黃澤權(quán) 王 瑜　/重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

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橋梁全壽命設(shè)計(jì)方法框架性研究

黃澤權(quán) 王 瑜/重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

【摘 要】隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，道路和橋梁建設(shè)速度在不斷加快。橋梁是交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，其應(yīng)用范圍也是十分廣泛的。在橋梁設(shè)計(jì)施工中要保證科學(xué)性，才能使橋梁更具使用價(jià)值。本文分析了橋梁設(shè)計(jì)的原則以及全壽命設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，希望能夠給讀者提供一些借鑒。

【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì)；全壽命設(shè)計(jì)；原則；要點(diǎn)

一、前言

橋梁是我國(guó)交通的重要載體，對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有重要的意義。橋梁的設(shè)計(jì)要通過科學(xué)方法進(jìn)行全過程全壽命設(shè)計(jì)，提高橋梁運(yùn)行的效果。

二、橋梁設(shè)計(jì)的原則

設(shè)計(jì)橋梁必須將橋梁工程建設(shè)是否安全、建設(shè)成本的高低以及建設(shè)的是否科學(xué)性等因素綜合考慮在內(nèi)，不僅要保證橋梁可以正常使用，同時(shí)要盡最大努力把建設(shè)成本降低，還要保證橋梁的耐久性與美觀性。設(shè)計(jì)橋梁必須將橋梁工程建設(shè)是否安全、建設(shè)成本的高低以及建設(shè)的是否科學(xué)性等因素綜合考慮在內(nèi)。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性給予足夠的重視，主要從以下幾點(diǎn)著手：

（1）進(jìn)行橋梁建筑設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要重視橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，還要充分考慮其穩(wěn)固性，注重橋梁細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)。例如，由于橋梁建設(shè)材料會(huì)受到自然環(huán)境與自然災(zāi)害的影響，所以需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)救，以保證材料性能的穩(wěn)定性，橋梁的使用壽命被延長(zhǎng)。

（2）必須建立健全的審核監(jiān)理機(jī)制，并且執(zhí)行起來要嚴(yán)格，嚴(yán)格監(jiān)管有關(guān)橋梁設(shè)計(jì)施工的工作，保證施工實(shí)際滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求，保證橋梁較高的設(shè)計(jì)效果。

（3）采取措施將橋梁設(shè)計(jì)的技術(shù)理念進(jìn)行提高，使其被全新的意識(shí)武裝，換句話說，要不斷創(chuàng)新橋梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）橋梁施工前的設(shè)計(jì)交底工作必須要做好，保證嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行橋梁施工。若工程有變化，必須根據(jù)做好申報(bào)工作，以確保橋梁的設(shè)計(jì)工作與實(shí)際的施工工作保持一致。

（5）為了保證橋梁能夠正常使用，避免橋梁出現(xiàn)坍塌，橋梁的自身承重、承載力和受力均衡性都是橋梁設(shè)計(jì)必須要考慮的因素。

（6）為了保證橋梁的使用效率，必須盡最大努力統(tǒng)一橋梁的設(shè)計(jì)理論與實(shí)際的施工情況，制作橋梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案必須綜合考慮橋梁的結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料與耐久性等因素。

三、全壽命周期理念下的橋梁設(shè)計(jì)探討

基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)過程全壽命周期的橋梁設(shè)計(jì)一般分為三個(gè)階段，即：工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)。其中的工程可行性研究主要是對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)可行性、必要性、實(shí)施可行性等方面的綜合性研究。全壽命橋梁設(shè)計(jì)是對(duì)這三個(gè)階段的使用壽命設(shè)計(jì)、環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)、美學(xué)設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修設(shè)計(jì)及成本分析這六大過程的設(shè)計(jì)。

（一）總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)活動(dòng)的第一項(xiàng)工作，是橋梁設(shè)計(jì)工作的決策過程。橋梁工程師在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)業(yè)主的需求和建設(shè)項(xiàng)目的目的，進(jìn)行總體概念設(shè)計(jì)構(gòu)思，整體把握事物的相互聯(lián)系，對(duì)橋梁建設(shè)條件、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、使用壽命年限、投融資估算、投資效益等做出原則性的設(shè)計(jì)界定。在這個(gè)階段，橋梁設(shè)計(jì)的中心內(nèi)容是既要把握全壽命設(shè)計(jì)不同于現(xiàn)行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，又要弄清全壽命設(shè)計(jì)的一般規(guī)律性，提出橋梁建設(shè)的設(shè)計(jì)理論框架和一般性原則。

（二）結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)

橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)是依據(jù)總體概念設(shè)計(jì)原則，考慮景觀環(huán)境設(shè)計(jì)需求，依據(jù)橋梁給定的使用年限所進(jìn)行的一切結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)。基于全壽命設(shè)計(jì)理論的橋梁結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，在依據(jù)總體設(shè)計(jì)原則，結(jié)合景觀環(huán)境設(shè)計(jì)思路，合理確定橋梁使用壽命的前提下，將時(shí)間參數(shù)引入到結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)的耐久性和性能滿足相應(yīng)的目標(biāo)值。

（三）橋梁全壽命設(shè)計(jì)計(jì)算方法

全壽命成本分析主要利用經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)比重要的費(fèi)用，從而顯示出分析結(jié)果，

式中，Pw代表現(xiàn)值，t代表分析時(shí)間域，F(xiàn)c代表初始費(fèi)用，Ic代表檢測(cè)費(fèi)用，Mc代表維護(hù)費(fèi)用，F(xiàn)rc代表后續(xù)維修加固費(fèi)用，Uc代表用戶費(fèi)用，pwf代表現(xiàn)值系數(shù)，S代表殘值。

（1）初始費(fèi)用:通常包括罰款以及獎(jiǎng)金費(fèi)用，交付使用前，對(duì)用戶的成本以及利益予以體現(xiàn)。

（2）分析生命周期:整體結(jié)構(gòu)相似，僅需要一次修復(fù)便可，因此方案要控制實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）維護(hù)費(fèi)用:確保橋梁結(jié)構(gòu)正常使用的維護(hù)費(fèi)用，該費(fèi)用需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的面積差異而予以整合。

（4）檢測(cè)費(fèi)用:受到橋梁結(jié)構(gòu)材料以及結(jié)構(gòu)面積的影響，檢測(cè)費(fèi)用也不盡相同，常規(guī)橋梁檢測(cè)費(fèi)用占到初始投資的0.1％－0.2％的比例。

（5）后續(xù)維修費(fèi)用:一般而言，維修頻率不僅和時(shí)間有關(guān)，而且與橋梁的交通運(yùn)輸量有關(guān)，并且受橋梁結(jié)構(gòu)形式以及橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的限制，常規(guī)混凝土橋梁首次修復(fù)時(shí)間為完成橋梁建設(shè)的40年之后，且維修費(fèi)用是建設(shè)初期費(fèi)用的20％。

（6）殘值:通常在建設(shè)橋梁后的生命周期末尾存在，其中涵蓋拆除費(fèi)用，大約占到建設(shè)初期費(fèi)用的10％。

（7）用戶費(fèi)用:橋梁大維修、日常維護(hù)、初期施工等產(chǎn)生的用戶費(fèi)用，包括交通事故、車輛營(yíng)運(yùn)費(fèi)、延誤費(fèi)等。其中，延誤包括駕駛員不適、時(shí)間延誤以及燃料消耗。

駕駛員延誤費(fèi)用計(jì)算:DDC=W×N×ADT(L/Sa～L/Sn);其中，L代表影響路段長(zhǎng)度;Sa代表橋梁在維護(hù)過程中車輛速度;Sn代表正常；車輛速度;ADT代表平均每天的車流量;N代表進(jìn)行維護(hù)的人員數(shù);W代表駕駛員駕駛的時(shí)間價(jià)1值。

車輛營(yíng)運(yùn)費(fèi)用計(jì)算:VOC=r×N×ADT×(L/Sa～L/Sn);其中，r代表車輛費(fèi)用平均值。

交通事故計(jì)算:AC=N×ADT×L×Ca(Aa～An);其中，Aa代表在維護(hù)過程中的事故發(fā)生率;An代表正常狀況下事故發(fā)生率;Ca代表事故費(fèi)用。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，橋梁設(shè)計(jì)重要的是應(yīng)用全壽命的設(shè)計(jì)理念，從橋梁成本入手，實(shí)現(xiàn)橋梁的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

參考文獻(xiàn)：

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