桥梁全寿命设计有关问题探讨
基于全寿命思想的桥梁设计方法
02
性能评估
在方案设计阶段，对各种可能的方案进行性能评估，包括结构分析、安
全性评估、耐久性预测等，以确保设计方案满足业主和规范的要求。
03
施工管理
合理安排施工计划和资源分配，采用先进的施工技术和设备，确保施工
质量符合设计要求。同时，密切与业主、监管部门和其他相关方的沟通
协调，确保项目的顺利实施。
桥梁全寿命设计的关键因素
某高速公路大桥设计案例
背景介绍
某高速公路大桥是连接城市间的重要交通枢纽，为满足日 益增长的交通需求，提高桥梁的通行能力和安全性，需进 行改建。
案例分析
在全寿命思想指导下，设计团队对桥梁进行了全面规划， 充分考虑了桥梁的使用寿命、维护和管理需求，以及未来 的扩展和升级。主要考虑因素包括
结构设计
采用新型的悬索桥结构，具有较高的承载能力和稳定性。
环境因素
考虑桥梁所在地的气候、环境条 件，如湿度、温度、腐蚀物质等
，作为设计时的关键因素。
材料选择
选择具有高耐久性的材料，如高 性能混凝土、耐腐蚀钢材等，以 保证桥梁在使用年限内的稳定性
。
结构设计
优化结构设计，考虑荷载分布、 应力集中等因素，以改善桥梁的
受力状况，提高耐久性。
防腐设计与防护措施
表面处理
某市域快速路互通立交桥设计案例
1 2 3
背景介绍
某市域快速路互通立交桥是城市交通瓶颈之一， 由于交通流量大、车速快，给现有道路带来较大 压力，需进行改建。
案例分析
在全寿命思想指导下，设计团队对互通立交桥进 行了全面优化，以提高其通行能力和安全性。主 要考虑因素包括
结构设计
采用新型的斜拉桥结构，提高承载能力，减少桥 墩数量。
我国桥梁耐久性设计中存在的问题及对策
我国桥梁耐久性设计中存在的问题及对策摘要：桥梁耐久性问题是亟待解决的大问题，许多地方的短命桥，不仅给人民的生命财产带来损失，也是一种资源浪费。
本文概述桥梁耐久性设计的重要意义，分析了桥梁结构耐久性设计评定方法以及我国桥梁耐久性设计存在的问题，最后探讨了改善桥梁设计中耐久性问题的主要对策。
关键词：桥梁；耐久性；设计；对策1 桥梁结构耐久性设计评定方法要进行桥梁机构耐久性的设计，必须要考虑影响桥梁结构耐久性的因素，最主要的就是环境对桥梁结构耐久性的影响，因此，要对环境进行评定，提高桥梁结构的耐久性设计。
对环境指数进行评定的方法，最开始是由日本土木工程协会提出来的，而且还把此方法纳入了工程规划稿中。
对于环境指数对混凝土耐久性的影响，可以通过计算得出。
当混凝土的耐久性指数为 T 时，环境指数 S 等于或者小于 T，也就是T≥S，这里的环境指数 S，主要是根据桥梁结构的所处的环境条件来进行评定的，其中涵盖了桥梁结构中混凝土不需要维修的时间。
混凝土的耐久性指数 T，则是根据桥梁结构的施工质量、混凝土质量、和混凝土设计报告来进行评定的。
环境指数和混凝土耐久性指数的关系，从表 1 可以看出来。
2 我国桥梁耐久性设计存在的问题桥梁耐久性设计存在的主要表现：(1)随着我国交通量的日益增多和繁重，以往的耐久性设计规范、规程、要求已不适合现阶段的交通需要，致使桥梁耐久性问题会随时可能发生。
(2)某些设计人员往往只满足予规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、构造、材料、维护等方面加强和保证结构的耐久性。
(3)设计过程中，某些计算图式和受力路线不明确，混凝土的强度等级、保护层厚度、构建截面等都达不到要求或者存在缺陷，这些都削弱了桥梁的耐久性。
(4)桥梁的耐久性设计，其中很多设计都是通过施工工艺说明来体现的，然而在实际设计中，往往对桥梁的施工工艺不够重视，很多施工重点未被提及或强调的不到位，极大地影响了桥梁耐久性。
浅谈桥梁的使用寿命问题
浅谈桥梁的使用寿命问题【摘要】随着全球各行各业日新月异的飞速发展，也推动了桥梁事业的快速发展。
本文通过对城市桥梁结构与设计理念的分析，研究了桥梁的使用寿命、设计性能、桥梁的寿命周期和提高耐久性的设计理论，并对桥梁的设计、使用及维护提出了一些建议。
【关键词】城市桥梁结构与设计理念；耐久性；桥梁的使用寿命城市桥梁设计宜采用百年一遇的洪水频率，对特别重要的桥梁可提高到三百年一遇。
地震区城市桥梁结构的设计和布置应符合现行的《公路工程抗震设计规范》有关规定。
影响桥梁系统使用寿命的问题主要与桥梁的前期设计、建造过程及使用期间的管理和维护有关系。
前期的设计、施工方法和质量直接影响到桥梁施工完成后的质量，会涉及到桥梁的安全性能和使用寿命，必须给予足够的重视并加以改进。
设计、建设、养护分离，不重视桥梁使用期间桥梁的检查、管理和维护工作，建设过程中单纯抓进度，忽略主体结构的耐久性等等，都造成了近些年我国修建的许多桥梁相继出现了质量不达标、腐蚀严重、达不到设计使用年限、甚至断索的一系列问题。
更有甚者，有的新桥还未投入使用便出现了严重事故。
不管在中国还是在全世界，桥梁使用寿命的问题都应该引起大家足够的重视。
城市桥梁设计和施工中出现的问题导致了桥梁的耐久性不合格，这个情况又给后期的维护、管理和修缮都造成了沉重的负担，与此同时，桥梁使用期间维护、管理和修缮水平的好坏又直接关系到交通安全和桥梁的耐久性，这是相辅相成的?中国现在使用的一些桥梁存在着管理和维护方法不当或者人手不足力度不够的问题，一些桥梁的问题主要是由于养护维修方法不恰当或跟不上桥梁退化附带出来的一系列问题。
在传统设计理念里，设计工作的中心任务集中在了施工过程中所耗费的成本和主体结构在短期时间内性能的优化上，或者是桥梁的美观性被盲目扩大化，但是却对建筑结构的耐久性和使用寿命不够重视，再加上设计中并未涉及到设计使用年限内的正确管理、使用维护、部件更换等建成以后的一系列问题。
基于全寿命思想的桥梁设计方法研究
基于全寿命思想的桥梁设计方法研究随着我国建筑行业的发展，我国在桥梁的建设上也取得了一定的成就，使得我国的桥梁建设速度明显加快，并且有效的增加了所建设的规模，同时在桥型、跨径和建筑技术工艺等多方面都有着明显的突破。
但是在取得这样的成就之下，我国的桥梁建设还存在着一些问题需要进行及时的解决，保证在今后的建筑工作中能够有效的为我国的桥梁建设提供良好的方案。
文章主要通过对我国在桥梁建设中，基于全寿命思想上的桥梁设计的方案，对我们桥梁的设计问题进行分析，保证其能够有效的促进我国桥梁的建设发展。
标签：全寿命；桥梁设计；分析研究前言桥梁的建设在我国的发展中占有着重要的地位，为我国的快速发展提供着良好的基础，但是在我国的桥梁建设过程中，桥梁使用寿命的长短严重影响着建筑工作人员，这些都是我们在对桥梁建筑过程中急需考虑的问题。
特别是我国如今的桥梁建设数量在急剧的增加，我国的桥梁建筑过程中也暴露出了较多的问题，尤其是对我国桥梁的使用寿命进行了仔细的问题分析。
在文章的研究工作中，主要通过对桥梁建筑过程中出现的问题进行分析，保证在我国今后的桥梁建设中能够很好的延长桥梁的使用寿命。
1 我国目前桥梁建筑的现状1.1 桥梁结构方面出现弊端在桥梁的建筑过程中，早期的对桥梁结构的设计，就基本上决定了桥梁在今后生活中的使用效果，而在桥梁的设计过程中的各种不良的设计方案，忽视了一些细节对桥梁造成的影响，这就对桥梁的使用效果和寿命产生了影响，使得桥梁的耐久性大大的出现折扣，给之后的养护维修工作造成了巨大的浪费，如果维护资金不足的情况下，就会直接影响到桥梁的使用。
所以我们在桥梁的建设过程中，桥梁结构设计是十分重要的，必须引起设计人员的高度重视，对桥梁结构中的每个细节进行充分的考虑，避免出现一定的桥梁结构问题。
而在对桥梁的结构进行性能设计的过程中，主要包括结构体系和部件的功能设计，并且更好的满足桥梁安全性能的要求，尽量使用稳定的结构设计，同时为了保证桥梁的耐久性，使用一定的设计保证桥梁的耐久性能。
我国桥梁耐久性设计中存在的问题及对策
我国桥梁耐久性设计中存在的问题及对策摘要：作为桥梁设计人员,桥梁的耐久度问题在设计中必须加以重视,工作中应积极借鉴国外成功的经验和做法,从桥梁构造、结构体系和设计理念的角度将耐久安全性的设计研究工作做好。
本文探讨了我国桥梁耐久性设计中存在的问题及对策。
关键词：桥梁；耐久性；设计；问题；对策桥梁在建造和使用过程中, 一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀, 并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用, 同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化, 从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。
在大跨桥梁领域, 国内从20 世纪80 年代以来, 修建了大量的斜拉桥; 虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少, 但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索, 既影响了使用又增大了经济损失。
很多这类问题与没有进行合理的耐久性设计有关, 这也促使人们重新认识桥梁的耐久性问题。
一、桥梁耐久性差的主要原因1、设计理论和结构构造体系的缺陷在桥梁设计领域，结构耐久性不足已成为一个最现实的重要问题。
而实际操作中，许多设计人员往往只满足于对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的耐久性。
比如结构整体性和延性不足、计算图式和受力路线不明确、混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，等等。
这些都无形中削弱了结构耐久性。
此外，环境和使用条件不同，设计者对结构体系设计的要求。
合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
2、工程施工过程中片面的追求施工进度由于混凝土强度等级的提高和施工进度的加快，实际耐久性质量大幅度下降。
在一些桥梁的混凝土施工中添加的早强剂，使其内部结构和后期强度发展不良，易开裂，耐久性降低。
养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩小。
浅析桥梁工程全寿命设计方法
能 的年 限ห้องสมุดไป่ตู้。
２桥 梁 全寿命 周 期 。 ） 桥梁从 规划 设计 到丧 失使用 功 能 的全 过 程 ， 括 ： 包 规划 、 计 、 设 、 营 、 护 、 设 建 运 养 管理 、 报废 以及 必要 时拆 除等阶 段 。
持 良好 性 能 ， 满足 使 用功 能 的要 求 。
推 荐方 案 。初步 设 计文 件是 材 料机 具订 购 、 安排 科研 项 目、 征地 拆 迁 准 备 、 制 施 工 图设 计 文 件 、 制 投 编 控 资 等 的依据 。
４ ３ 施工 图设 计 阶段 ．
根 据 初 步 设计 文 件 及其 批 复 意 见 ，进 行施 工 图 阶段 的全 寿 命设 计 。深 化建 设 条件 及 环 境 条件 的调
需求 。为确保 桥梁 设计 寿命周 期 内的 良好性 能 ， 寿 全 命设 计应 包括 以下 内容 ：
实施阶段 。 其他大多数发达国家， ２ 世纪 ９ 年代 从 ０ ０
初才 开始研 究， 目前 仍处 于起 步阶段 。他们 从经 济管 理 入手 ， 发桥 梁 全寿 命成 本 分析 计算 软件 ， 研 进行 桥
内桥梁 的人 文 、 生态 、 境 、 术 、 能和 经济 效益 等 环 技 功
综 合 最 优 ， 结 构 、 料 、 久性 、 学 、 保 、 工 、 对 材 耐 美 环 施 管养 以及全 寿命成 本等 进行 综合 设计 的方法 。
３桥梁工程全寿命设计 的主要 内容
全 寿命 设计 是桥 梁 工程 建设 中最 为 重要 的一 个 环节， 它将 业 主 、 用者 和社 会 需求 转 化 为桥梁 结 构 使 体 系 的性 能要 求 ，建 立 并优 化 结构 方案 以实现 这 些
浅谈桥梁设计中的全寿命理念的应用
【 关键词 】 梁设计 ； 桥 全寿命理念
１ 全 寿 命 设 计 概 述
１ ． 基 本 概 念 １
和景 观 欣 赏 的需 求 ； （ ） 态 设 计 。包 括 环 保 设 计 、 收 与再 利 用 设 计 ； ４生 回 （ ） 工 过 程 控 制 设 计 。 确保 良好施 工 质 量 并 忠 实 地 表 达 设 计 成 ５施
／
求：
命 设 计 方 法 可 以定 义 为 ： 合 统 筹 考 虑 桥 梁 寿 命 周 期 的 ５个 主要 阶 段 综 （ 划 、 计 、 工 、 用 、 除）通 过 成 本 分析 ， 规 设 施 使 拆 ， 寻求 安全 性 、 久性 、 耐 美
（ ） 寿 命 周 期 成 本分 析 。这 是 进 行 桥 梁 全 寿命 设 计 不 可 缺 少 的 ７全 内容 之 一 。 选 择 最 优 的 设 计 方案 ， 须 进 行 全 寿 命 周 期 成 本 分析 ， 要 必 对
果：
全 寿命 设 计 理 念 是 基 于 社 会 基 础 建 设 总 体 效 益 达 的 ， 终 目的 是 使 桥 梁 在 全 寿 命 期 内 ， 计 建 设 付 出 的 成 本 最 设 （ ） 梁 的 管 理 、 护 设 计 。 包 括 桥 梁 运 营 期 内的 监 测 、 ６桥 养 养护 、 维 得 到 最 高 的 经 济 效 益 。这 里 的成 本 付 出 ， 仅 包 括桥 梁 的 最初 建 设 费 不 修 、 理 ， 桥 梁 在 使 用 寿 命 内 始 终保 持 良好 性 能 ， 足使 用 功 能 的要 管 使 满 用 ， 囊 括 了 规 划 、 营 、 测 、 护 、 固 、 除 等 。 因 此 ， 梁 的 全 寿 还 运 监 养 加 拆 桥
浅谈桥梁设计中存在的问题及解决对策
浅谈桥梁设计 中存在 的问题及解决对策
高 晨
（ 北海 工程设计 院 ， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０ Байду номын сангаас Ｊ
设计结构和桥梁连接 ，并严格 按照规 定的安全指标 来保 证桥梁结构 的安全，不管标准规范 ，还是材料 和技术更新的速度多快 ，都应该 注重结构耐久性 。 ２ 解 决 的 对 策 ２ ． １重视桥梁工程质量 考虑 提高 桥梁 工程 的耐久性 应该 运用科 学和可 持续发 展 的方 法 ，在有效使用年 限内保证 桥梁的正常使用 ，重视监督工作 ，对桥 梁 的各个部位进 行维护 和检修工作 。在实际设计桥梁过程 中，应该 充分考虑好桥梁 的社会 效应和 费用经济型。在设计桥梁时 ，使用高 【 关键词 】 桥 梁设计 ；分析 问题 ；解决对策 科技的计算机技术进 行精密 设计，对设计方案进行实时的优化 ，以 保证其合理性 ，采用 智能化的方式生产桥梁 的建筑部件 ，运用遥感 引 言 技术和 Ｇ Ｐ Ｓ技术对实 际施工进 行有效 地监控 。 在 桥梁 的施工质 量上 ， 目前我 国桥梁 在结构设计方面上 。只单纯 注重结构强度 问题 ， 很少考虑到 结构的耐久性 ，一般 只注重 强度 最大的承受力 ，并不注 应该对桥梁 工程 进行总体部署和规划 ，不实 行以低价 中标 的方 式， 重使用最大年 限。然 而桥 梁结构在整个使用年 限中最 关键就是实际 有利于保证施工 质量 ，扩大施工方 的生存空 间，因为低价 中标 的施 应 用 的 性 能 ， 实 际 上 ， 注 重 耐 久 性 仅 仅 停 留在 表 面 上 ，并 没 有 深 入 工方要想生存 下去，不让 自己亏损 ，就是改变设计方案实 现经济利 的研究 ，更 没有 清楚提出使用有效 时间的限制，并没有对桥梁 的耐 润 ，这样并不能保证好桥梁施 工的质 量和 安全。 久性进 行专 项研究和设计 。这些都 可能造成交通事故产生 、桥梁结 ２ ． ２关注和研究工程疲 劳损伤 般 桥梁工程承担 的车辆荷载力 是动荷 载力，动荷 载力对桥梁 构实用 性能较差、使用时 间较短 ，这些都是与国际桥梁结构标准是 不相符合 的，国际桥梁设计较注重 结构 耐久性、安全和适用 ，同时 结构产生 一定的循环 应力 ，会导致桥梁结构 出现震动 ，甚至导致桥 梁 结构 出现 不同程度上的疲劳损伤 。因为桥梁结 构使 用的材料 并不 也是不符合桥梁 结构的综合经济价值 。 是连贯 的材 料结构，实际上存在着很 多细微 的缺 陷，在 车辆连续荷 １桥 梁设计 中存在 的问题 载 的作 用力的环境下 ，这些细微 的缺 陷旺旺会发展成为大问题 ，导 １ ． １ 没 有 严 格 审 核 和 监 理 机 制 我国桥梁设计普遍存在 的问题就是过于依赖专家 的会 审，这使 致桥梁 受损，并使得桥梁建筑材料 出现 一些裂纹，假如这些裂纹得 得 审核设计工作没有实际的作用 ，失去了其存在的真正意义，所 以， 不到有 效的保护 ，很容 易产生桥梁材 料和结构出现断裂。在一般情 这种专 家式的会审很容 易忽略设计 方案的经济效应 ，只是关注设计 况下，往往 早期的疲劳损伤不容 易检测得 出来，但 是早期的疲劳损 方案 的可行性 ，从而在一 定程度 上导致桥梁设计不合理 的方案得 到 伤 会引发的结果是事故性 的，所 以在桥梁 设计过 程中疲劳损伤常常 是关键 核心的 问题， 因为事实 发生 的钢材 断裂的事故有许多，其中 通过 。 有不少原因是因为疲劳过度 引发桥 梁断裂的安全 事故 。所 以必须重 １ ． ２桥梁 安全和耐久性得不到保 障 世界上时有 出现关于桥梁坍塌的安全事故 ，所 以桥梁安全的问 视桥梁的疲劳损伤 问题 ，制 定出科 学有效的方法对其进行检测 ，实 题 引发 了桥梁建筑工程界 的关注。现如今桥梁安全隐 患的事 故产 生 时地进 行维修和 保护工作。 的主要原因就是桥梁 管理 技术和水平较低造成 的，一般在使 用情 况 ２ ． ３ 吸取 国外的先进技术和优秀经验 中，桥梁在没有到设 计时预先使用时间 ，就 出现 了一 列的安全隐患 在桥梁设计过程 中， 应该重视施工设计 的管理水平和施工质量 ， 问题 有很 多的桥梁 在完工后投入使用几年之后 ，就 出现 了桥梁结 还需要吸取 国外先进经验祀 学习先进的技术，运用合理有效的安全 构的耐久性 问题 ，还有就是桥梁工程施工 的材料较差 ，并没有做钢 施工方法 ，在实 际使用过程 中对桥 梁的结构实用性能 ，处理好桥梁 筋保护层 ，导致一些 桥梁 结构构件的开裂 ，这些都是 都引发桥 梁工 的耐久性和安全隐患 问题 ，不 断研 发新的设计方法和技术，有利于 程事故的关键 因素 。 我桥梁 工程建筑行业的发展和进步 。 １ ． ３在 实际施 工过程 中产生 的问题 ３ 结 语 施工过程 是检验桥梁设 计的一项重要环节， 在实际施工过程 中， 专家预测在不久 的将来 会出现大量桥梁抢修、加固甚至改建的 由于施工方法 的不合理 ， 和 工作人员不重视对工程施工质量的把关 ， 局面。所 以我们还需要在桥梁 全寿 命期设计、桥梁景观 、材料和工 这些因素都影 响了桥 梁工程的施工进展 ，不 能实现预 期的 目标。 由 艺 以及规划与管理等方面进行 现代桥 梁设计的新 理念探讨 。桥梁工 于钢筋混凝土 的结构不够 密实 ，在监控施工过程 中，并不重视关键 程是关乎人们生命安全 的建筑 工程 ，桥梁结构设计的关键因素就是 以往陈 旧的桥梁设计 思路主要考虑 的是桥梁结构 的强度 ， 的指标 ，那就 是混凝 土的密实性 ，单单重视混凝 土的配比设计 ，据 安全性能 ， 科学研究表 明，在 实际的桥 梁检 测中，在使用 ２ ０到 ３ Ｏ 年的年限之 据研究专家推测 ，在未来，可 能会 出现许多桥梁维修和加 固的工作 ， 后 ，因为混凝 土的碳化程度较高 ，钢筋 出现 明显的腐锈的 问题 ，还 所 以设计人员 需要在 关于桥梁工艺和使用寿命上进行更加深入 的研 有混凝土保 护层 实际的厚度构造不合理 ，混 凝土 的作用就是保护钢 究 。才能保证好桥梁设计事业有效 的发展 。 筋防止 出现锈蚀 ，因为混凝土 的实 际厚度和 分布设计都关系到钢筋 参 考 文 献 ： 梁培 南， 张 国毅． 桥 梁设 计中耐久性较差的原 因及对策安 全性 耐久性 能的发挥作用，建造材料混凝土 的保 护层大小厚度都是不均 …杨铭， 和 耐久性 差的原 因分析 ｌ １ １ ． 科 技信息（ 科 学教研） ， ２ ０ ０ ８ （ ０ ８ ） ． 匀 的，甚至 导致钢 筋出现露筋的 问题 。 １ ． ４设计理论和结构不合理 ｆ ２ １ 吕言鹏， 郭晓文． 浅谈桥 梁维修加 固过程 中的一 些 问 题 及措施 Ⅱ １ ． 科 在桥梁设计工作中 ， 尤其是在设计和处理桥梁建筑施 工过程 中， 技 资讯 ， ２ ０ １ ０ （ ３ ３ ） ． 还有许 多关 于安全性的方面需要 改善 在设计桥梁结构过程 中，每 ［ ３ ］ 章天明， 王建强， 茅建波 ． 造成桥梁设计耐久性差的原 因 探析 卟 科 个设计 人员根据不 同的环境都有关于桥 梁结构的布局和设计标准 。 技信 息（ 科学教研） ， ２ ０ ０ ８ （ １ ３ ） ． 设计结 构的最重要任务是选用科技合 理的建筑结构方案 ，然后就是
大跨刚构—连续梁桥的全寿命性能监测与分析
2、车辆荷载：车辆在桥梁上行驶时，会对结构产生一定的冲击效应，应考虑 车辆荷载对结构稳定性的影响。
3、风荷载：风荷载对高墩大跨径连续刚构弯桥的稳定性产生较大影响，需对 风载引起的倾翻力矩进行计算和分析。
结论
通过对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程稳定性进行分析，可以得出以下结论：
1、合理的材料选择和结构设计是保证高墩大跨径连续刚构弯桥稳定性的关键 因素。
2、墩身尺寸：墩身的设计应考虑桥梁的整体造型和稳定性，选用合理的截面 形状和尺寸。
3、支座布置：支座是保证桥梁稳定性的重要组成部分，需根据主梁和墩身的 布置，选择合适的支座形式和数量。
稳定性分析
针对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程，应进行以下稳定性分析：
1、施工阶段：在施工过程中，应考虑混凝土收缩、徐变以及预应力对结构稳 定性的影响。同时，对临时支撑体系进行稳定性分析，以避免施工过程中的安 全事故。
大跨刚构—连续梁桥的基本结构由上部结构的刚架和下部结构的连续梁组成。 刚架作为主要承重结构，具有较大的抗弯和抗剪能力；连续梁则具有较好的承 受压力和分布荷载的能力。这种组合结构可以满足大跨度、高荷载的要求，适 应现代交通发展的需要。
为了及时掌握大跨刚构—连续梁桥的性能状况，需要对以下关键性能指标进行 监测：
3、异常检测：通过比较监测数据与历史数据或预设阈值，及时发现异常情况。 当数据超过预设阈值时，发出警报提示，以便采取相应的处理措施。
4、模型拟合：利用数学模型对监测数据进行拟合，以了解结构的实际工作状 态。例如，可以采用有限元分析、神经网络等模型对数据进行拟合，以更准确 地评估结构的性能。
在实际案例中，可以结合具体桥梁工程进行全寿命性能监测与分析。例如，某 地一座大跨刚构—连续梁桥在经过多年的运营后，出现了明显的挠曲变形和应 力异常。通过安装传感器和数据采集系统，对该桥的挠度、应力和应变进行了 长期监测。
桥梁全寿命周期成本分析
桥梁全寿命周期成本分析在高速公路桥梁项目开展的过程中，桥梁全寿命周期成本分析是非常关键的一项内容，因此为了能够对全寿命周期成本有一个详细的了解，结合实际在分析桥梁全寿命周期成本背景的同时，对桥梁工程全寿命成本控制的要点进行了探讨，希望分析之后可以给相关的工作人员提供一些参考。
标签：高速公路桥梁；全寿命周期；成本分析在投资领域，有一个概念十分常见，它被称作全寿命周期成本，全寿命周期成本是人们进行投资时必须考量的一个因素。
然而它最早却是由美国军方在上世纪中旬提出的概念，主要用于军事物资的购买，在提出的二十年后，这个概念已经深入到各个领域，同样包括交通领域。
全寿命周期成本是指产品的整个寿命周期内所有成本，在道路桥梁建设中，要全面考虑桥梁的全寿命周期成本，选取最合适的方案。
一、全寿命周期成本背景2003年，美国开始实行LCCA法，这标志着美国成为了首个将全寿命周期成本分析运用到道路桥梁建设的国家。
而在美国法典中也对LCCA解释为它是一个用于评估产品或者项目整个寿命周期总成本的一个方法，包括前期投入和后期维护的成本，。
而在2004年的西部交通建设科技项目“高速公路桥梁工程全寿命设计理论与方法研究”上，对桥梁建设全寿命周期成本研究有了多方面的涉及，在设计方法，桥梁典型的损伤类型，以及桥梁全寿命的成本计算，风险评估等方面都提出了相应解决方案，这一项目在我国桥梁工程全寿命成本上有很大影响，对我国桥梁建设有着很大的帮助。
事实上，早在2000年，我国就已经颁布了国务院第279号令，在该条令中提出要对基础设施全寿命负责，这为我国全寿命周期成本的实行奠定了法律基础，对桥梁的全寿命周期分析具有深远的影响。
二、推行高速公路桥梁工程全寿命成本控制势在必行据不完全统计，世界各地的高速公路桥梁工程全寿命周期成本逐年上升，上世纪八十年代末，美国的桥梁维修费用还不到2000亿，而到了九十年代，仅60万座混凝土桥梁的一半的加固费用就高达3000亿，而到了二十一世纪，计划全面维修桥梁所需的费用达到了10000亿以上。
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桥梁全寿命设计有关问题探讨叶文华(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉430056)
摘 要:通过国内外桥梁的使用现状及某大桥主桥的缺陷行为分析,说明桥梁全寿命设计研究的必要性。基于桥梁结构全寿命周期的总体性能最优的设计理念,分析了目前国内外全寿命研究在耐久性、防腐蚀、寿命周期成本分析方法等的主要成果及有关问题。关键词:桥梁;成本分析;全寿命设计中图分类号:U442.5文献标识码:A文章编号:1671-7767(2008)01-0076-04
收稿日期:2007-09-21
作者简介:叶文华(1967-),男,高级工程师,1989年毕业于重庆交通学院桥梁工程专业,工学学士。
1 前 言目前桥梁设计方案决策,仅考虑初期投入和业主成本,很少考虑到全寿命成本和社会成本,因而有较大的缺陷和局限性,不符合以人为本的桥梁建设的可持续发展要求,直接的后果是,桥梁维护成本、维护期交通堵塞成本及环境成本过高,社会负面影响很大[1]。同时桥梁在服役过程中由于受到材料退化、超载、基础失效、施工缺陷、设计缺陷和使用过时等因素的影响,工作性能往往比预期的更差,呈现一种曲线退化的规律,桥梁结构性能体现出衰变性和随机性。因此桥梁结构设计方法的发展趋势将从现状设计向全寿命设计过渡,并最终达到可持续桥梁工程的要求[2]。全寿命设计方法将“全寿命性能设计”的概念引入桥梁设计、施工和维护管理的工程实践中,使桥梁寿命期的服务水平和长期投资控制得到更有力、更全面的保证。从经济方面考虑,桥梁全寿命设计以结构服务水平为约束条件,以寿命周期成本总值最小为目标;从寿命周期内的性能指标上讲,全寿命设计研究建立定量的理论分析方法,人为地设计结构耐久能力、控制其老化过程、预测全寿命使用性能。采用全寿命设计方法,不仅能降低桥梁寿命周期总投入,而且将大大提高社会及公众的满意度,同时对在役桥梁结构的耐久性评估,可以揭示结构的潜在危险,为业主提供准确的信息以便及时做出维修加固或拆除的决策,避免重大事故的发生,其研究成果也可以直接用于指导桥梁结构的设计和维护。2 桥梁的使用现状与问题美国近年来的调查与分析发现,在其总计约60万座的桥梁中,有20万座被美国联邦公路总局确定为不符合要求,12.5万座被认为有结构缺陷,每年需更换5000～8000座,至少需要90亿美元来解决这些问题;在印度,约10%的公路桥梁需要替换,另有10%的桥梁有损伤迹象;而澳大利亚有60%地方公路桥梁使用年限超过50年,约55%的高速公路桥梁使用超过20年,有证据显示随着使用年限的增加,结构逐渐劣化并产生腐蚀、疲劳、损伤和其它形式的性能退化,在澳大利亚新南威尔士州急需约3000万美元来加固缺陷桥梁。而我国建国后兴建的桥梁,已有相当数量发生老化、损坏,承载能力已明显降低。在20世纪50～60年代修建的混凝土桥梁,标准普遍偏低,且有不同程度的破损,这些低标准的桥梁,正处在超负荷运营阶段[3]。目前我国正处于桥梁建设的高峰时期,大量在役与待建桥梁面临着如何保证其全寿命期间安全性、耐久性及维护管理的严重问题。如某桥为五孔一联的预应力混凝土连续箱梁桥,桥跨布置为(65+3×100+65)m,桥面净宽为(9+2×1.5)m,1990年10月28日正式奠基,1993
年11月18日竣工通车,建成后实际造价5650万元。2003年5月以来,大桥跨中下挠,关键部位出现开裂。箱梁腹板开裂,中间3跨跨中底板横向贯通开裂,而且跨中底板裂缝活动性明显;中跨跨中底板大面积混凝土剥落;2个次边跨下挠严重;箱梁接缝质量状况较差。经鉴定该桥为危桥,失去维修价值,上部结构于2005年予以拆除,为目前国内拆除的规模、跨径最大的桥梁。该桥实际寿命约11年,远小于其设计寿命。这引起了国内学者的高度关注,也提出了对全寿命设
67世界桥梁 2008年第1期计有关问题的探讨,包括混凝土、钢束的腐蚀机理研究、在役结构的健康状况评价和剩余寿命预测、结构性能的防护措施研究等。我国在桥梁全寿命设计方面的研究才刚起步,本文就此问题作粗浅的探讨。3 国内外全寿命研究的有关问题3.1 寿命周期成本分析方法寿命周期成本(LifeCycleCost)及全寿命经济观点首先由美国军方于20世纪60年代提出,经过几十年的不懈努力,寿命周期成本分析方法在美国、欧盟、日本等发达国家发展迅速,能够基于可靠度成本最优实现桥梁网的有效管理。采用全寿命成本方法对处理桥梁建设中短期效益与长期效益的关系有很好的现实指导意义,也是在基础设施建设方面逐渐提高我国技术水平和管理能力、与国际接轨的重要方面[3]。寿命周期成本分析的总目标是提供成本-效益分析的工程方法,从经济学的角度考虑成本分配,包括设计、营运、检测、养护、维护、改造和整个设计基准期的劣化与失效,同时将优化技术和概率方法结合在一起,为决策者提供有效的经济评估工具,在收支平衡的基础上判断维护方案的优劣[3]。为了进行寿命周期成本分析和工程评估,文献[4]提出采用动态规划建立结构维护和替代模型,确定结构进行维护的时间,在结构寿命周期内、最小成本基础上选择最佳维护方案。尽管如此,寿命周期成本分析方法在桥梁工程中的应用尚没有形成一套公认的计算方法和模型,同时在分析和比较的过程中存在着较多的不确定因素,因此还有很多问题有待进一步研究[3]。近几年,许多研究人员开始在周期成本有效性方面从事大量研究,主要是关于结构寿命周期成本模型分析和设计结构优化,仅有少数人研究桥梁系统寿命周期成本的有效性。在有限的研究成果中,大多数还不能应用于现实问题,因为这些研究大多集中在寿命周期成本有效性分析和设计理论问题上,没有考虑实际工程中的制约因素。而文献[5]提出一套针对钢结构桥梁周期成本有效性最优化设计的寿命周期成本分析方法,考虑了在外界因素作用下桥梁可靠性的时间效应,例如腐蚀和重载运输等。在寿命周期成本最优化的情况下,其组成为:初始成本、预期寿命周期维护成本、预期寿命周期可靠性成本,包括维修替换成本、意外损失、损伤损失、道路使用成本、间接社会经济损失[5]。3.2 寿命周期内的桥梁管理经过长期的探索,人们认识到除了设计合理、施工得当、维护及时外,想要从根本上解决实际问题,
还需要加强桥梁建设管理的力度,改变桥梁建设管理中一些旧的理念和习惯做法。为了维持结构的运营状态,决策者必须决定什么时候和怎么样维修、修复、替换或拆除逐渐劣化的结构,桥梁管理所采用的方法在一定程度上决定了一项工程所能达到的服务水平。因此,许多国家进行了大量桥梁管理系统(BMS)方面的研究,并且在新的信息技术基础上
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发展出一种桥梁全寿命管理系统(BLMS)。它将桥梁全寿命信息分为地质条件、设计、检测、维护、地震及桥型信息,每种信息数据可以随时独立恢复和更新,在桥梁寿命周期内,某阶段的信息能够有效利用于该周期的其它阶段,或者另一座桥的寿命周期内。另外,寿命周期成本分析在桥梁管理中也起着重要作用,然而由于缺少可靠稳定的成本数据,目前该方法的实现还存在一定的困难。未来桥梁全寿命管理系统的发展趋势,是能够收集处理必要的数值计算参数,例如桥梁的劣化模型、寿命周期分析。桥梁管理系统(BMS)的发展同样需要结构可靠度和寿命成本分析相关的预测性分析。例如,欧洲提出的欧洲桥梁管理系统,根据危险评估、桥梁状态预测、预算约束3个方面的最佳组合对结构进行建模[6],丹麦道路董事会采用以概率为基础的桥梁管
理来提高在役桥梁的容许荷载,同时延缓所需维护措施等。3.3 基于可靠性的全寿命研究为了实现对劣化结构服务期间管理的合理支出,为决策者提供恰当的判断依据,有效的成本评估方法是十分必要的。通常,劣化结构的寿命周期成本分析主要有建造成本、检测成本、维护成本、使用成本、失效成本。为了充分利用桥梁维护整修过程中各方面的协调效应,实现劣化结构有效成本的全寿命设计最优化,有关部门提出了各种设计管理办法,其中大多数方法都基于主观条件评估和经验模型来预测结构未来状况,采集的也是结构单元的相关数据信息,并非对整个结构系统进行考察。另外,
对主观条件的评估尺度需要专业的判断,误差是不可避免的,而全寿命周期研究的分析过程应该以量的数据为依据,不能仅依赖于主观数据,因此,以可靠性思想为基础的分析方法非常必要[7]。科罗拉多州大学利用计算机程序,提出以可靠
77桥梁全寿命设计有关问题探讨 叶文华性为基础的劣化结构全寿命周期研究的分析方法,根据在给定时间范围内产生的各种影响,建立劣化结构失效模型的可靠性指数和成本描述。可靠性指数的迭加是各种不同作用效应的结合,各失效模型的可靠性描述结合起来形成系统的可靠性描述。目前已经开发一种称之为LCADS(Life2CycleAnaly2sisofDeterioratingStructures)的程序,保证了单个或整个劣化系统的寿命周期分析中不同计算水平的客观需要。LCADS采用Fortran90编程,在程序中劣化系统的时变可靠性是最基本的评估和监控数据,充分考虑了在给定时间范围内系统可靠性指数的可能分配及其增值,而不是在某个时间点描述的固定指数值[7]。3.4 桥梁的腐蚀及劣化桥梁在服役过程中暴露在大气环境下,对于混凝土桥梁,可能会发生混凝土碳化、钢筋锈蚀、桥梁的承载能力下降、服务水平降低等问题。深入研究混凝土结构劣化机理,可以为制定桥梁维护方案提供理论支持。在混凝土桥梁的运营期间,影响其状态的主要因素之一就是钢筋的腐蚀,可能引起混凝土面层开裂、约束失效、结构强度降低等。为了对结构运营和寿命周期成本进行分析,大多数可靠性研究集中在结构强度损失,但是很多混凝土结构,钢筋腐蚀引发危险的第一个信号是混凝土面层开裂、分层、碎裂,而预应力筋的腐蚀将直接导致预应力混凝土梁的疲劳失效,且其失效概率的增长会超过其它结构性能的失效概率。一旦出现这些现象,桥梁业主将需要评价桥梁状态,可能迫使其改变桥梁管理策略,例如利用更频繁的检测来监控破坏的严重程度,或维修、替换毁坏的组成部分。一些学者调查了腐蚀对服务能力的影响,并考察了随机腐蚀过程对强度和服务能力的影响,包括相关寿命周期成本的评估,丰富了桥梁劣化建模和寿命周期成本的现有知识,这也是桥梁管理系统(BMS)考察的重要方面[6]。为防止桥梁的腐蚀及劣化,提高耐久性,研究新型材料是十分重要的。纤维增强聚合物FRP(fiberreinforcedpolymers)的高耐腐蚀特征使得FRP结构几乎可以免于维护,而它的特殊强度同时具有建造超长跨径桥梁的潜力,因此目前该类材料得到各行业广泛关注。例如,碳纤维增强聚合物CFRP与钢材料产品相比,CFRP强度更高,但它的弹性模量相对较低,同时作为建筑材料的使用,其价格和设计技术方面有待进一步改善[8]。总之,新型材料的研究应用,对防止桥梁的腐蚀及劣化,提高耐久性,是一项重大的挑战。