橋梁全壽命設(shè)計方法框架性研究

黃澤權(quán) 王 瑜　/重慶市軌道交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司

?

橋梁全壽命設(shè)計方法框架性研究

黃澤權(quán) 王 瑜/重慶市軌道交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司

【摘 要】隨著我國交通運輸行業(yè)的發(fā)展和進步，道路和橋梁建設(shè)速度在不斷加快。橋梁是交通運輸?shù)闹匾M成部分，其應(yīng)用范圍也是十分廣泛的。在橋梁設(shè)計施工中要保證科學(xué)性，才能使橋梁更具使用價值。本文分析了橋梁設(shè)計的原則以及全壽命設(shè)計的要點，希望能夠給讀者提供一些借鑒。

【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計；全壽命設(shè)計；原則；要點

一、前言

橋梁是我國交通的重要載體，對于交通運輸?shù)陌l(fā)展具有重要的意義。橋梁的設(shè)計要通過科學(xué)方法進行全過程全壽命設(shè)計，提高橋梁運行的效果。

二、橋梁設(shè)計的原則

設(shè)計橋梁必須將橋梁工程建設(shè)是否安全、建設(shè)成本的高低以及建設(shè)的是否科學(xué)性等因素綜合考慮在內(nèi)，不僅要保證橋梁可以正常使用，同時要盡最大努力把建設(shè)成本降低，還要保證橋梁的耐久性與美觀性。設(shè)計橋梁必須將橋梁工程建設(shè)是否安全、建設(shè)成本的高低以及建設(shè)的是否科學(xué)性等因素綜合考慮在內(nèi)。對橋梁結(jié)構(gòu)的整體性給予足夠的重視，主要從以下幾點著手：

（1）進行橋梁建筑設(shè)計時，不僅要重視橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，還要充分考慮其穩(wěn)固性，注重橋梁細(xì)節(jié)方面的設(shè)計。例如，由于橋梁建設(shè)材料會受到自然環(huán)境與自然災(zāi)害的影響，所以需要采取相應(yīng)的措施進行補救，以保證材料性能的穩(wěn)定性，橋梁的使用壽命被延長。

（2）必須建立健全的審核監(jiān)理機制，并且執(zhí)行起來要嚴(yán)格，嚴(yán)格監(jiān)管有關(guān)橋梁設(shè)計施工的工作，保證施工實際滿足圖紙設(shè)計的要求，保證橋梁較高的設(shè)計效果。

（3）采取措施將橋梁設(shè)計的技術(shù)理念進行提高，使其被全新的意識武裝，換句話說，要不斷創(chuàng)新橋梁的優(yōu)化設(shè)計。

（4）橋梁施工前的設(shè)計交底工作必須要做好，保證嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計進行橋梁施工。若工程有變化，必須根據(jù)做好申報工作，以確保橋梁的設(shè)計工作與實際的施工工作保持一致。

（5）為了保證橋梁能夠正常使用，避免橋梁出現(xiàn)坍塌，橋梁的自身承重、承載力和受力均衡性都是橋梁設(shè)計必須要考慮的因素。

（6）為了保證橋梁的使用效率，必須盡最大努力統(tǒng)一橋梁的設(shè)計理論與實際的施工情況，制作橋梁設(shè)計的優(yōu)化方案必須綜合考慮橋梁的結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料與耐久性等因素。

三、全壽命周期理念下的橋梁設(shè)計探討

基于全壽命的橋梁設(shè)計過程全壽命周期的橋梁設(shè)計一般分為三個階段，即：工程可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計。其中的工程可行性研究主要是對項目建設(shè)的技術(shù)可行性、必要性、實施可行性等方面的綜合性研究。全壽命橋梁設(shè)計是對這三個階段的使用壽命設(shè)計、環(huán)境生態(tài)設(shè)計、美學(xué)設(shè)計、性能設(shè)計、檢測、養(yǎng)護與維修設(shè)計及成本分析這六大過程的設(shè)計。

（一）總體設(shè)計

總體設(shè)計是橋梁設(shè)計活動的第一項工作，是橋梁設(shè)計工作的決策過程。橋梁工程師在進行橋梁設(shè)計時，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)業(yè)主的需求和建設(shè)項目的目的，進行總體概念設(shè)計構(gòu)思，整體把握事物的相互聯(lián)系，對橋梁建設(shè)條件、設(shè)計準(zhǔn)則、使用壽命年限、投融資估算、投資效益等做出原則性的設(shè)計界定。在這個階段，橋梁設(shè)計的中心內(nèi)容是既要把握全壽命設(shè)計不同于現(xiàn)行設(shè)計的特點，又要弄清全壽命設(shè)計的一般規(guī)律性，提出橋梁建設(shè)的設(shè)計理論框架和一般性原則。

（二）結(jié)構(gòu)性能設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計是依據(jù)總體概念設(shè)計原則，考慮景觀環(huán)境設(shè)計需求，依據(jù)橋梁給定的使用年限所進行的一切結(jié)構(gòu)性能設(shè)計?；谌珘勖O(shè)計理論的橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計，在依據(jù)總體設(shè)計原則，結(jié)合景觀環(huán)境設(shè)計思路，合理確定橋梁使用壽命的前提下，將時間參數(shù)引入到結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)的耐久性和性能滿足相應(yīng)的目標(biāo)值。

（三）橋梁全壽命設(shè)計計算方法

全壽命成本分析主要利用經(jīng)濟分析，對比重要的費用，從而顯示出分析結(jié)果，

式中，Pw代表現(xiàn)值，t代表分析時間域，F(xiàn)c代表初始費用，Ic代表檢測費用，Mc代表維護費用，F(xiàn)rc代表后續(xù)維修加固費用，Uc代表用戶費用，pwf代表現(xiàn)值系數(shù)，S代表殘值。

（1）初始費用:通常包括罰款以及獎金費用，交付使用前，對用戶的成本以及利益予以體現(xiàn)。

（2）分析生命周期:整體結(jié)構(gòu)相似，僅需要一次修復(fù)便可，因此方案要控制實際的經(jīng)濟效益。

（3）維護費用:確保橋梁結(jié)構(gòu)正常使用的維護費用，該費用需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的面積差異而予以整合。

（4）檢測費用:受到橋梁結(jié)構(gòu)材料以及結(jié)構(gòu)面積的影響，檢測費用也不盡相同，常規(guī)橋梁檢測費用占到初始投資的0.1％－0.2％的比例。

（5）后續(xù)維修費用:一般而言，維修頻率不僅和時間有關(guān)，而且與橋梁的交通運輸量有關(guān)，并且受橋梁結(jié)構(gòu)形式以及橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的限制，常規(guī)混凝土橋梁首次修復(fù)時間為完成橋梁建設(shè)的40年之后，且維修費用是建設(shè)初期費用的20％。

（6）殘值:通常在建設(shè)橋梁后的生命周期末尾存在，其中涵蓋拆除費用，大約占到建設(shè)初期費用的10％。

（7）用戶費用:橋梁大維修、日常維護、初期施工等產(chǎn)生的用戶費用，包括交通事故、車輛營運費、延誤費等。其中，延誤包括駕駛員不適、時間延誤以及燃料消耗。

駕駛員延誤費用計算:DDC=W×N×ADT(L/Sa～L/Sn);其中，L代表影響路段長度;Sa代表橋梁在維護過程中車輛速度;Sn代表正常；車輛速度;ADT代表平均每天的車流量;N代表進行維護的人員數(shù);W代表駕駛員駕駛的時間價1值。

車輛營運費用計算:VOC=r×N×ADT×(L/Sa～L/Sn);其中，r代表車輛費用平均值。

交通事故計算:AC=N×ADT×L×Ca(Aa～An);其中，Aa代表在維護過程中的事故發(fā)生率;An代表正常狀況下事故發(fā)生率;Ca代表事故費用。

四、結(jié)束語

綜上所述，橋梁設(shè)計重要的是應(yīng)用全壽命的設(shè)計理念，從橋梁成本入手，實現(xiàn)橋梁的經(jīng)濟效益最大化。

參考文獻：

[1]董明，談橋梁設(shè)計的原則與注意事項 [J].橋梁工程，2015，（08）：1003-1007.

[2]張通.大跨剛構(gòu)-連續(xù)梁橋的全壽命性能監(jiān)測與分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014：12-13.