基于病害分析的橋梁全壽命設(shè)計(jì)研究

劉鎮(zhèn)

摘 要：橋梁是為跨越障礙而建造的結(jié)構(gòu)物，在交通網(wǎng)絡(luò)工程中占據(jù)重要地位。橋梁的建造以滿足人們的出行需要為首要任務(wù)，同時(shí)，它也是國(guó)家科技水平經(jīng)濟(jì)發(fā)展的象征。但橋梁投入使用后，在內(nèi)外因的作用下出現(xiàn)各類(lèi)的病害現(xiàn)象。該文從橋梁的病害特征分析入手，探討在橋梁設(shè)計(jì)階段的全壽命設(shè)計(jì)方法框架，以期改善橋梁工程的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：全壽命設(shè)計(jì) 橋梁設(shè)計(jì) 橋梁病害 設(shè)計(jì)方案

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（c）-0067-01

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)的成果也不斷積累，跨徑也將近達(dá)到2km。大規(guī)模、復(fù)雜技術(shù)的橋梁工程是現(xiàn)代化的交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分。橋梁不僅能滿足人們的日常出行需求，它還對(duì)國(guó)防建設(shè)、文化交流、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技發(fā)展等有重要意義。

在服務(wù)期內(nèi)的橋梁，受各種因素影響而使用功能退化的問(wèn)題日趨得到重視。影響橋梁使用功能的因素分為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)部因素主要有設(shè)計(jì)、材料性能退化、施工缺陷等；外部因素有意外事故、交通荷載、自然環(huán)境、養(yǎng)護(hù)管理不當(dāng)?shù)?。橋梁的損傷對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生不可預(yù)估的損失，該文從橋梁的病害分析入手，探討橋梁的全壽命設(shè)計(jì)方法，以期為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 橋梁病害分析

1.1 橋梁病害概述

根據(jù)《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，公路工程必須滿足以下功能要求：（1）正常使用時(shí)，具有良好工作性能；（2）正常施工與正常使用時(shí)，可承受可能出現(xiàn)的各種作用；（3）正常維護(hù)下，有足夠耐久性能；（4）預(yù)計(jì)偶然發(fā)生時(shí)與發(fā)生后，能保持必要的整體穩(wěn)定性。橋梁結(jié)構(gòu)不能滿足上述要求時(shí)，橋梁即發(fā)生了病害。

橋梁災(zāi)害是在偶然或未預(yù)見(jiàn)或不可抗力作用下引發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)整體或局部損壞，其中人為因素主要有設(shè)計(jì)、施工、管理、使用等；自然災(zāi)害因素主要有地震、強(qiáng)風(fēng)、洪水、強(qiáng)浪、泥石流等。橋梁的病害與災(zāi)害可以并稱(chēng)為“橋梁事故”。

1.2 橋梁的病害現(xiàn)象

對(duì)橋梁進(jìn)行病害分析，是從橋梁的設(shè)計(jì)、施工、使用、材料、管理、維護(hù)、外部環(huán)境影響等各種方面需求減輕橋梁病害的對(duì)策，以提高橋梁的使用耐久性與使用功能，研究橋梁壽命。下面主要對(duì)組合結(jié)構(gòu)橋梁與混凝土橋梁的主要病害現(xiàn)象進(jìn)行歸納。

混凝土橋梁的主要有承重結(jié)構(gòu)病害和附屬設(shè)施病害?；炷恋某兄亟Y(jié)構(gòu)主要是有主梁、橋板面、蓋梁、橫隔梁、墩臺(tái)、橋臺(tái)等構(gòu)件，病害表現(xiàn)形式有表層缺損、裂縫、主梁變形過(guò)大、鋼筋腐蝕等。附屬設(shè)施病害，橋梁的附屬設(shè)施具體是指防水排水系統(tǒng)、支座、橋梁鋪裝、伸縮縫等橋面系構(gòu)造等。支座病害主要是柱體開(kāi)裂侵蝕、各組件相對(duì)位置不準(zhǔn)確、異物填塞等；橋面鋪裝的病害有車(chē)轍、裂縫龜裂、推移、坑槽、磨光泛油、松散脫落；排水系統(tǒng)病害有管道破損、錯(cuò)位、脫落、外壁滲水引水槽缺陷等；伸縮縫裝置病害有固構(gòu)件破損、凹槽雜物填充、部件老化等。而對(duì)于組合結(jié)構(gòu)橋梁而言，病害主要表現(xiàn)為腐蝕、疲勞和失穩(wěn)等現(xiàn)象。

1.3 橋梁病害原因分析

導(dǎo)致橋梁病害的原因是多方面的，涉及到橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、材料、養(yǎng)護(hù)、管理及外部環(huán)境因素影響等，應(yīng)綜合分析病害問(wèn)題的影響因素，探尋橋梁各階段的相關(guān)關(guān)系（如表1）。

2 橋梁全壽命設(shè)計(jì)方法框架研究

橋梁的全壽命設(shè)計(jì)要求橋梁工程的設(shè)計(jì)師、業(yè)主、施工承包商、運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)等各個(gè)參與方，自項(xiàng)目開(kāi)始就立足橋梁的全壽命周期，提出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠的方案，對(duì)比優(yōu)化多種方案后，選擇最合適方案。橋梁的壽命周期主要包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用、倒塌或拆除五個(gè)主要階段?？紤]到橋梁壽命周期各種環(huán)節(jié)的需求，通過(guò)設(shè)計(jì)中采取恰當(dāng)?shù)拇胧┡c方法，以盡可能提高優(yōu)化橋梁的綜合性能（如表2）。

橋梁的全壽命設(shè)計(jì)方法是以科學(xué)發(fā)展觀以基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)階段統(tǒng)籌考慮整個(gè)壽命周期中的資源消耗、維護(hù)管理、功能發(fā)揮、投資控制等問(wèn)題，力求實(shí)現(xiàn)全壽命周期中的橋梁總體性能最大化。

3 結(jié)語(yǔ)

該文從橋梁的病害現(xiàn)象入手，分析了在橋梁各個(gè)壽命階段的病害原因，探究橋梁工程從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用、報(bào)廢拆除的全壽命設(shè)計(jì)方法框架體系，以達(dá)到安全性、適用性、耐久性、環(huán)境可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性等全壽命設(shè)計(jì)目標(biāo)。

橋梁的全壽命設(shè)計(jì)是當(dāng)前橋梁工程研究的復(fù)雜交叉性課題，設(shè)計(jì)較多工程現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。該文僅對(duì)全壽命設(shè)計(jì)的方法建立了基本框架，系統(tǒng)深入的研究還需學(xué)術(shù)界與工程界的共同合作。

參考文獻(xiàn)

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