柯楠

摘    要：交通运输的发展对桥梁施工质量提出了更高的要求。桥梁设计不能局限于满足一种要求，而是要达到技术性、耐久性、安全性和经济性相平衡的目标。因此，桥梁设计要通过应用多种措施，使设计效果达到经济性和实用性的目标。本文主要针对桥梁设计中的经济性与实用性进行简要分析。

关键词：桥梁设计;经济性;实用性

1  桥梁安全性、耐久性问题重要性

1.1  经济损失巨大

根据国外的桥梁工程建设经验，如果桥梁在建设完成后发生安全性或者耐久性方面的问题，则在后期的运营和维护工作中将会造成极大的经济损失。国外这种典型工程实例并不少见，上世纪80年代，英国的英格兰中环线上的10来座高架桥，仅运行不到15年，就花费了上数十亿英镑在维修工作上，而当初这些桥梁的建设成本不到2亿，两者竟相差5倍以上。不仅在国外，国内这样的案例也并不少见。北京西直门环形立交桥，由于交通运输路网规划发生较大變化，于20世纪末进行拆除，在施工作业过程中发现结构由于长期处于工作环境温度过低的状态下，橡胶支座性状硬化，工作性能明显下降。根据桥梁原设计文件，计划该桥运行周期为50年，而桥上的橡胶支座还未服务10年就已经性能严重下降，可见如果不对该桥进行拆除，后期的维护保养费用金额巨大。

1.2  工程事故影响大

根据现有的工程经验，桥梁事故发生的主要原因都是人为因素引起的。对于存在明显病害的桥梁工程不进行相应的维护或者拆除处理，很可能会造成灾难性的损失。

1.3  恶劣的环境社会影响

在我国，绝大部分桥梁都是由于种种原因而频繁地进行维修，有些桥梁甚至是才达到一半的服务期就被迫拆除，这些不良的桥梁使用状况无疑是对社会资源的一种极大的浪费。如位于梅观高速上的观澜河大桥，该桥总长近500m，由于各种原因经专家论证分析后，提出该桥无法满足现有的承载力需求，决定拆除。随着国家宏观经济政策的发展和改变，政府和社会资本合作模式来运营公共设施项目已经变成一种常态。对于很多桥梁工程，如果按照这种模式，桥梁工程的耐久性问题成为了影响PPP合作模式利益分配是否合理的关键因素。

2  桥梁设计的具体内容

2.1  技术性和经济性

2.1.1  设计方案选择

桥梁设计方案比选对工程具有重要作用，对之后的工程初步设计与施工图设计具有重要影响。保证设计方案的合理性，除了能降低造价和缩短工期，还能在工程的设计周期内发挥良好作用。例如，对城市中的多层立交工程进行设计时，在高程控制桥跨方面选择预弯组合梁，虽然这种中小跨径桥型的上部结构成本高于普通的钢混或预应力结构（高出30%～50%），但是这种上部结构能有效降低上层路线实际高程，降低路基的平均高度，进而创造出更大的经济效益。当立交层数与桥长增加时，采用这种方式能创造更大的经济效益。

2.1.2  做好功能设计

在桥梁设计过程中，还应考虑桥梁的交通组织功能。桥梁的上下部分都有大量车流，如果设计中没有充分考虑桥梁交通功能，处于交叉口处的桥梁跨径相对较小，将使桥下向左转弯的车辆缺乏视距，影响行车的顺畅性，导致车辆与桥墩发生碰撞，对交通流量造成限制，无法保障交通安全。可见，该桥梁设计是失败的，根本无法发挥其经济效益。因此，桥梁设计中必须高度重视功能设计，通过良好的功能设计，使桥梁除了能够保证桥上正常行车，又能为桥下车流创造良好的通行条件，保证行车的顺畅性与安全。

2.1.3  充分结合技术性和经济性

在桥梁设计过程中，将技术性和经济性充分结合到一起，确保桥梁结构具备以下特征：一是可检性，即可通过检查确定桥梁结构实际状态和存在的病害缺陷;二是可修性，即可通过维修使病害缺陷得以有效处理;三是可换性，即对桥梁上的某些结构构件，可通过更换新构件达到最佳使用状态;四是可加强性，即可通过施工外的加强补强提高桥梁部分结构的强度;五是可控性，即可通过控制使桥梁结构构件处于良好状态;六是可持续性，即桥梁结构构件功能得到持续发挥。桥梁工程整体结构使用寿命与不同组成部分的使用寿命并非完全相等，使用寿命比结构设计使用寿命短的构件，在设计过程中必须使其具有可检性、可修性、可换性与可加强性。

2.2  结构耐久性

2.2.1  桥梁结构耐久性主要影响因素

桥梁结构耐久性主要和结构体系、施工材料和细节处理等因素有关，若结构体系不合理、材料选择不当或细节处理不到位，将对桥梁结构耐久性造成较大影响，具体表现在以下几方面：一是结构的整体性较差，缺乏足够的延性，不具冗余性;二是在结构计算过程中使用的计算图与受力模型未能完全明确，导致部分位置的受力不合理;三是结构所用混凝土材料的强度等级相对较低，钢筋的保护层厚度未能达到要求，配筋的直径偏小，截面厚度不足等。以上问题一旦存在，均会对结构耐久性造成影响，进而使成型后不久的桥梁就需要投入大量费用进行维修和加固。

2.2.2  做好耐久性设计

耐久性设计的目标在于使结构达到要求的使用年限。为了使耐久性设计具有良好的可操作性，现行技术规范对混凝土材料、钢筋保护层厚度、铺装层排水与构造配筋都给出了十分明确和详细的规定。一方面，要提升设计人员自身设计理念，通常情况下，在实际的结构设计工作中，相关设计人员大多注重强度因素，对耐久性的考虑往往不足;注重强度的极限状态，未考虑使用极限状态，但结构物在全生命周期中最关键的是保证使用性能。基于此，在结构设计过程中，不仅要充分考虑桥梁建成后结构具备的各项性能，还要充分考虑桥梁在实际营运过程中性能和时间之间的关系，即随着时间的不断推移，结构性能有可能退化。另一方面，要综合考虑所有可能对结构耐久性造成影响的因素，包括混凝土材料耐久性、钢筋保护层厚度、铺装层防水、构造配筋与孔道压浆质量，进而制定有针对性的保证结构耐久性的方法。例如，孔道压浆质量直接决定梁体混凝土自身耐久性。对此，在设计过程中，可考虑使用真空压浆技术提高压浆施工质量，并在张拉完成后立即使用环氧砂浆封堵锚头，避免锚头区域的钢丝产生锈蚀，保证结构整体耐久性，减少维护方面的费用。

2.3  安全性

（1）注重桥梁结构各项使用性能的合理设计，如结构变形、开裂、振动、美观性、耐久性与疲劳性。在设计过程中，需要将结构安全性与经济性作为基本出发点，确保结构在实际运营中不仅能达到安全性要求，而且表现出良好性能，如使用寿命、抗腐蚀性、抗疲劳性与美观性，以此减少后期维护方面的成本。

（2）在实际的设计工作中，还应重视桥梁超载及结构疲劳性损伤方面的内容。如今，我国公路运输正快速发展，超载车辆对桥梁结构的影响较大，包括桥梁疲劳应力大幅增加，导致内部损伤不断加剧。此外，因超载产生的损伤不仅难以发现，而且难恢复，导致桥梁即便是在正常的荷载条件下，其工作状态也会产生明显变化，对桥梁结构耐久性与安全性造成危害，严重时还会造成事故。因此，必须在设计中予以充分考虑，在尽可能避免超载发生的基础上，制定有效的内部损伤检测与快速修補方法，以此使桥梁结构始终处于正常状态。

3  结束语

综上所述，桥梁设计中必须保证桥梁的经济性和实用性，但经济性和实用性并非单独存在，而是与桥梁结构的耐久性、安全性具有紧密联系。因此，在实际的设计工作中，相关设计人员必须对包含技术性、耐久性、安全性与经济性在内的各方面要求进行综合考虑，在此基础上制定合理有效的设计方案，以便使桥梁工程使用功能与经济效益达到双赢。

参考文献：

[1] 王永州.桥梁美学设计与经济性的研究[J].西部皮革，2019（14）.

[2] 吴榕芝.道路桥梁施工美学设计和经济性探讨[J].交通世界，2020（10）.