基于病害分析的桥梁全寿命设计研究

刘镇

摘 要：桥梁是为跨越障碍而建造的结构物，在交通网络工程中占据重要地位。桥梁的建造以满足人们的出行需要为首要任务，同时，它也是国家科技水平经济发展的象征。但桥梁投入使用后，在内外因的作用下出现各类的病害现象。该文从桥梁的病害特征分析入手，探讨在桥梁设计阶段的全寿命设计方法框架，以期改善桥梁工程的现实问题。

关键词：全寿命设计 桥梁设计 桥梁病害 设计方案

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0067-01

随着经济的快速发展，桥梁建设的成果也不断积累，跨径也将近达到2km。大规模、复杂技术的桥梁工程是现代化的交通网络建设的重要组成部分。桥梁不仅能满足人们的日常出行需求，它还对国防建设、文化交流、社会经济发展、科技发展等有重要意义。

在服务期内的桥梁，受各种因素影响而使用功能退化的问题日趋得到重视。影响桥梁使用功能的因素分为内因和外因两个方面。内部因素主要有设计、材料性能退化、施工缺陷等；外部因素有意外事故、交通荷载、自然环境、养护管理不当等。桥梁的损伤对社会经济的发展产生不可预估的损失，该文从桥梁的病害分析入手，探讨桥梁的全寿命设计方法，以期为工程实践提供指导。

1 桥梁病害分析

1.1 桥梁病害概述

根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》规定，公路工程必须满足以下功能要求：（1）正常使用时，具有良好工作性能；（2）正常施工与正常使用时，可承受可能出现的各种作用；（3）正常维护下，有足够耐久性能；（4）预计偶然发生时与发生后，能保持必要的整体稳定性。桥梁结构不能满足上述要求时，桥梁即发生了病害。

桥梁灾害是在偶然或未预见或不可抗力作用下引发的桥梁结构整体或局部损坏，其中人为因素主要有设计、施工、管理、使用等；自然灾害因素主要有地震、强风、洪水、强浪、泥石流等。桥梁的病害与灾害可以并称为“桥梁事故”。

1.2 桥梁的病害现象

对桥梁进行病害分析，是从桥梁的设计、施工、使用、材料、管理、维护、外部环境影响等各种方面需求减轻桥梁病害的对策，以提高桥梁的使用耐久性与使用功能，研究桥梁寿命。下面主要对组合结构桥梁与混凝土桥梁的主要病害现象进行归纳。

混凝土桥梁的主要有承重结构病害和附属设施病害。混凝土的承重结构主要是有主梁、桥板面、盖梁、横隔梁、墩台、桥台等构件，病害表现形式有表层缺损、裂缝、主梁变形过大、钢筋腐蚀等。附属设施病害，桥梁的附属设施具体是指防水排水系统、支座、桥梁铺装、伸缩缝等桥面系构造等。支座病害主要是柱体开裂侵蚀、各组件相对位置不準确、异物填塞等；桥面铺装的病害有车辙、裂缝龟裂、推移、坑槽、磨光泛油、松散脱落；排水系统病害有管道破损、错位、脱落、外壁渗水引水槽缺陷等；伸缩缝装置病害有固构件破损、凹槽杂物填充、部件老化等。而对于组合结构桥梁而言，病害主要表现为腐蚀、疲劳和失稳等现象。

1.3 桥梁病害原因分析

导致桥梁病害的原因是多方面的，涉及到桥梁规划设计、施工、运营、材料、养护、管理及外部环境因素影响等，应综合分析病害问题的影响因素，探寻桥梁各阶段的相关关系（如表1）。

2 桥梁全寿命设计方法框架研究

桥梁的全寿命设计要求桥梁工程的设计师、业主、施工承包商、运营管理部门等各个参与方，自项目开始就立足桥梁的全寿命周期，提出经济合理、技术可靠的方案，对比优化多种方案后，选择最合适方案。桥梁的寿命周期主要包括规划、设计、施工、使用、倒塌或拆除五个主要阶段。考虑到桥梁寿命周期各种环节的需求，通过设计中采取恰当的措施与方法，以尽可能提高优化桥梁的综合性能（如表2）。

桥梁的全寿命设计方法是以科学发展观以基础，在设计阶段统筹考虑整个寿命周期中的资源消耗、维护管理、功能发挥、投资控制等问题，力求实现全寿命周期中的桥梁总体性能最大化。

3 结语

该文从桥梁的病害现象入手，分析了在桥梁各个寿命阶段的病害原因，探究桥梁工程从规划、设计、施工、使用、报废拆除的全寿命设计方法框架体系，以达到安全性、适用性、耐久性、环境可持续性、经济性、美观性等全寿命设计目标。

桥梁的全寿命设计是当前桥梁工程研究的复杂交叉性课题，设计较多工程现实问题。该文仅对全寿命设计的方法建立了基本框架，系统深入的研究还需学术界与工程界的共同合作。

参考文献

[1] 吴海，陈艾荣，陆萍.桥梁结构的典型病害及原因分析[J].重庆交通学院学报，2004，23（6）：19-23.

[2] 邵旭东，彭建新，晏班夫.桥梁全寿命设计方法框架性研究[J].公路，2006（1）：44-49.