吳元恩

摘要：全壽命周期橋梁設(shè)計(jì)是針對(duì)于傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)來(lái)講的，是將橋梁的設(shè)計(jì)壽命延伸到橋梁所有構(gòu)件的使用壽命以上，所以開(kāi)展橋梁全壽命周期的設(shè)計(jì)研究有利于推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增長(zhǎng)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(shè)計(jì)必將是橋梁設(shè)計(jì)理論發(fā)展趨勢(shì)。本文旨在對(duì)橋梁全壽命周期的設(shè)計(jì)過(guò)程中的要素逐一分析，可為實(shí)際工程提供有力的理論支撐。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程；全壽命周期；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋梁的全壽命設(shè)計(jì)是將“全壽命性能設(shè)計(jì)”的概念引入到橋梁工程的設(shè)計(jì)、施工以及后期的維護(hù)管理當(dāng)中，從而可使橋梁在壽命周期之內(nèi)的服務(wù)效果和遠(yuǎn)景投資制約得到強(qiáng)有力且全面的保障，同時(shí)也將橋梁的使用功能與性能狀況快速提高到一個(gè)新高度，也將橋梁壽命周期內(nèi)的性價(jià)比達(dá)到最高，符合橋梁建設(shè)和國(guó)家方針政策的以人為本和節(jié)約資源的發(fā)展理念，所以全壽命設(shè)計(jì)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的工程價(jià)值與發(fā)展?jié)摿?。全壽命橋梁這一設(shè)計(jì)創(chuàng)新將無(wú)疑是新時(shí)代橋梁可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。

從經(jīng)濟(jì)要素出發(fā)，以橋梁的服務(wù)質(zhì)量為限制條件，橋梁使用壽命周期內(nèi)的最小為目標(biāo)作為全壽命橋梁的設(shè)計(jì)新思想。它是以最大的壽命使用，最小的成本投入，且達(dá)到最佳的使用質(zhì)量這一個(gè)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)。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(huì)的滿意度。

從橋梁壽命之內(nèi)的各個(gè)性能指標(biāo)上來(lái)說(shuō)，全壽命設(shè)計(jì)研究建立出一種定量的理論分析方法，工程師通過(guò)計(jì)算的判定結(jié)構(gòu)的使用壽命，從而達(dá)到人為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的壽命、控制橋梁結(jié)構(gòu)的老化速度、預(yù)測(cè)橋梁在使用壽命中各階段的性能。而且可對(duì)已建成橋梁結(jié)構(gòu)的壽命進(jìn)行評(píng)估，一方面可以預(yù)測(cè)橋梁存在的潛在危險(xiǎn)，為甲方提供出較為精準(zhǔn)的信息以便可作出及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，可避免重大傷亡或經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，其研究成果可直接應(yīng)用在橋梁設(shè)計(jì)和維護(hù)等方面[1]。

1.橋梁全壽命設(shè)計(jì)的要素

橋梁的全壽命設(shè)計(jì)是橋梁建設(shè)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員全面綜合考慮業(yè)主和交通的需求，并將這些目標(biāo)實(shí)現(xiàn)在橋梁的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案的不斷地創(chuàng)新優(yōu)化，選擇出可以保證橋梁在設(shè)計(jì)壽命周期內(nèi)具有的良好路用性能。其中橋梁全壽命的設(shè)計(jì)主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）橋梁整體結(jié)構(gòu)和可更換構(gòu)件的壽命設(shè)定；

（2）橋梁整體結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)和構(gòu)件的功能設(shè)計(jì)及構(gòu)件剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，橋梁的耐久性設(shè)計(jì)，整體風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)策略的設(shè)計(jì)；

（3）橋梁的美觀視覺(jué)設(shè)計(jì)包括造型與附屬景觀的設(shè)計(jì)；

（4）環(huán)境設(shè)計(jì)包括材料的環(huán)保、回收及再利用的設(shè)計(jì)；

（5）在施工過(guò)程需嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)，保障施工質(zhì)量可以完美的反應(yīng)設(shè)計(jì)效果；

（6）橋梁后期的管理與養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)；

（7）橋梁全壽命周期成本、預(yù)算和遠(yuǎn)景效益分析。

2.橋梁全壽命設(shè)計(jì)理論過(guò)程

2.1總體理念設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)師對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)建設(shè)單位的需求和目的，進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的構(gòu)思，整體把握各個(gè)部分的關(guān)聯(lián)性，對(duì)橋梁建設(shè)所處環(huán)境、相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、使用壽命、投融資預(yù)估、遠(yuǎn)景效益等各方面因素做出限制性的設(shè)計(jì)界限。此階段，橋梁設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是既要把控因全壽命設(shè)計(jì)不同而引起現(xiàn)行設(shè)計(jì)的不同，同時(shí)也要搞清楚橋梁全壽命設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，提出全壽命橋梁修建的設(shè)計(jì)理論依據(jù)。

2.2結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)

針對(duì)于全壽命設(shè)計(jì)理論的橋梁結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)，很大程度上依賴于橋梁設(shè)計(jì)師的覺(jué)悟性。依據(jù)總體理念的設(shè)計(jì)與景觀環(huán)境設(shè)計(jì)相結(jié)合的原則，在合理制定橋梁壽命的前提之下，將時(shí)間因素引入到橋梁結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì)當(dāng)中，確保橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期路用性能。全壽命的橋梁整體結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)是依據(jù)業(yè)主需求，使之轉(zhuǎn)化為實(shí)體橋梁的性能，通過(guò)大量的技術(shù)研究、假定各結(jié)構(gòu)的尺寸、部件受力等確保設(shè)計(jì)目標(biāo)能夠在建設(shè)過(guò)程以及橋梁使用壽命內(nèi)得到實(shí)現(xiàn)。橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)就是根據(jù)總體理念設(shè)計(jì)原則，在考慮景觀環(huán)境設(shè)計(jì)的前提下，再依據(jù)橋梁設(shè)定的使用壽命而進(jìn)行的一系列結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)。

2.3橋梁養(yǎng)護(hù)管理設(shè)計(jì)

全壽命橋梁養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)不僅要考慮橋梁的建設(shè)期，也要重點(diǎn)考慮橋梁的后期投入使用和養(yǎng)護(hù)階段，在橋梁的整體設(shè)計(jì)過(guò)程中，打破傳統(tǒng)的重建設(shè)輕養(yǎng)護(hù)的觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)變到建養(yǎng)并重的新策略上。因此，為達(dá)到橋梁使用壽命的長(zhǎng)久性，橋梁工程師需在前期橋梁設(shè)計(jì)中，綜合考慮橋梁各部件結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)劣、資源的高效利用、災(zāi)后的應(yīng)急措施、養(yǎng)護(hù)成本、運(yùn)營(yíng)性能與環(huán)境舒適。以不同類型的構(gòu)件制作不同的方案效果，針對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)時(shí)間段和養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。而不是橋梁通車之后，損壞才修補(bǔ)的傳統(tǒng)策略。

2.4全壽命成本分析

在過(guò)去的幾十年當(dāng)中，橋梁工程僅專注與建設(shè)成本，而較少的考慮建后維修養(yǎng)護(hù)的成本，所以造成了橋梁服務(wù)質(zhì)量差且壽命短的重大問(wèn)題，給社會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和不滿意度。因此橋梁的全壽命周期成本分析應(yīng)根據(jù)現(xiàn)役橋梁性能隨著時(shí)間增長(zhǎng)逐步退化，維護(hù)成本投入快速提高這一現(xiàn)狀。橋梁全壽命設(shè)計(jì)理論的成本分析，是依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)中針對(duì)可靠性及可維修性等做出分析的同時(shí)，將橋梁整個(gè)壽命周期內(nèi)的費(fèi)用作為一個(gè)重要的指標(biāo)進(jìn)行考慮，在綜合考慮相關(guān)設(shè)計(jì)、功能和成本等信息，以達(dá)到性價(jià)比最高。在整體設(shè)計(jì)的過(guò)程中評(píng)價(jià)和分析橋梁在整個(gè)壽命周期內(nèi)的各種狀況，盡可能考慮壽命周期之內(nèi)所有的影響因素，橋梁不但要設(shè)計(jì)合理、施工規(guī)范、及時(shí)的養(yǎng)護(hù)管理，還要對(duì)各階段的成本效益加以分析。

3.結(jié)束語(yǔ)

橋梁全壽命設(shè)計(jì)的研究目前在我國(guó)還處于剛剛起步的階段，但這一項(xiàng)研究的成果必將對(duì)我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展將具有里程碑式意義。橋梁全壽命設(shè)計(jì)的理論不僅可用于新建橋梁的設(shè)計(jì)方案中，也可應(yīng)用現(xiàn)役橋梁的維修養(yǎng)護(hù)當(dāng)中。在以上論述的基礎(chǔ)上，還應(yīng)關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)失效模型、各個(gè)結(jié)構(gòu)的性能衰減規(guī)律的相關(guān)研究及有關(guān)數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步加速橋梁全壽命設(shè)計(jì)理論的研究攀升新臺(tái)階。

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