橋梁全壽命設計方法框架性研究

黃澤權　王瑜

【摘 要】隨著我國交通運輸行業的發展和進步，道路和橋梁建設速度在不斷加快。橋梁是交通運輸的重要組成部分，其應用范圍也是十分廣泛的。在橋梁設計施工中要保證科學性，才能使橋梁更具使用價值。本文分析了橋梁設計的原則以及全壽命設計的要點，希望能夠給讀者提供一些借鑒。

【關鍵詞】橋梁設計；全壽命設計；原則；要點

一、前言

橋梁是我國交通的重要載體，對于交通運輸的發展具有重要的意義。橋梁的設計要通過科學方法進行全過程全壽命設計，提高橋梁運行的效果。

二、橋梁設計的原則

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

（1）進行橋梁建筑設計時，不僅要重視橋梁結構的安全性，還要充分考慮其穩固性，注重橋梁細節方面的設計。例如，由于橋梁建設材料會受到自然環境與自然災害的影響，所以需要采取相應的措施進行補救，以保證材料性能的穩定性，橋梁的使用壽命被延長。

（2）必須建立健全的審核監理機制，并且執行起來要嚴格，嚴格監管有關橋梁設計施工的工作，保證施工實際滿足圖紙設計的要求，保證橋梁較高的設計效果。

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

（4）橋梁施工前的設計交底工作必須要做好，保證嚴格按照圖紙設計進行橋梁施工。若工程有變化，必須根據做好申報工作，以確保橋梁的設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，避免橋梁出現坍塌，橋梁的自身承重、承載力和受力均衡性都是橋梁設計必須要考慮的因素。

（6）為了保證橋梁的使用效率，必須盡最大努力統一橋梁的設計理論與實際的施工情況，制作橋梁設計的優化方案必須綜合考慮橋梁的結構體系與構造、結構材料與耐久性等因素。

三、全壽命周期理念下的橋梁設計探討

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

（一）總體設計

總體設計是橋梁設計活動的第一項工作，是橋梁設計工作的決策過程。橋梁工程師在進行橋梁設計時，首先應當根據業主的需求和建設項目的目的，進行總體概念設計構思，整體把握事物的相互聯系，對橋梁建設條件、設計準則、使用壽命年限、投融資估算、投資效益等做出原則性的設計界定。在這個階段，橋梁設計的中心內容是既要把握全壽命設計不同于現行設計的特點，又要弄清全壽命設計的一般規律性，提出橋梁建設的設計理論框架和一般性原則。

（二）結構性能設計

橋梁結構性能設計是依據總體概念設計原則，考慮景觀環境設計需求，依據橋梁給定的使用年限所進行的一切結構性能設計。基于全壽命設計理論的橋梁結構性能設計，在依據總體設計原則，結合景觀環境設計思路，合理確定橋梁使用壽命的前提下，將時間參數引入到結構細部設計，確保結構的耐久性和性能滿足相應的目標值。

（三）橋梁全壽命設計計算方法

式中，Pw代表現值，t代表分析時間域，Fc代表初始費用，Ic代表檢測費用，Mc代表維護費用，Frc代表后續維修加固費用，Uc代表用戶費用，pwf代表現值系數，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。

（2）分析生命周期：整體結構相似，僅需要一次修復便可，因此方案要控制實際的經濟效益。

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

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

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

（6）殘值：通常在建設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；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生率；An代表正常狀況下事故發生率；Ca代表事故費用。

四、結束語

綜上所述，橋梁設計重要的是應用全壽命的設計理念，從橋梁成本入手，實現橋梁的經濟效益最大化。

參考文獻：

[1]董明，談橋梁設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-連續梁橋的全壽命性能監測與分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014：12-13.