桥梁设计寿命研究进展简介

桥梁设计寿命研究进展简介
摘要：桥梁耐久性差、服务寿命短及全寿命经济性指标差等问题已成为世界性难题。

我国正处于桥梁等基础设施建设的高峰时期，大量的待建桥梁面临着如何确保全寿命周期的耐久、安全和经济的严峻问题，关于桥梁耐久性问题的研究有十分紧迫和现实的意义。

本文主要研究混凝上桥梁的耐久性问题，初步提出了不同使用条件下我国桥梁构件设计使用寿命的建议值。

关键词：桥梁；耐久性；极限状态；设计寿命
1 前言
在我国现行公路桥梁结构设计和施工规范中，有关耐久性及使用寿命的内容很少。

国外许多国家的规范也没有明确规定结构的设计使用寿命，包括美国ACI 的现行规范在内。

但是美国ACI制定了一些有关耐久性和使用寿命方面的指南、建议等，可供设计人员参考。

美国的AASHTO规范虽然在1991年起规定了公路桥梁的设计寿命为75年，但主要是从钢筋疲劳的角度考虑的(例如车辆通行次数的影响)。

相对而言，欧洲设计规范(Eurocode)对于设计寿命的要求比较明确，对多数建筑结构的要求为50年，桥梁等基础设施为100年。

对于桥梁结构，不同构件在使用过程中有不同的退化模式，在维护管理及更换方面也有明显的差异。

因此，必须明确提出各个构件的耐久性、设计寿命及维护管理的标准与要求，才能使技术人员在桥梁规划、设计及施工阶段就有明确的概念和认识，从而做出有针对性的设计方案及应对措施。

2标准化组织设计寿命的建议
国际标准化组织[IS015686-1, 2000]把通常意义上的耐久性目标具体为建筑或建筑构件的功能要求和可接受水平，要求在设计阶段就予以确定。

建筑物或建筑构件的功能要求和可接受水平可作为设计任务书的一部分由业主确定，也可根据当地建筑规范或规章的规定由设计者确定。

无论由业主或是设计师确定，都应指明建筑构件或组件的属性(可更换或永久性)，考虑其失效效果，进而确定建筑构件或组件的最小设计寿命。

如某些构件或组件的失效后果十分严重，应考虑延长构件的使用寿命或加强检查和维护措施，以减少建筑物设计寿命期限内发生失效的风险。

我国建设部的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCESOI-2004)将设计工作寿命定义为“设计人用以向业主或用户说明，并据以进行设计的结构预定使用寿命。

在结构设计工作寿命的整个期限内，结构应自始至终具有设计所需的安全性和适用性，因此设计工作寿命必须具有相应的保证率或安全度”，并建议设
计工作寿命按下表1选取。

3 国外桥梁使用寿命及分析
收集的美国、日本英国等国家和地区桥梁使用寿命的部分数据，这些国家及地区桥梁建设的高峰期较我国早约半个世纪，多数桥梁经过了实际长时间运营的考验，其数据有实际代表性。

这些数据对于我们认识目前我国在役桥梁及构件的实际使用寿命有重要的参考价值。

从这些数据分析，尽管由于构件
表1结构的设计工作寿命建议表
类别设计工作寿命名称举例
J1 100年重要建筑标志性、纪念性建筑物，大型公共建筑物如大型的博物馆、会议大厦和文体卫生建筑，政府的重要办公楼，大型电视塔等
重要土木基础设施工程大型桥梁或高等级公路上的桥梁，隧道，城市地铁轻轨系统，城市大型立交桥等
J2 50年一般建筑物和构筑物一般民用建筑如公寓、住宅以及中小型商业和文体卫生建筑，大型工业建筑
次要的土木设施工程低等级公路上的桥梁
J3 30年不需较长寿命的结构物，可替换的易损性构件某些工业厂房
J4 1-5年临时性结构
本身性能及使用条件不同，个别构件的使用寿命在不同的国家和地区差别较大，但仍然显示了很强的规律性及集中度，总结起来有以下几点：
1)对于钢主梁，其刷漆维护周期在10-15年：
2)对于混凝土墩柱，其需要一定规模维修的周期在20-25年；
3)伸缩缝的更换周期在8-15年；
4)支座的更换周期与其材料类型有很大关系，因此离散性大，其更换周期约在20-60年之间；
5)桥面铺装的更换周期与桥面结构类型及材料种类有直接关系，其更换周期约在5-15年之间，均值约在10年左右；
6)相对于英国及香港对于桥梁整体寿命120年的高要求，美国统计出来的桥梁使用寿命更加符合我国桥梁的实际情况。

4 关于我国公路桥梁结构及构件设计使用寿命的建议
桥梁设计使用寿命将基于技术使用寿命层面，以永久性构件不需要经过大修、加固或更新的承载能力极限状态作为设计使用寿命终止的条件。

桥梁寿命值应考虑以下因素的影响：
1)桥梁构件的使用寿命与其所处的地域环境及使用过程中受到的主要侵蚀因素有直接关系，相应的耐久性设计措施也有区别，因此设计使用寿命的确定要因使用环境不同而有不同;
2)在役构件实际耐久性能的高低的影响。

定出超过正常规律的使用寿命数值可能要付出高昂的经济代价，定的太低则会是一种极大的浪费，要在经济性与耐久性之间取得平衡；
3)目前技术进步的影响。

旧桥的相关数据不能直接用于新建桥梁，随着人们日益认识到耐久性的重要性及材料性能及制作工艺的提高，使用寿命逐步提高是大的趋势；
4)随着社会经济发展速度的加快，影响桥梁使用寿命的非技术因素，例如功能的新要求、交通流量增加等将可能日益突出，桥梁设计寿命的确定应适当考虑桥梁功能过时的风险；
5)桥梁重要性及投资数额的影响。

对于投资巨大、对社会、经济发展意义重要的桥梁，要考虑较高的设计寿命；
6)桥梁寿命与道路及其他设施使用寿命的协调问题，多数桥梁不能单独发挥其交通功能，它应该具有与配套设施相协调的使用寿命；
5 结论
确立耐久性设计的目标是进行桥梁耐久性设计的前提。

本章对国内外关于结构设计寿命的定义及要求进行了分析，参考有关国家及我国建设部门在建筑耐久性设置标准及使用寿命方面的规定，充分考虑桥梁结构的特性及我国建设管理水平的现状，做了以下工作:
1)提出了桥梁构件的工作寿命及维护方式类别；
2)研究对桥梁构件进行耐久性分类的原则和方法，对我国常用桥梁构件在使
用寿命期间的养护、维修及更换方面应具有的要求进行了归纳、总结;按照耐久性分级标准对其进行了分类；
3)根据美国、日本等国家、地区有关桥梁使用寿命的资料，初步提出了不同地域、不同重要性之下的我国桥梁构件设计使用寿命的建议值，并给出相关分析或耐久性措施要求。

6 参考文献
[1]赵国藩，金伟良，贡金鑫.结构可靠度理论[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.12.
[2]赵尚传.钢筋混凝土结构基于可靠度的耐久性评估与试验研究[D].大连:大连理工大学，2001.
[3]周履.21世纪的重要课题—关于混凝土耐久性的新观点[J].国外桥梁，1998
(4):62-67.
[4]吴海军，彭作军，陆萍.硅桥梁耐久性设计原则与构造措施探讨[J].重庆交通学院学报，2006,25(1): 8-11.
[5]吴谨，吴胜兴.锈蚀钢筋混凝土结构损伤评估研究现状与展望[J].混凝土，2001 (8):22-25.
[6]杨伟军.服役结构可靠度理论及其应用[M].长沙:中南工业大学出版社，2000.
[7]袁迎曙，余索，贾福萍.锈蚀钢筋混凝土的粘结性能退化研究[J].工业建筑，1999.29(11): 47-50.
[8]张誉.混凝土结构耐久性概论[M].上海科学技术出版社，2003.
[9]张永清，冯忽居.用层次分析法评价桥梁的安全性[J].西安公路交通大学学报，2001 3 (21): 52-56.。