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基于全寿命设计理论的桥梁设计要点分析

时间:2013-05-18来源:易品网 点击:

摘要:桥梁事故的不断发生暴露了传统设计方法的不足,基于全寿命设计理论的桥梁设计正是针对桥梁的耐久性不足而被提出。通过对桥梁全寿命设计中的要点进行分析,诠释了全寿命设计理论的优势与可持续发展理念。

关键词:桥梁设计;全寿命理论;成本分析
  桥梁是道路交通的重要基础设施。近些年来,我国许多代表现代修筑技术的大跨度悬索桥、斜拉桥、预应力混凝土连续梁桥、钢架桥等相继出现了退化、腐蚀甚至断索的问题,不由得让人们对桥梁的耐久性提出了强烈的质疑。实际上,在世界范围内桥梁的耐久性都成为众多建筑研究者共同关注的课题。通过对桥梁的设计理念进行反思,基于全寿命设计理论的桥梁设计理论最终被提出。

1 桥梁的全寿命周期的设计理论
  基于全寿命设计理论的桥梁设计与现行桥梁设计过程不同,在桥梁的设计阶段不单纯针对某个单项或某个阶段的需求,而是全面考虑在桥梁的服务生命周期内的影响因素,并立足于设计活动的对象,以服务水平为约束条件,以质量、安全为核心内容,以寿命周期成本最低为绩效,保证桥梁在全寿命周期内有良好的使用功能,具有可控制的成本和可预见的稳定服务能力,最终实现桥梁全寿命设计目标。传统的桥梁设计理念中,设计任务的关注点主要集中在了施工阶段的施工成本和结构短期性能的设计和优化。桥梁的服务生命周期内,其自身结构、性能会随着日月的积累逐渐呈现质量下降的趋势。这就要求在桥梁的服务过程中,必须通过有效的人为养护、管理来维持或提高桥梁的性能及服务水平,直到最后桥梁的报废终结。桥梁的全寿命设计理论就是以桥梁的全寿命周期内为服务理念,全面涉及桥梁的整个服务周期,与现行传统设计方法相比有明显的优势,可有效的提高效益成本比例。

2 桥梁的全寿命设计
  桥梁的全寿命设计理论不再局限于短期性能设计、建设期的成本等,而是考虑桥梁全寿命周期内所可能发生的一切及其变化进行设计和优化,包括寿命周期内的性能设计和优化、寿命周期成本分析和评价、寿命周期内桥梁性能退化和维持——管理养护工作等。
  2.1 桥梁全寿命设计的主要内容
  桥梁的全寿命设计可以说是桥梁建设中最为关键的环节,在设计中要全面考虑建设者、使用者的意图及交通需求,并最终将这些意愿反映到桥梁的结构体系设计中来,通过对设计方案的不断优化选择来确保桥梁设计寿命周期内的良好性能。桥梁的全寿命设计主要包括:(1)桥梁整体及各可更换部件设计寿命的确定;(2)性能设计结构体系和部件的功能设计,强度、稳定性等结构设计,耐久性设计,风险分析和对策设计;(3)美学设计包括造型设计和景观设计;(4)生态设计包括环保设计、回收与再利用设计;(5)施工过程控制设计确保良好施工质量并忠实地表达设计成果;(6)桥梁的管理、养护设计;(7)全寿命周期成本分析。
  2.2 桥梁全寿命设计因素
  桥梁的全寿命设计理念里在桥梁的设计环节就对桥梁的设计、施工、管理、运营和养护等各阶段进行充分考虑,并采用有效的策略来保证桥梁的全寿命周期安全运行。既要满足工程落成后的安全使用,又要保证在桥梁整个生命周期内的耐久性,必然会带来设计成本的投入增加。桥梁的全寿命周期成本主要有桥梁的规划、设计等相关成本、工程的施工和建设成本、桥梁的常规维护成本、桥梁构件的修复及更新成本。也就是说,桥梁的全寿命设计不仅要对桥梁的耐久性进行充分保证,还必须进行工程建设的经济性分析,也就是全寿命成本分析。
  2.3 可行性研究
  桥梁的全寿命设计理论必须要考虑经济的因素,但这并不意味着过分地追求桥梁生命周期内的成本最小化,而是通过优化成本的分配来优化设计过程,从而对桥梁的整个生命周期内的总体性能进行把握。针对工程建设的必要性、技术可行性、经济合理性、实施可能性进行综合性研究论证,并最终实现桥梁的全寿命经济和理性和实施可行性。在桥梁全寿命设计的可行性研究阶段,应按照工程建设的目的、功能来确定桥梁的最终设计寿命,再调查分析涉及桥梁生命周期内可能影响其安全状态的环境条件,从而来围绕桥梁的设计寿命周期内进行初步的性能设计,采取一定的措施来保证桥梁的设计寿命周期内的耐久性和安全性,明确运营阶段管理、养护上作的估算指标,进行基于全寿命设计的投资估算、融资力案和经济评价。
  2.4 养护管理设计
  桥梁的养护管理在全寿命设计中也是一项重要内容,通过设计阶段对桥梁养护管理的重视来转变传统做法对桥梁工程重建设轻养护的做法,从而确保桥梁的生命周期内的性能良好。桥梁设计工程师在初期的桥梁设计中,应当综合考虑结构设施的性能优劣、资源的有效利用、灾难发生后的应急处理、养护成本的大小、运营的安全与环境保证。既然是全寿命周期的设计,必然有多种不同的设计方案,设计者应综合考虑桥梁养护周期、养护措施来进行方案设计,并提选优化出最佳方案对桥梁的养护维修提出必要的指标,既而保证桥梁的使用性能持续良好。
  2.5 全寿命成本分析
  桥梁的全寿命周期费用也是设计中一项重要的内容。桥梁的全寿命设计着眼点落于桥梁的整个生命周期,势必会造成一些成本费用的增加,因此在设计阶段的桥梁全寿命成本分析必不可少。通过综合考虑有关设计、性能和费用等信息的反馈,以获得性能和费用的平衡,提高寿命周期费用的经济性。项目的建设成本及维护成本分析都是工程实施的根本,桥梁工程的一切活动都是在确保成本效益的前提下进行的,全寿命设计中的成本分析就是针对桥梁建设中的一切活动成本来分析,进而优化出合理地设计方案。

3 结束语
  基于桥梁的全寿命设计,是综合考虑桥梁的安全性、耐久性、施工及后期维护等方面的要求,同时兼顾项目成本费用的设计分析,从而实现桥梁的整个生命周期内的性能持续保持良好。因此,桥梁的全寿命周期设计不但是桥梁耐久性和安全性的需要,同时也是适应人类社会可持续发展战略目标的体现。

参考文献
  [1]陈婷,陈波.我国桥梁设计问题研究[J].科技致富向导.2011(26).
  [2]李晓冬.桥梁结构耐久性差表现及原因分析[J].科技信息(科学教研).2008(18).
  [3]马军海,陈艾荣,贺君.桥梁全寿命设计总体框架研究[J].同济大学学报(自然科学版).2007(08).
 

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