基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)過程及其在混凝土連續(xù)梁橋中的應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)的、考慮成橋狀態(tài)的橋梁設(shè)計(jì)理念和建管體制是目前橋梁出現(xiàn)耐久性問題、達(dá)不到設(shè)計(jì)使用壽命的關(guān)鍵。為了可持續(xù)發(fā)展，需要拓展到結(jié)構(gòu)的整個(gè)使用壽命期，進(jìn)行基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)。本文基于全壽命的思想，對(duì)橋梁從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用、養(yǎng)護(hù)與維修以及拆除和材料、構(gòu)件回收再利用的整個(gè)生命周期進(jìn)行了基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)理論與方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)總體框架、流程，并得到了各個(gè)設(shè)計(jì)過程相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。本文研究工作主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方

2、面： 1.根據(jù)基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)的概念內(nèi)涵，提出將基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)概括為在包括工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段對(duì)橋梁使用壽命設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修設(shè)計(jì)、美學(xué)設(shè)計(jì)、環(huán)境與生態(tài)設(shè)計(jì)和生命周期成本分析六個(gè)設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)。從業(yè)主、社會(huì)和使用者的需求出發(fā)，根據(jù)三個(gè)階段對(duì)基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)主要過程的工作內(nèi)容和目標(biāo)的分析，建立了一個(gè)基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)總體框架； 2.在對(duì)影響橋梁使用壽命的因素分析的基礎(chǔ)上

3、，將橋梁使用壽命終結(jié)準(zhǔn)則分為結(jié)構(gòu)不安全、結(jié)構(gòu)不適用和結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)三種。根據(jù)現(xiàn)代橋梁使用壽命的目標(biāo)，通過分析橋梁使用壽命實(shí)現(xiàn)途徑的方法，提出了基于全壽命的橋梁使用壽命設(shè)計(jì)總體策略，并建議采用策略A(避免由于侵蝕性環(huán)境作用引起的橋梁結(jié)構(gòu)退化)、策略B(選擇最優(yōu)的材料組成和細(xì)部構(gòu)造抵抗結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)的退化)和策略C(進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修以及構(gòu)件和部件的更換)三種基本策略或其組合以確保橋梁設(shè)計(jì)使用壽命的實(shí)現(xiàn)； 3.將橋梁結(jié)構(gòu)體系分為橋梁、

4、技術(shù)體系或模塊、構(gòu)件、細(xì)部構(gòu)造和材料等不同的層次。根據(jù)在整個(gè)生命周期內(nèi)各主要構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)、維修、更換情況，提出把橋梁構(gòu)件分為永久構(gòu)件、需要一般維護(hù)構(gòu)件、需要少量維修或可更換構(gòu)件和易損構(gòu)件等類別，以橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命作為基準(zhǔn)合理確定橋梁各構(gòu)件設(shè)計(jì)使用壽命的使用壽命確定方法。并建議根據(jù)橋梁各構(gòu)件、部件的使用壽命與橋梁設(shè)計(jì)使用壽命的關(guān)系，采用不同的設(shè)計(jì)策略與方法的組合來設(shè)計(jì)以確保橋梁設(shè)計(jì)使用壽命的實(shí)現(xiàn)； 4.從橋址處的環(huán)境作用出發(fā)，根據(jù)

5、橋梁構(gòu)件與侵蝕作用的接觸方式，建立了環(huán)境作用引起主要侵蝕作用及其程度與橋梁構(gòu)件需要的耐久性防護(hù)水平間的關(guān)系，從而為選擇適當(dāng)?shù)哪途眯栽O(shè)計(jì)策略和防護(hù)措施提供依據(jù)。并建立了根據(jù)橋址處環(huán)境作用評(píng)估橋梁構(gòu)件侵蝕程度和需要防護(hù)水平及通過退化分析評(píng)估和修改耐久性設(shè)計(jì)方案的耐久性設(shè)計(jì)流程； 5.根據(jù)建立橋梁監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修策略的目標(biāo)和考慮的問題，確定橋梁監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修的原則，建立了基于全壽命成本的橋梁監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修策略；并從橋梁的監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)

6、與維修需求分析出發(fā)，通過對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)與維修方法對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響效應(yīng)分析，確定橋梁監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修方法應(yīng)用的時(shí)機(jī)、間隔時(shí)間及其成本，建立了橋梁監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)與維修設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程； 6.分析了橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，建立了基于全壽命的橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，并提出了相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析了與橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)的生命周期成本構(gòu)成，然后建立了基于全壽命的橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)流程； 7.通過對(duì)傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)與橋梁環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)的比較，提出了橋梁環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)

7、的內(nèi)涵和主要內(nèi)容；提出通過環(huán)境調(diào)查、環(huán)境影響分析和環(huán)境負(fù)荷計(jì)算，進(jìn)行橋梁的能源經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)和環(huán)境改善設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路；通過對(duì)橋梁的回收再利用設(shè)計(jì)原則的分析，從材料和構(gòu)件角度研究提出了橋梁回收再利用設(shè)計(jì)方法；通過對(duì)橋梁生命周期評(píng)估的內(nèi)涵、評(píng)估準(zhǔn)則和主要內(nèi)容的研究，提出了橋梁環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；分析了橋梁建設(shè)的環(huán)境成本和環(huán)境影響，并提出了環(huán)境成本和環(huán)境影響計(jì)算和分析方法，最后在以上分析的基礎(chǔ)上，建立了橋梁環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程； 8.

8、分析了基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)涉及的生命周期成本構(gòu)成，提出把橋梁生命周期成本分為生命周期財(cái)務(wù)成本和生命周期環(huán)境成本，并分別建立了各成本構(gòu)成的相應(yīng)計(jì)算方法和計(jì)算公式；根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段的計(jì)算分析需要，提出了三種層次的橋梁生命周期成本分析模型；根據(jù)基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)總體框架，建立了基于全壽命的橋梁設(shè)計(jì)生命周期成本分析的流程；最后，提出了根據(jù)生命周期財(cái)務(wù)成本最小、生命周期環(huán)境成本最小、使用壽命最大、目標(biāo)性能(安全)水平最大、美觀性能最優(yōu)五個(gè)目標(biāo)進(jìn)