高校橋梁工程國際主流規(guī)范教學與思考

史 俊

（中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410083）

0 引言

隨著國家對“一帶一路”理念的倡導以及經(jīng)濟全球化的不斷推進，我國的土木和交通工程企業(yè)在國際工程市場的參與感越來越強，目前已經(jīng)占有海外工程市場的一席之地。在此背景下，熟悉世界主流橋梁設計和施工規(guī)范，提高中國橋梁施工企業(yè)的國際競爭力是非常必要的。當今世界上最權(quán)威和最可靠的兩個外國橋梁規(guī)范是AASHTO LRFD和歐洲規(guī)范。這些規(guī)范內(nèi)容全面、技術(shù)成熟，且均以結(jié)構(gòu)可靠性理論為核心。中國、美國和歐洲在材料強度、荷載作用、構(gòu)件計算、結(jié)構(gòu)耐久性等方面的規(guī)定存在差異[1]。理解并掌握國外橋梁設計規(guī)范的先進理念，有助于提高中國企業(yè)在海外市場的競爭力和中國的設計和施工能力，也可為我國公路混凝土橋梁設計規(guī)范的修訂提供參考，并可將“一帶一路”中國橋梁設計、施工技術(shù)推向世界。

1 世界主流橋梁規(guī)范研究現(xiàn)狀

近年來，許多學者對中外橋梁設計規(guī)范之間的差異進行了研究和探索，并取得了一定的成果。王鋒君[2]從荷載取值、分項系數(shù)和荷載組合等方面對中外橋梁設計規(guī)范進行了比較研究，并分析了在英美橋梁規(guī)范的車輛荷載作用下根據(jù)中國規(guī)范設計橋梁的結(jié)構(gòu)響應。劉昭[3]比較并解釋了中美橋梁規(guī)范中極限狀態(tài)的表達形式，指出美國橋梁規(guī)范中各種極限狀態(tài)所反映的設計思想更加清晰，校核內(nèi)容更加具體。宋世研等[4]從材料強度值、構(gòu)件設計方法、最大配筋率和最小配筋率、正截面承載力計算方法等方面對鋼筋混凝土構(gòu)件正截面的抗彎承載力進行了系統(tǒng)的對比分析。黎述亮等[5]計算和分析了歐洲橋梁設計中的活荷載，如車輛荷載、車輛離心力、車輛制動力、車輛牽引力、溫度荷載和風荷載。孫賀學[6]分析了中美和歐洲橋梁設計規(guī)范中的材料、荷載和荷載組合、極限狀態(tài)分類等方面所存在的差異。

目前關(guān)于中外橋梁設計規(guī)范的對比研究，主要從設計理念、構(gòu)件驗算、荷載模式及荷載組合、材料強度指標、應力、撓度、裂縫的控制及耐久性等方面進行深入的對比和分析。目前的研究特點如下：（1）現(xiàn)有的中外規(guī)范差異研究中主要在材料強度、設計荷載、構(gòu)件驗算等方面，沒有綜合性、系統(tǒng)性的比較。（2）現(xiàn)有的中外規(guī)范差異研究都是以簡單結(jié)構(gòu)為對象進行的，沒有對大型、復雜結(jié)構(gòu)的結(jié)果進行對比分析，因此其研究結(jié)果的適用性、可靠性存疑。（3）現(xiàn)有的中外規(guī)范均基于可靠度理論，但現(xiàn)有的中外規(guī)范對比研究沒有從可靠度著手，難以捕捉中外設計規(guī)范的可靠度差異。

2 當前橋梁工程規(guī)范教學中存在的問題

2.1 以國內(nèi)規(guī)范為主，缺乏國際視野

目前國內(nèi)高校在橋梁工程教學中，主要圍繞國內(nèi)的現(xiàn)行規(guī)范進行教學，很少涉及國際上的主流規(guī)范的學習，一些學校如長安大學等開設了國際班，對國外規(guī)范由一定的了解。但是目前正值“一帶一路”倡議大舉實踐的背景下，現(xiàn)有的規(guī)范學習內(nèi)容難以滿足當前的需要。根據(jù)對多家國內(nèi)在海外經(jīng)營項目的大型公司（如中國土木、中國港灣、中國路橋、中交一公院等）的調(diào)查結(jié)果顯示，目前我國在國際項目上大量缺乏既懂英語又懂專業(yè)的人才。很多大型項目的管理人員只懂英語，不懂專業(yè)，對國外規(guī)范更是一竅不通，導致項目進展困難。但正如前文所言，現(xiàn)在國外的大型項目基本采用AASHTO標準或者歐洲標準，只有極少項目的業(yè)主能夠同意采用中國標準。因此，我們必須立足本國標準，深入學習國際主流標準、規(guī)范，才能在國際項目上提升競爭力，立于不敗之地。

2.2 缺乏對比

由于不同國家規(guī)范采用的設計理念、設計理論不同，編制規(guī)范的背景不同，經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展水平不同，在設計準則、設計材料指標、荷載模式和取值、構(gòu)件計算方法和控制目標等方面均有不同，因此有必要對世界上主流規(guī)范的這些方面進行對比分析，揭示各規(guī)范的安全可靠程度，對于我們在國際項目上的把握非常重要。例如我國橋梁規(guī)范中使用的主流材料強度低AASHTO LRFD規(guī)范，我國橋梁規(guī)范中采用均布荷載加集中力作為車道荷載方式，而AASHTO LRFD規(guī)范采用均布荷載、設計貨車、設計雙軸三種形式。經(jīng)過對比計算，我國的移動荷載比AASHTO LRFD規(guī)范要大。因此，只有從規(guī)范的各層次進行詳細比較學習，才能真正掌握個規(guī)范的區(qū)別和聯(lián)系，從而在具體項目上應用時才能游刃有余。

2.3 國外規(guī)范使用不當

目前，國內(nèi)的工程師在使用國外規(guī)范時，多是采用生搬硬套的方式，往往是用到哪里看到哪里，對所采用的國外規(guī)范沒有整體把握，不知道規(guī)范的編制背景、適用條件，經(jīng)常用錯規(guī)范。例如，關(guān)于制動力的規(guī)定，我們國家《公路橋涵設計通用規(guī)范》中規(guī)定的制動力在特大橋上經(jīng)常難以算過，然后一些工程師就采用歐洲規(guī)范的規(guī)定，這樣就能算過，但實際上中歐規(guī)范編制背景不同、汽車荷載模式不同、車型也不同，直接生搬硬套采用歐洲規(guī)范會導致我們設計的橋梁的可靠度降低，可能造成不安全的后果。因此，在使用國外規(guī)范進行國內(nèi)橋梁設計時，一般應做可靠度校準，確?？煽慷葷M足國內(nèi)規(guī)范時才可采用，否則應做專題研究或者慎重使用。這里特別指出，對于他國規(guī)范的使用，應特別注意使用的條件，特別是對于汽車荷載、溫度荷載這種隨區(qū)域變化的荷載，一般不能直接使用。

3 “一帶一路”背景下橋梁規(guī)范教學目標

3.1 教學目標

針對當前“一帶一路”倡議下我國大量國際化橋梁人才的需求，制定當前國際主流規(guī)范教學目標。主要以中國《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG3362-2018）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、美國 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2020、AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications 2020及歐洲Eurocode規(guī)范的相關(guān)規(guī)定開展國際主流規(guī)范的對比學習，主要達到以下四個目標：（1）中外主流橋梁設計規(guī)范的設計理念、設計方法、設計準則進行對比。（2）對中外橋梁設計規(guī)范中的可靠度指標進行對比，分析中外橋梁規(guī)范目標可靠度指標的差異性，進行不同極限狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)撓度、裂縫、抗彎、抗剪等性能指標的可靠度分析。（3）對中外橋梁規(guī)范的設計基本要求、構(gòu)造要求和極限狀態(tài)進行對比，結(jié)合可靠度理論建立綜合中外橋梁設計規(guī)范的評價體系。（4）以一個具體項目的大型橋梁為工程實例，對中外混凝土橋梁設計規(guī)范與評價體系進行綜合評述。

當然，關(guān)于國內(nèi)外主流的橋梁設計、施工規(guī)范的教學目標應該是靈活的，不局限于上述4個方面，教師應該根據(jù)學校和學生的具體情況靈活安排，并可根據(jù)從事國際項目的單位的需求靈活定制。比如單位主要從事的項目都是要求采用美標設計的，那就沒必要去研究歐洲規(guī)范，而應把主要精力放在中、美規(guī)范的對比學習中。

3.2 示例分析

通過以上四方面的對比學習，可以讓學生對中外規(guī)范有了整體把握，對學習規(guī)范大有裨益。例如在學習地震動水作用時，可從以下方面進行學習：一是尋找國內(nèi)外規(guī)范中具有地震動水作用計算相關(guān)規(guī)定的規(guī)范，比如中國《鐵路工程抗震設計規(guī)范》（GB 50111-2006）第7.2.7條，給出了等截面圓形橋墩的分布動水壓力及附加質(zhì)量的計算方法，并且直接給出了總附加彎矩和剪力的計算公式；中國《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/TB02-01-2008）第5.5.3條給出了 E1地震作用下橋墩地震動水壓力的合力計算公式，該規(guī)范是在對多國動水壓力公式和參數(shù)研究討論后，參考日本規(guī)范動水壓力計算方法進行了修訂，該公式適用于圓形和矩形截面橋墩；中國《城市橋梁抗震設計規(guī)范》（CJJ166-2011）中關(guān)于動水壓力的計算公式與我國公路抗震設計細則相同；Eurocode 8基于結(jié)構(gòu)截面尺寸的比值，給出了不同截面形式的橋墩單位高度的動水附加質(zhì)量計算方式，其動水附加質(zhì)量為墩體所排開的水體質(zhì)量。二是對各規(guī)范進行對比分析，比較可知：中國鐵路規(guī)范、日本規(guī)范及歐洲規(guī)范都是采用附加質(zhì)量的方法考慮地震動水作用，但各自具體考慮的方法又有不同。綜合對比分析可以發(fā)現(xiàn)，目前規(guī)范中關(guān)于地震動水作用的計算有以下局限性：

（1）現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于地震動水作用的計算方法適用的橋梁跨徑范圍十分有限。我國現(xiàn)行《鐵路工程抗震設計規(guī)范》適用于跨徑不超過120m的普通混凝土橋或預應力混凝土橋及跨徑不超過150m的鋼橋；《公路橋梁抗震設計細則》適用于跨度小于150m的橋梁。

（2）現(xiàn)行規(guī)范適用的橋梁下部結(jié)構(gòu)截面形式單一。相關(guān)規(guī)范只對圓形、圓端形和矩形等常規(guī)、簡單截面，而實際工程情況中深水橋梁大都具有高墩、大跨的特點，橋墩常采用不規(guī)則的空心截面，此時規(guī)范規(guī)定的動水壓力計算結(jié)果或?qū)⒉豢捎谩?/p>

（3）不同規(guī)范動水效應計算結(jié)果差異較大。例如我國抗震設計細則和日本規(guī)范計算結(jié)果比較接近，但抗震設計細則的計算結(jié)果和歐洲規(guī)范差異較大。

通過以上的對比學習，可以使學生全方位地對目前世界上各國規(guī)范對于動水作用的考慮情況，可以明確各國規(guī)范存在的問題和不足，對于進一步研究和規(guī)范選用有很大的幫助。總而言之，國內(nèi)外主流規(guī)范的教學按五步走的方式進行：第一步，確定學習目標，可以是某個模塊比如基本規(guī)定模塊、極限狀態(tài)模塊、荷載及其組合模塊、構(gòu)件抗彎計算模塊等等，也可以是某個具體的點，比如風荷載、移動荷載模式、溫度梯度模式、收縮徐變模型等等；第二步，尋找國內(nèi)相關(guān)規(guī)范，但凡對學習目標有相關(guān)規(guī)定的規(guī)范都應將相關(guān)的條紋羅列下來；第三步，尋找相關(guān)國外規(guī)范，但凡對學習目標有規(guī)定的國外規(guī)范都盡可能找到，并將其相應的規(guī)范條紋羅列下來；第四步，國內(nèi)、國外規(guī)范對應比較，此時應根據(jù)具體學習目標得特征，選擇合適的對比指標，例如對于前述的風荷載，可以比較風荷載的重現(xiàn)期水平、風荷載的分項系數(shù)、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準永久值系數(shù)、風荷載的組合方法等等。比較指標確定后，可列表或者繪制比較圖形進行分析，應將相應規(guī)范的比較指標填入比較表格或者圖形，采用定量、定性相結(jié)合的方法進行比較；比較之后應能得出相應的有效結(jié)論，比如哪個規(guī)范可靠度指標更大、哪個規(guī)范更安全、哪個最不安全、哪個規(guī)范的規(guī)定最合理、哪個還需要改進、哪個規(guī)范值得國內(nèi)規(guī)范借鑒、對國內(nèi)規(guī)范修訂有哪些建議等等；第五步，在上述學習的基礎上，逐步建立對規(guī)范的評價體系[7-8]。如此，可以說對規(guī)范的學習就達到了最佳效果。

4 “一帶一路”背景下橋梁規(guī)范教學實施策略

4.1 引入國內(nèi)外知名專家講座

知己知彼，百戰(zhàn)不殆。學習國外規(guī)范，離不開和國外專家的溝通交流，畢竟國外的專家對本國的規(guī)范更為熟悉。首先制定教學目標和教學計劃，然后分批引入國外知名專家進行國外相關(guān)主流規(guī)范的講解，使學生對國外規(guī)范有個總體的了解。還可以舉辦國外規(guī)范學習競賽，讓大家分享自己的學習成果，進一步激發(fā)學生對國外規(guī)范的學習興趣并強化學習效果。

4.2 校企合作，融入國際項目

當前，我國很多大型土建公司已深耕國外大型項目，學校和教師可以邀請這些單位的知名專家進行宣講，以幫助同學們進行國外規(guī)范的學習；教師也可以帶領學生參與這些單位的國外項目，全程跟蹤學習，產(chǎn)學研相結(jié)合，能達到更好的效果。此外，學?？梢院烷L期進行大型海外項目建設的企業(yè)簽訂合作協(xié)議，并根據(jù)需求定制本校的國際主流橋梁建設規(guī)范、標準的教學方案。

4.3 分解目標，逐個擊破

由于目前國際上的主流規(guī)范包括美國規(guī)范和歐洲規(guī)范體系龐大，內(nèi)容繁多，學習起來比較吃力。加上一些學生有語言障礙，很難快速實現(xiàn)教學目標。因此，需要對教學目標進行分解，然后根據(jù)情況循序漸進，逐個擊破。目標分解應注重邏輯層次，也應注意模塊化，注意由簡入深、全局到局部、從整體到細節(jié)的教學模式。首先，突破語言障礙。應該對橋梁工程專業(yè)相關(guān)的專業(yè)術(shù)語進行專門的整理，組織學生對這些專業(yè)英語進行專門學習，以減小英文規(guī)范的學習難度。其次，制定學習目標，比如從規(guī)范的設計理念、極限狀態(tài)設計法、設計材料指標、荷載及其組合、結(jié)構(gòu)計算方法及構(gòu)件驗算方法等分模塊學習，逐個擊破。最后，把各個模塊的知識點連為整體，進一步深入學習和理解。從以上三步走教學模式，學生就可以對國內(nèi)外的橋梁主流規(guī)范有了較深入的了解。

5 結(jié)語

“一帶一路”倡議下，給廣大的橋梁工程師帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，高效和教師應該緊緊抓住整個契機，培養(yǎng)一批適應國際化需求的人才。熟悉世界主流橋梁設計、施工規(guī)范是挺近國際橋梁建設市場的強大武器。教師可采用語言突破、模塊突破、整體突破三步走教學模式，從縱向、橫向多維進行對比實現(xiàn)對國內(nèi)外橋梁規(guī)范的學習。