桥梁全寿命设计方法框架性研究

黄泽权　王瑜

【摘 要】随着我国交通运输行业的发展和进步，道路和桥梁建设速度在不断加快。桥梁是交通运输的重要组成部分，其应用范围也是十分广泛的。在桥梁设计施工中要保证科学性，才能使桥梁更具使用价值。本文分析了桥梁设计的原则以及全寿命设计的要点，希望能够给读者提供一些借鉴。

【关键词】桥梁设计；全寿命设计；原则；要点

一、前言

桥梁是我国交通的重要载体，对于交通运输的发展具有重要的意义。桥梁的设计要通过科学方法进行全过程全寿命设计，提高桥梁运行的效果。

二、桥梁设计的原则

设计桥梁必须将桥梁工程建设是否安全、建设成本的高低以及建设的是否科学性等因素综合考虑在内，不仅要保证桥梁可以正常使用，同时要尽最大努力把建设成本降低，还要保证桥梁的耐久性与美观性。设计桥梁必须将桥梁工程建设是否安全、建设成本的高低以及建设的是否科学性等因素综合考虑在内。对桥梁结构的整体性给予足够的重视，主要从以下几点着手：

（1）进行桥梁建筑设计时，不仅要重视桥梁结构的安全性，还要充分考虑其稳固性，注重桥梁细节方面的设计。例如，由于桥梁建设材料会受到自然环境与自然灾害的影响，所以需要采取相应的措施进行补救，以保证材料性能的稳定性，桥梁的使用寿命被延长。

（2）必须建立健全的审核监理机制，并且执行起来要严格，严格监管有关桥梁设计施工的工作，保证施工实际满足图纸设计的要求，保证桥梁较高的设计效果。

（3）采取措施将桥梁设计的技术理念进行提高，使其被全新的意识武装，换句话说，要不断创新桥梁的优化设计。

（4）桥梁施工前的设计交底工作必须要做好，保证严格按照图纸设计进行桥梁施工。若工程有变化，必须根据做好申报工作，以确保桥梁的设计工作与实际的施工工作保持一致。

（5）为了保证桥梁能够正常使用，避免桥梁出现坍塌，桥梁的自身承重、承载力和受力均衡性都是桥梁设计必须要考虑的因素。

（6）为了保证桥梁的使用效率，必须尽最大努力统一桥梁的设计理论与实际的施工情况，制作桥梁设计的优化方案必须综合考虑桥梁的结构体系与构造、结构材料与耐久性等因素。

三、全寿命周期理念下的桥梁设计探讨

基于全寿命的桥梁设计过程全寿命周期的桥梁设计一般分为三个阶段，即：工程可行性研究、初步设计、施工图设计。其中的工程可行性研究主要是对项目建设的技术可行性、必要性、实施可行性等方面的综合性研究。全寿命桥梁设计是对这三个阶段的使用寿命设计、环境生态设计、美学设计、性能设计、检测、养护与维修设计及成本分析这六大过程的设计。

（一）总体设计

总体设计是桥梁设计活动的第一项工作，是桥梁设计工作的决策过程。桥梁工程师在进行桥梁设计时，首先应当根据业主的需求和建设项目的目的，进行总体概念设计构思，整体把握事物的相互联系，对桥梁建设条件、设计准则、使用寿命年限、投融资估算、投资效益等做出原则性的设计界定。在这个阶段，桥梁设计的中心内容是既要把握全寿命设计不同于现行设计的特点，又要弄清全寿命设计的一般规律性，提出桥梁建设的设计理论框架和一般性原则。

（二）结构性能设计

桥梁结构性能设计是依据总体概念设计原则，考虑景观环境设计需求，依据桥梁给定的使用年限所进行的一切结构性能设计。基于全寿命设计理论的桥梁结构性能设计，在依据总体设计原则，结合景观环境设计思路，合理确定桥梁使用寿命的前提下，将时间参数引入到结构细部设计，确保结构的耐久性和性能满足相应的目标值。

（三）桥梁全寿命设计计算方法

式中，Pw代表现值，t代表分析时间域，Fc代表初始费用，Ic代表检测费用，Mc代表维护费用，Frc代表后续维修加固费用，Uc代表用户费用，pwf代表现值系数，S代表残值。

（1）初始费用：通常包括罚款以及奖金费用，交付使用前，对用户的成本以及利益予以体现。

（2）分析生命周期：整体结构相似，仅需要一次修复便可，因此方案要控制实际的经济效益。

（3）维护费用：确保桥梁结构正常使用的维护费用，该费用需要结合结构的面积差异而予以整合。

（4）检测费用：受到桥梁结构材料以及结构面积的影响，检测费用也不尽相同，常规桥梁检测费用占到初始投资的0.1%-0.2%的比例。

（5）后续维修费用：一般而言，维修频率不仅和时间有关，而且与桥梁的交通运输量有关，并且受桥梁结构形式以及桥梁结构尺寸的限制，常规混凝土桥梁首次修复时间为完成桥梁建设的40年之后，且维修费用是建设初期费用的20%。

（6）残值：通常在建设桥梁后的生命周期末尾存在，其中涵盖拆除费用，大约占到建设初期费用的10%。

（7）用户费用：桥梁大维修、日常维护、初期施工等产生的用户费用，包括交通事故、车辆营运费、延误费等。其中，延误包括驾驶员不适、时间延误以及燃料消耗。

驾驶员延误费用计算：DDC=W×N×ADT（L/Sa～L/Sn）；其中，L代表影响路段长度；Sa代表桥梁在维护过程中车辆速度；Sn代表正常；车辆速度；ADT代表平均每天的车流量；N代表进行维护的人员数；W代表驾驶员驾驶的时间价1值。

车辆营运费用计算：VOC=r×N×ADT×（L/Sa～L/Sn）；其中，r代表车辆费用平均值。

交通事故计算：AC=N×ADT×L×Ca（Aa～An）；其中，Aa代表在维护过程中的事故发生率；An代表正常状况下事故发生率；Ca代表事故费用。

四、结束语

综上所述，桥梁设计重要的是应用全寿命的设计理念，从桥梁成本入手，实现桥梁的经济效益最大化。

参考文献：

[1]董明，谈桥梁设计的原则与注意事项 [J].桥梁工程，2015，（08）：1003-1007.

[2]张通.大跨刚构-连续梁桥的全寿命性能监测与分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014：12-13.