隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大跨度橋架的建設(shè)在20世紀(jì)末進(jìn)入了高潮。大跨度橋的形式多種多樣，有斜拉橋、懸索橋、拱橋、懸臂桁架橋等新型橋式，如全索橋、索橋、斜拉2懸掛混合橋、索桁架橋等。其中，懸索橋和斜拉橋是大跨橋發(fā)展的主流。近20年來(lái)發(fā)展最快的大跨徑橋是斜拉橋，遙遙領(lǐng)先的是懸索橋。目前，世界上最大跨度的懸索橋是199年建成的日本明石海峽橋，其主跨度為1991m，世界上最大跨度的斜拉橋是1999年建成的日本多羅橋，其主跨度為890分鐘，中國(guó)最大跨度的懸索橋是江蘇潤(rùn)楊長(zhǎng)江公路橋，主跨度為19490分鐘，在世界懸索橋行列中排名第三的中國(guó)最大跨度的斜拉橋是江蘇南京長(zhǎng)江第二橋，主跨度為628分鐘，在世界鋼箱斜拉橋中排名第三

目前的橋梁技術(shù)已經(jīng)可以很好地解決現(xiàn)存問(wèn)題，但隨著橋梁跨度的增大，向更長(zhǎng)、更大、更柔軟的方向發(fā)展，為了保證可靠性、耐久性、行駛舒適性、施工簡(jiǎn)單性和美觀性，還有很多工作要做。

橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程是如何處理橋梁結(jié)構(gòu)的安全性(可靠性、耐久性)、適用性(滿足功能要求和行駛舒適性)、經(jīng)濟(jì)性包括建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用)和美觀過(guò)程。傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考類(lèi)似的橋梁工程設(shè)計(jì)，通過(guò)判斷構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行強(qiáng)度、剛性、穩(wěn)定性等各方面的計(jì)算。但是，由于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的限制，確定的最終方案往往不是理想的最佳方案，而是在有限方案中接近最佳的可行方案。橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論是傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展，也是現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的目標(biāo)。它使所有參與設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)量部分以變量出現(xiàn)，在滿足規(guī)范和規(guī)定的前提下，形成所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行方案領(lǐng)域，利用數(shù)學(xué)手段，按照預(yù)定的要求尋求最佳方案。

2、跨度橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀

盡管19世紀(jì)中期出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，但應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究卻很晚。國(guó)外從20世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，中國(guó)從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究。這是因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量多，活載復(fù)雜難于處理，需要大容量的計(jì)算機(jī)和很長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。最早發(fā)展最成熟的是桁架橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)。大跨橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究是在20世紀(jì)末大跨橋快速發(fā)展后發(fā)展起來(lái)的，綜合主要集中在以下幾個(gè)方面。

2.1局部?jī)?yōu)化

局部?jī)?yōu)化不能等同于整體優(yōu)化，但有利于整體優(yōu)化，促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由于局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)變量較少，研究難度大幅度降低，研究深度更加徹底。目前，大跨度橋的局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究涉及大跨度橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工各個(gè)方面，主要包括:

2.1.1強(qiáng)度橋的優(yōu)化

大跨度橋的強(qiáng)度橋主要包括鋼、混凝土、混合梁和重疊梁。根據(jù)目前全世界自建的大跨度橋梁統(tǒng)計(jì)，跨度分別排在前12位的斜拉橋和懸索橋上，其主跨強(qiáng)度橋的形式多為鋼梁，鋼與混凝土的結(jié)合梁和混凝土的梁少，跨度相對(duì)較小。這些鋼結(jié)合混凝土梁橋主要在我國(guó)采用較多，這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)有關(guān)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和近年來(lái)國(guó)家對(duì)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的大力支持和鼓勵(lì)，以及橋梁跨度的進(jìn)一步發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)本身重量輕、強(qiáng)度大，適用于大型崩潰橋梁的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)未來(lái)大型跨度橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度橋梁，特別是超大型跨度橋梁以鋼結(jié)構(gòu)為主。這意味著我們對(duì)大跨度橋梁加強(qiáng)梁的研究也以鋼梁為中心。在鋼梁中，鋼箱梁由于其流線形狀、抗扭轉(zhuǎn)剛度大，空氣動(dòng)力穩(wěn)定性好，應(yīng)用最廣泛。

目前強(qiáng)梁橫截面優(yōu)化研究較少，受力和結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，關(guān)系過(guò)多。事實(shí)上，大跨度橋梁的主梁耗材最大，其截面形式對(duì)橋梁的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性有很大影響。如何選擇合理的流線截面，使大跨度橋具有良好的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性，受力合理，節(jié)約材料，進(jìn)一步研究。

2.1.2 　斜拉索或主纜的動(dòng)力優(yōu)化

目前的大跨度橋梁主要有斜拉橋、懸索橋及其它的一些新型的橋式，如全索橋，索托橋，斜拉2懸吊混合體系橋等。這些橋都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即電纜支撐，橋面柔軟，結(jié)構(gòu)柔軟，阻尼低。在外部激勵(lì)下，拉索容易發(fā)生意想不到的大幅度振動(dòng)。例如風(fēng)雨共現(xiàn)時(shí)的風(fēng)雨振動(dòng)現(xiàn)象、主梁與拉索之間的耦合振動(dòng)引起的參數(shù)共振、拉索的自激振動(dòng)等。拉索的大幅振動(dòng)容易引起拉索錨端的疲勞，降低拉索的壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至嚴(yán)重威脅橋梁安全。因此，大跨度橋的動(dòng)力問(wèn)題尤為重要。

10多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)斜拉索的振動(dòng)控制進(jìn)行了很多研究，提出了很多減震措施，目前常用的減震方法是在拉索上加入被動(dòng)減震器(稱為被動(dòng)控制)，如粘性減震器、摩擦減震器等，但該減震器具有明顯的缺點(diǎn)，不能根據(jù)外部的激勵(lì)情況調(diào)節(jié)減震力，受環(huán)境溫度的影響很大，難達(dá)到理想的減震效果。近日，一種智能風(fēng)門(mén)裝置-磁流變減震器研制用于振動(dòng)控制。該風(fēng)門(mén)采用智能材料磁流變體制造，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電壓可提供可變風(fēng)門(mén)。湖南科技大學(xué)王修勇等采用數(shù)值模擬方法，研究減震器優(yōu)化電壓，進(jìn)一步完善磁流變智能減震器拉索減震技術(shù)。還有一種主動(dòng)控制技術(shù)，即利用外部能源，在結(jié)構(gòu)受激勵(lì)過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制力或改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，從而迅速地減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)。積極控制技術(shù)成本高，但效果好，適用性廣，可控制結(jié)構(gòu)多振形。其優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是尋找最佳控制參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到更好的性能指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者經(jīng)過(guò)多年的研究，已提出多種算法，主要有經(jīng)典線性最優(yōu)控制法、瞬時(shí)最優(yōu)控制法、模態(tài)空間控制法、極點(diǎn)配置法、預(yù)測(cè)控制法及其中的兩種或多種方法組合等。

2.1.3 　索力調(diào)整優(yōu)化

大跨度橋梁的收縮徐變、非線性性條件等影響會(huì)隨著跨度的增大越來(lái)越顯著，但最終控制主梁應(yīng)力和線形的直接因素還是斜拉索力和施工時(shí)的立模標(biāo)高，因而確定合理的索力對(duì)斜拉橋的材料用量及結(jié)構(gòu)安全性都有十分重要的意義。但是，斜橋作為高級(jí)超靜定結(jié)構(gòu)，施工中經(jīng)過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，如何確定合理的橋索力，同時(shí)保證施工中塔的力均勻合理，是目前進(jìn)行斜橋施工監(jiān)測(cè)控制的主要目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外對(duì)索力調(diào)整優(yōu)化研究早，發(fā)展成熟。目前，索引力調(diào)整的理論主要有4類(lèi):

a)指定受力或位移狀態(tài)的索引力優(yōu)化，如剛性支持連續(xù)梁法和零位移法。

b)無(wú)約束的索力優(yōu)化，如彎距平方和最小法和彎曲能量最小法。

c)有約束的索力優(yōu)化，如索量最小法。

d)影響矩陣法。影響矩陣法可以得到不同目標(biāo)函數(shù)、不同權(quán)重的優(yōu)化結(jié)果，同時(shí)可以計(jì)入預(yù)應(yīng)力、活載、收縮徐變、約束優(yōu)化等影響，既可以確定索結(jié)構(gòu)的合理狀態(tài)，也可以用于施工階段和橋梁階段的索力調(diào)整，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的統(tǒng)一。影響矩陣法包括前三種優(yōu)化方法，是目前最完善的斜拉橋索力優(yōu)化理論。

2.1.4??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????塔太高會(huì)給施工帶來(lái)困難，增加造價(jià)。而塔太矮會(huì)降低拉索的工作效率，增加主梁和拉索的受力。因此，單獨(dú)優(yōu)化塔高不一定經(jīng)濟(jì)，應(yīng)與其他部分結(jié)合考慮。塔的受力合理性與塔的結(jié)構(gòu)形式、電纜形式、電纜錨固形式和錨點(diǎn)分布有關(guān)，也是值得研究的課題。

2.1.5斜拉索和吊索錨固的優(yōu)化

斜拉索和吊索錨固的形式和錨固點(diǎn)的布置對(duì)電纜塔和主梁的應(yīng)力集中問(wèn)題和結(jié)構(gòu)形式有一定的影響，應(yīng)與電纜塔和主梁結(jié)合考慮。

2.1.6懸索橋錨片優(yōu)化

懸索橋錨片有自錨式和地錨式。自錨式一般只在不能使用地錨式時(shí)采用。地錨優(yōu)化涉及地質(zhì)條件問(wèn)題，目前研究較少。自錨式一般很少采用，研究也很少。

2.1.7????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????因此，大跨度橋梁橋墩優(yōu)化設(shè)計(jì)一般獨(dú)立，受上部結(jié)構(gòu)影響較小。