淺談我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)使用年限的確定和發(fā)展趨勢(shì)的探討

晉克強(qiáng)

【摘要】本文對(duì)中國(guó)橋梁的發(fā)展過(guò)程做了簡(jiǎn)要介紹，并簡(jiǎn)介了國(guó)內(nèi)外的橋梁設(shè)計(jì)和使用壽命。通過(guò)分析表明中國(guó)橋梁的實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限要求；在分析橋梁經(jīng)濟(jì)、社會(huì)變遷速度、車輛通行量、建筑材料、人為及其他因素與橋梁設(shè)計(jì)使用年限關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究了現(xiàn)有橋梁設(shè)計(jì)使用年限的不利影響以及縮短橋梁設(shè)計(jì)使用年限可能帶來(lái)的益處和產(chǎn)生的效應(yīng)，由此說(shuō)明中國(guó)橋梁應(yīng)縮短設(shè)計(jì)使用年限。通過(guò)分析，筆者發(fā)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)中的使用壽命遠(yuǎn)高于實(shí)際中的使用年限，本文通過(guò)對(duì)橋梁經(jīng)濟(jì)、建筑材料、社會(huì)發(fā)展速度等因素的分析，研究了當(dāng)今的橋梁設(shè)計(jì)使用年限過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的不利影響，以及縮短之后會(huì)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)此得出我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)該將使用年限進(jìn)行縮短。

【關(guān)鍵詞】橋梁；使用年限；社會(huì)發(fā)展

0 引言

古代中國(guó)在橋梁的建設(shè)方面一直處于世界的領(lǐng)先水平。建國(guó)后，我國(guó)的橋建設(shè)從數(shù)量上、橋梁形式上和工程水平上都在迅速的發(fā)展，建設(shè)了一大批質(zhì)量過(guò)硬、造型美觀、實(shí)用性強(qiáng)的橋梁。而橋梁的使用年限的研究卻一直是一個(gè)空白。

1.橋梁實(shí)際使用年限

世界各主要的國(guó)家和地區(qū)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)使用年限基本上都在一百年左右，英國(guó)的規(guī)定達(dá)到了一百二十年，而日本、歐盟等都規(guī)定不得少于一百年。我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)中一般對(duì)使用年限的規(guī)定不少于一百年。

但是在實(shí)際使用過(guò)程中，只有很少的橋梁能夠真正使用到當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的年限。本世紀(jì)初曾經(jīng)做過(guò)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)實(shí)際使用超過(guò)二十五年的橋梁還不到所有橋梁數(shù)量的一半。其他各國(guó)的情況略有不同，但基本上橋梁的實(shí)際使用年限都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)的使用年限[1]。

2.橋梁設(shè)計(jì)使用年限對(duì)其他因素的影響

改革開(kāi)放以來(lái)中國(guó)的發(fā)展速度可謂日新月異，在橋梁建筑領(lǐng)域的更新也在不斷加快。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，橋梁的實(shí)際使用壽命也就隨之而下降。社會(huì)的發(fā)展速度、橋梁經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人為其他因素都對(duì)橋梁設(shè)計(jì)使用年限產(chǎn)生影響。

2.1對(duì)橋梁經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的影響作用

在橋梁設(shè)計(jì)的階段，要求橋梁凈現(xiàn)值在使用年限內(nèi)不出現(xiàn)負(fù)值，設(shè)計(jì)方案才可生效。因此，對(duì)于一座橋梁而言，當(dāng)后期的維護(hù)支出超過(guò)了前期的收入之時(shí)，則可以說(shuō)設(shè)計(jì)使用年限就已經(jīng)達(dá)到了，此時(shí)也正是橋梁的經(jīng)濟(jì)利益達(dá)到最大值。經(jīng)過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，橋梁的維修費(fèi)用大約相當(dāng)于建設(shè)費(fèi)用的十分之一或更多。從橋梁經(jīng)濟(jì)的角度分析，認(rèn)定橋梁到達(dá)設(shè)計(jì)使用年限的時(shí)間就應(yīng)該是橋梁首次大修的時(shí)間，這樣才可以取得最大的經(jīng)濟(jì)利益。換言之，只要達(dá)到了首次大修的時(shí)間，要達(dá)到橋梁經(jīng)濟(jì)的最大化，最好的辦法就是縮短設(shè)計(jì)使用年限。

2.2社會(huì)發(fā)展對(duì)橋梁使用壽命的反作用

改革開(kāi)放之后中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，每個(gè)城市的汽車保有量都呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的汽車產(chǎn)量在三十年間已增長(zhǎng)了幾十倍，每年的平均增速都超過(guò)了百分之十五，本世紀(jì)以來(lái)增長(zhǎng)的速度還在不斷加快。而在建筑領(lǐng)域，改革開(kāi)放以來(lái)隨著科技的不斷發(fā)展，建筑材料也在不斷增多，從無(wú)到有的時(shí)間不斷縮短，新材料的開(kāi)發(fā)、材料總類的增多都在不斷加快，建筑材料的質(zhì)量也越來(lái)越好。還有一點(diǎn)尤為重要，那就是橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，理論與方法都在發(fā)展，在國(guó)際交流和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，很多橋梁設(shè)計(jì)的新理論正在不斷的涌現(xiàn)，伴隨而來(lái)的新方法也在不斷的進(jìn)入建設(shè)實(shí)踐中去[2]。

橋梁的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)和規(guī)劃一座橋梁時(shí)，只能是按照當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、橋梁理論水平和建筑能力來(lái)設(shè)計(jì)。然而，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展速度如此之快，未來(lái)的發(fā)展對(duì)于橋梁來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的影響力以及后果都難以預(yù)料。假使在規(guī)劃設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，將其設(shè)計(jì)使用壽命定的過(guò)長(zhǎng)，比橋梁的實(shí)際使用年限長(zhǎng)很多，則設(shè)計(jì)使用年限的很大部分就被浪費(fèi)掉了，沒(méi)有對(duì)實(shí)際的使用產(chǎn)生積極的影響，反而加重了設(shè)計(jì)時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2.2.1橋梁使用年限與車輛通行量的關(guān)系

城市橋梁的主要作用之一就是通行車輛。在一座橋梁的服務(wù)期內(nèi)，車輛的通行對(duì)橋梁產(chǎn)生疲勞荷載，大致要在一億次或者更多。如果橋梁構(gòu)建中的內(nèi)力影響線不夠長(zhǎng)的話，一個(gè)軸重也相當(dāng)于一次車輛的加載。因此，依據(jù)設(shè)計(jì)中效應(yīng)相等的原則，我們可以把復(fù)雜的應(yīng)力循環(huán)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，用等代數(shù)的單個(gè)循環(huán)來(lái)計(jì)算。先設(shè)定某座橋梁后期的通車量不變，橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為一百年，那么在這個(gè)時(shí)間段中會(huì)產(chǎn)生將近兩億次的疲勞荷載。而同樣的時(shí)間內(nèi)，由于車輛每日的通行量都在不斷增加，疲勞荷載的數(shù)量也就隨之增加。

此外，城市中車輛數(shù)量的增加還會(huì)導(dǎo)致道路交通擁堵情況，這種車輛的擁堵也同樣會(huì)在橋梁上出現(xiàn)。車輛在橋梁上產(chǎn)生擁堵，會(huì)嚴(yán)重的影響一座橋梁的使用年限。社會(huì)的高速發(fā)展是時(shí)代的體現(xiàn)，這種發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，城市的車輛數(shù)量也不可能會(huì)減少。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)橋梁的實(shí)際使用年限會(huì)帶來(lái)不可避免的影響，如果忽視橋梁的實(shí)際使用年限逐漸縮短這一事實(shí)，繼續(xù)保持甚至還要增長(zhǎng)橋梁的設(shè)計(jì)使用年限，那么只會(huì)造成這兩者之間的差距越來(lái)越大，造成的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)也會(huì)越來(lái)越多[3]。

2.2.2對(duì)建筑材料的影響作用

我國(guó)的水泥生產(chǎn)總量不斷走高，已經(jīng)進(jìn)入了世界領(lǐng)先行列。鋼鐵和螺紋線等建筑材料的產(chǎn)量也在不斷走高，產(chǎn)能過(guò)剩的現(xiàn)狀不容忽視。橋梁對(duì)建筑材料的使用主要是在建設(shè)期間，建成后對(duì)建筑材料特別是水泥和鋼鐵的需求量就很少了。按照現(xiàn)有的規(guī)定，橋梁設(shè)計(jì)使用年限為一百年，則一百年內(nèi)這座橋梁對(duì)建筑材料，特別是鋼鐵和水泥的需求量都非常小。按照理論來(lái)說(shuō)，縮短橋梁設(shè)計(jì)使用年限可以促進(jìn)建筑材料的不斷更新。按照中國(guó)當(dāng)前的橋梁建設(shè)總量和速度，縮短橋梁的設(shè)計(jì)使用年限將會(huì)帶來(lái)巨大的建材消費(fèi)，可以改善當(dāng)前建筑材料產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題。此外，我國(guó)每年開(kāi)工建設(shè)的橋梁超過(guò)一萬(wàn)座，假設(shè)建造一座橋梁需要五十人花費(fèi)一年時(shí)間，橋梁的設(shè)計(jì)使用年限每縮短一年，在這一年期間就可以增加超過(guò)五十萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，對(duì)解決就業(yè)問(wèn)題有著很好的效應(yīng)。

對(duì)橋梁設(shè)計(jì)理論的影響作用

中國(guó)橋梁建設(shè)的總量很大，但是在理論方面卻沒(méi)有跟上。中國(guó)正在逐步開(kāi)發(fā)和研究橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新理念。現(xiàn)有橋梁設(shè)計(jì)中對(duì)橋梁的荷載方面研究的較多，而較少關(guān)注橋梁的適用性和耐久性，但事實(shí)上耐久性才是橋梁壽命的保障。因此，重視橋梁耐久性的理念受到重視，對(duì)于橋梁的性能、生態(tài)影響以及美學(xué)價(jià)值方面的理念也在增多。如果能夠縮短橋梁的設(shè)計(jì)使用年限，那么這些新理論就可以更快的得到應(yīng)用。

2.3人為因素的影響

實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)橋梁使用年限影響最大的其實(shí)是人為因素。自然災(zāi)害、不合理的加固、超載、撞橋等因素都會(huì)直接影響橋梁真正的使用壽命，并不以設(shè)計(jì)時(shí)的理論使用壽命為準(zhǔn)。

3.結(jié)語(yǔ)

影響橋梁使用年限的因素有很多，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該參照這些實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)目s短橋梁的設(shè)計(jì)使用年限，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新需求，因此，縮短設(shè)計(jì)使用年限是基于實(shí)際情況的一種綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]潘鵬，李全旺，周怡斌，李運(yùn)生，王元清.某公路大橋車輛荷載調(diào)查與局部疲勞分析[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2011（05）

[2]吉伯海，傅中秋.近年國(guó)內(nèi)橋梁倒塌事故原因分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010（S1）

[3]張宇輝.既有橋梁改造方案經(jīng)濟(jì)分析模型的構(gòu)建[J].北方交通，2010（03）