基于病害分析的橋梁全壽命設計研究

劉鎮

摘 要：橋梁是為跨越障礙而建造的結構物，在交通網絡工程中占據重要地位。橋梁的建造以滿足人們的出行需要為首要任務，同時，它也是國家科技水平經濟發展的象征。但橋梁投入使用后，在內外因的作用下出現各類的病害現象。該文從橋梁的病害特征分析入手，探討在橋梁設計階段的全壽命設計方法框架，以期改善橋梁工程的現實問題。

關鍵詞：全壽命設計 橋梁設計 橋梁病害 設計方案

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0067-01

隨著經濟的快速發展，橋梁建設的成果也不斷積累，跨徑也將近達到2km。大規模、復雜技術的橋梁工程是現代化的交通網絡建設的重要組成部分。橋梁不僅能滿足人們的日常出行需求，它還對國防建設、文化交流、社會經濟發展、科技發展等有重要意義。

在服務期內的橋梁，受各種因素影響而使用功能退化的問題日趨得到重視。影響橋梁使用功能的因素分為內因和外因兩個方面。內部因素主要有設計、材料性能退化、施工缺陷等；外部因素有意外事故、交通荷載、自然環境、養護管理不當等。橋梁的損傷對社會經濟的發展產生不可預估的損失，該文從橋梁的病害分析入手，探討橋梁的全壽命設計方法，以期為工程實踐提供指導。

1 橋梁病害分析

1.1 橋梁病害概述

根據《公路工程結構可靠度設計統一標準》規定，公路工程必須滿足以下功能要求：（1）正常使用時，具有良好工作性能；（2）正常施工與正常使用時，可承受可能出現的各種作用；（3）正常維護下，有足夠耐久性能；（4）預計偶然發生時與發生后，能保持必要的整體穩定性。橋梁結構不能滿足上述要求時，橋梁即發生了病害。

橋梁災害是在偶然或未預見或不可抗力作用下引發的橋梁結構整體或局部損壞，其中人為因素主要有設計、施工、管理、使用等；自然災害因素主要有地震、強風、洪水、強浪、泥石流等。橋梁的病害與災害可以并稱為“橋梁事故”。

1.2 橋梁的病害現象

對橋梁進行病害分析，是從橋梁的設計、施工、使用、材料、管理、維護、外部環境影響等各種方面需求減輕橋梁病害的對策，以提高橋梁的使用耐久性與使用功能，研究橋梁壽命。下面主要對組合結構橋梁與混凝土橋梁的主要病害現象進行歸納。

混凝土橋梁的主要有承重結構病害和附屬設施病害。混凝土的承重結構主要是有主梁、橋板面、蓋梁、橫隔梁、墩臺、橋臺等構件，病害表現形式有表層缺損、裂縫、主梁變形過大、鋼筋腐蝕等。附屬設施病害，橋梁的附屬設施具體是指防水排水系統、支座、橋梁鋪裝、伸縮縫等橋面系構造等。支座病害主要是柱體開裂侵蝕、各組件相對位置不準確、異物填塞等；橋面鋪裝的病害有車轍、裂縫龜裂、推移、坑槽、磨光泛油、松散脫落；排水系統病害有管道破損、錯位、脫落、外壁滲水引水槽缺陷等；伸縮縫裝置病害有固構件破損、凹槽雜物填充、部件老化等。而對于組合結構橋梁而言，病害主要表現為腐蝕、疲勞和失穩等現象。

1.3 橋梁病害原因分析

導致橋梁病害的原因是多方面的，涉及到橋梁規劃設計、施工、運營、材料、養護、管理及外部環境因素影響等，應綜合分析病害問題的影響因素，探尋橋梁各階段的相關關系（如表1）。

2 橋梁全壽命設計方法框架研究

橋梁的全壽命設計要求橋梁工程的設計師、業主、施工承包商、運營管理部門等各個參與方，自項目開始就立足橋梁的全壽命周期，提出經濟合理、技術可靠的方案，對比優化多種方案后，選擇最合適方案。橋梁的壽命周期主要包括規劃、設計、施工、使用、倒塌或拆除五個主要階段。考慮到橋梁壽命周期各種環節的需求，通過設計中采取恰當的措施與方法，以盡可能提高優化橋梁的綜合性能（如表2）。

橋梁的全壽命設計方法是以科學發展觀以基礎，在設計階段統籌考慮整個壽命周期中的資源消耗、維護管理、功能發揮、投資控制等問題，力求實現全壽命周期中的橋梁總體性能最大化。

3 結語

該文從橋梁的病害現象入手，分析了在橋梁各個壽命階段的病害原因，探究橋梁工程從規劃、設計、施工、使用、報廢拆除的全壽命設計方法框架體系，以達到安全性、適用性、耐久性、環境可持續性、經濟性、美觀性等全壽命設計目標。

橋梁的全壽命設計是當前橋梁工程研究的復雜交叉性課題，設計較多工程現實問題。該文僅對全壽命設計的方法建立了基本框架，系統深入的研究還需學術界與工程界的共同合作。

參考文獻

[1] 吳海，陳艾榮，陸萍.橋梁結構的典型病害及原因分析[J].重慶交通學院學報，2004，23（6）：19-23.

[2] 邵旭東，彭建新，晏班夫.橋梁全壽命設計方法框架性研究[J].公路，2006（1）：44-49.