xiàn)多元中心的局面。美學(xué)中還要求統(tǒng)一中求多樣,使“同中有異”。譬如說,橋梁中的橋墩、欄桿、燈柱是最要求有劃一的構(gòu)造部分。但如果在適當(dāng)?shù)牟课?予以變化,則往往可以取得更好的美學(xué)效果
2、對(duì)稱
為使比率在橋梁中有秩序和富于韻律地出現(xiàn),對(duì)稱是所采用的一類具體方法。對(duì)稱分為鏡面對(duì)稱、平移對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、結(jié)晶對(duì)稱和體量對(duì)稱。這些對(duì)稱可以是完整的或不完整的,因?yàn)槊缹W(xué)不是精確的數(shù)學(xué),些許不完整性是允許的,有時(shí)還是顯示其變化、活潑所必需的。
3、比例
橋梁各個(gè)局部及整體的比例是以其固有的功能關(guān)系和結(jié)構(gòu)關(guān)系為藝術(shù)構(gòu)思前提的，必須在深刻了解橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)在規(guī)律的基礎(chǔ)上去尋求橋梁體態(tài)勻稱和比例和諧，決不能違背結(jié)構(gòu)關(guān)系和力學(xué)原理。比例的概念和一定歷史時(shí)期的技術(shù)條件、功能要求以及一定的思想內(nèi)容是分不開的。比如古代石梁、石拱相對(duì)厚重，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)使橋梁的跨越能力大大提高，與舊的結(jié)構(gòu)相比就顯得十分纖細(xì)。一座橋梁，其各部分的比例只有達(dá)到勻稱和諧時(shí)，才能構(gòu)成優(yōu)美的形象。但實(shí)際上比例處理不當(dāng)也是“常見病”，比如，挪威特羅姆斯港橋，其懸臂孔跨徑較邊孔跨徑還小，顯得布置缺少章法。另外，凈高和跨徑之比為2.5左右，顯得橋墩過細(xì)過高而比例失調(diào)，缺乏穩(wěn)定感。
5、色彩
色彩對(duì)橋梁美起著重要的作用,色彩既可使橋梁增添姿色,也可使其形象受到損壞。橋梁色彩的搭配謀求架橋地點(diǎn)的天然色彩或其他建筑物的色彩與橋梁本身的顏色取得協(xié)調(diào)。配色時(shí)首先根據(jù)環(huán)境及橋梁本身的形象確定基準(zhǔn)色即主色調(diào),然后搭配其他色彩。不要搞得眼花瞇亂,色彩繁雜。要注意整體上的統(tǒng)一,同時(shí)突出重點(diǎn)。協(xié)調(diào)相同色、相似色及補(bǔ)色的平衡,舍去無用的
6、與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一——橋梁景觀
“橋梁”顧名思義是聯(lián)系兩地的紐帶，起連接和溝通之作用。中國(guó)幾千年來，創(chuàng)造了無數(shù)的橋梁，也賦予橋梁極強(qiáng)的人文和時(shí)代氣息。現(xiàn)代的橋梁已不純粹以滿足功能為目的，橋梁巨大的跨度、強(qiáng)烈的形體表現(xiàn)力、超凡的尺度均對(duì)城市或大地景觀產(chǎn)生影響。研究我國(guó)的橋梁發(fā)展，就橋梁形式來說就具有強(qiáng)烈的時(shí)代特征。如上世紀(jì)60～70年代拱橋居多，80年代為梁橋、立交橋，90年代出現(xiàn)斜拉橋，20世紀(jì)末出現(xiàn)懸索橋。同時(shí)一座城市橋梁甚至可能成為此處的標(biāo)志或者形象代言。因此，人們對(duì)橋梁景觀的要求越來越高，有關(guān)橋梁景觀的設(shè)計(jì)與研究也應(yīng)運(yùn)而生。橋梁的景觀設(shè)計(jì)就是橋要作為一個(gè)社會(huì)進(jìn)步的載體，體現(xiàn)出時(shí)代特征。在滿足功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的前提下，對(duì)橋梁的布線、橋型、橋塔、橋亭以及橋欄、橋燈、橋面、色彩等進(jìn)行景觀尺度、景觀生態(tài)、景觀文化及美學(xué)方面的綜合考量與組織，以最大限度地實(shí)現(xiàn)美學(xué)、歷史文化、環(huán)保、功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。
結(jié)束語
橋梁設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)工程,它不僅要求安全、適用、經(jīng)濟(jì),而隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快,人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高,美觀作為一個(gè)重要的原則,對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響。因而橋梁設(shè)計(jì)的安全性與耐久性理念與美觀理念必須并重，并廣泛應(yīng)用于橋梁設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1]劉高,等.國(guó)內(nèi)典型橋梁調(diào)查報(bào)告.北京:中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院,2006
[2]張愛林.基于功能可靠度的結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)理論研究綜述[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(3):55-58.
[3]吳海軍,陳艾榮.橋梁耐久性設(shè)計(jì)方法研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2004,17(3):57-6.
