橋梁全壽命周期設計要點分析

吳元恩

摘要：全壽命周期橋梁設計是針對于傳統橋梁設計來講的，是將橋梁的設計壽命延伸到橋梁所有構件的使用壽命以上，所以開展橋梁全壽命周期的設計研究有利于推進社會經濟的發展，增長橋梁的整體使用壽命，最大限度上滿足人類出行的需求，因此橋梁全壽命周期設計必將是橋梁設計理論發展趨勢。本文旨在對橋梁全壽命周期的設計過程中的要素逐一分析，可為實際工程提供有力的理論支撐。

【關鍵詞】橋梁工程；全壽命周期；設計要點

橋梁的全壽命設計是將“全壽命性能設計”的概念引入到橋梁工程的設計、施工以及后期的維護管理當中，從而可使橋梁在壽命周期之內的服務效果和遠景投資制約得到強有力且全面的保障，同時也將橋梁的使用功能與性能狀況快速提高到一個新高度，也將橋梁壽命周期內的性價比達到最高，符合橋梁建設和國家方針政策的以人為本和節約資源的發展理念，所以全壽命設計有著長遠的工程價值與發展潛力。全壽命橋梁這一設計創新將無疑是新時代橋梁可持續發展的一個重要里程碑。

從經濟要素出發，以橋梁的服務質量為限制條件，橋梁使用壽命周期內的最小為目標作為全壽命橋梁的設計新思想。它是以最大的壽命使用，最小的成本投入，且達到最佳的使用質量這一個總體設計目標。該方法的完成不僅可以降低橋梁壽命周期總投資，而且最大程度上提高社會的滿意度。

從橋梁壽命之內的各個性能指標上來說，全壽命設計研究建立出一種定量的理論分析方法，工程師通過計算的判定結構的使用壽命，從而達到人為設計結構的壽命、控制橋梁結構的老化速度、預測橋梁在使用壽命中各階段的性能。而且可對已建成橋梁結構的壽命進行評估，一方面可以預測橋梁存在的潛在危險，為甲方提供出較為精準的信息以便可作出及時的應對措施，可避免重大傷亡或經濟損失；另一方面，其研究成果可直接應用在橋梁設計和維護等方面[1]。

1.橋梁全壽命設計的要素

橋梁的全壽命設計是橋梁建設中至關重要的一個環節，設計過程中需要設計人員全面綜合考慮業主和交通的需求，并將這些目標實現在橋梁的結構體系當中，通過對設計方案的不斷地創新優化，選擇出可以保證橋梁在設計壽命周期內具有的良好路用性能。其中橋梁全壽命的設計主要包括以下幾點：

（1）橋梁整體結構和可更換構件的壽命設定；

（2）橋梁整體結構的性能設計和構件的功能設計及構件剛度、強度和穩定性的設計，橋梁的耐久性設計，整體風險分析和應對策略的設計；

（3）橋梁的美觀視覺設計包括造型與附屬景觀的設計；

（4）環境設計包括材料的環保、回收及再利用的設計；

（5）在施工過程需嚴格控制設計，保障施工質量可以完美的反應設計效果；

（6）橋梁后期的管理與養護設計；

（7）橋梁全壽命周期成本、預算和遠景效益分析。

2.橋梁全壽命設計理論過程

2.1總體理念設計

工程設計師對橋梁進行設計時，應先根據建設單位的需求和目的，進行總體規劃設計的構思，整體把握各個部分的關聯性，對橋梁建設所處環境、相關的技術標準、使用壽命、投融資預估、遠景效益等各方面因素做出限制性的設計界限。此階段，橋梁設計的核心內容是既要把控因全壽命設計不同而引起現行設計的不同，同時也要搞清楚橋梁全壽命設計的一般規律，提出全壽命橋梁修建的設計理論依據。

2.2結構性能設計

針對于全壽命設計理論的橋梁結構整體設計，很大程度上依賴于橋梁設計師的覺悟性。依據總體理念的設計與景觀環境設計相結合的原則，在合理制定橋梁壽命的前提之下，將時間因素引入到橋梁結構的細部設計當中，確保橋梁結構的長期路用性能。全壽命的橋梁整體結構性能設計是依據業主需求，使之轉化為實體橋梁的性能，通過大量的技術研究、假定各結構的尺寸、部件受力等確保設計目標能夠在建設過程以及橋梁使用壽命內得到實現。橋梁結構性能設計就是根據總體理念設計原則，在考慮景觀環境設計的前提下，再依據橋梁設定的使用壽命而進行的一系列結構性能設計。

2.3橋梁養護管理設計

全壽命橋梁養護設計不僅要考慮橋梁的建設期，也要重點考慮橋梁的后期投入使用和養護階段，在橋梁的整體設計過程中，打破傳統的重建設輕養護的觀點，轉變到建養并重的新策略上。因此，為達到橋梁使用壽命的長久性，橋梁工程師需在前期橋梁設計中，綜合考慮橋梁各部件結構的性能優劣、資源的高效利用、災后的應急措施、養護成本、運營性能與環境舒適。以不同類型的構件制作不同的方案效果，針對橋梁養護時間段和養護方法進行不同的設計。而不是橋梁通車之后，損壞才修補的傳統策略。

2.4全壽命成本分析

在過去的幾十年當中，橋梁工程僅專注與建設成本，而較少的考慮建后維修養護的成本，所以造成了橋梁服務質量差且壽命短的重大問題，給社會帶來重大的經濟負擔和不滿意度。因此橋梁的全壽命周期成本分析應根據現役橋梁性能隨著時間增長逐步退化，維護成本投入快速提高這一現狀。橋梁全壽命設計理論的成本分析，是依據橋梁設計中針對可靠性及可維修性等做出分析的同時，將橋梁整個壽命周期內的費用作為一個重要的指標進行考慮，在綜合考慮相關設計、功能和成本等信息，以達到性價比最高。在整體設計的過程中評價和分析橋梁在整個壽命周期內的各種狀況，盡可能考慮壽命周期之內所有的影響因素，橋梁不但要設計合理、施工規范、及時的養護管理，還要對各階段的成本效益加以分析。

3.結束語

橋梁全壽命設計的研究目前在我國還處于剛剛起步的階段，但這一項研究的成果必將對我國橋梁設計的發展將具有里程碑式意義。橋梁全壽命設計的理論不僅可用于新建橋梁的設計方案中，也可應用現役橋梁的維修養護當中。在以上論述的基礎上，還應關注橋梁結構失效模型、各個結構的性能衰減規律的相關研究及有關數據的分析，進一步加速橋梁全壽命設計理論的研究攀升新臺階。

【參考文獻】

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