基于全壽命的橋梁設計過程及其在混凝土連續(xù)梁橋中的應用.pdf

1、傳統(tǒng)的、考慮成橋狀態(tài)的橋梁設計理念和建管體制是目前橋梁出現(xiàn)耐久性問題、達不到設計使用壽命的關鍵。為了可持續(xù)發(fā)展，需要拓展到結構的整個使用壽命期，進行基于全壽命的橋梁設計。本文基于全壽命的思想，對橋梁從規(guī)劃、設計、施工、使用、養(yǎng)護與維修以及拆除和材料、構件回收再利用的整個生命周期進行了基于全壽命的橋梁設計理論與方法進行了系統(tǒng)研究，建立了基于全壽命的橋梁設計總體框架、流程，并得到了各個設計過程相應的設計方法。本文研究工作主要表現(xiàn)在以下幾個方

2、面： 1.根據(jù)基于全壽命的橋梁設計的概念內(nèi)涵，提出將基于全壽命的橋梁設計概括為在包括工程可行性研究、初步設計和施工圖設計三個階段對橋梁使用壽命設計、性能設計、監(jiān)測、養(yǎng)護與維修設計、美學設計、環(huán)境與生態(tài)設計和生命周期成本分析六個設計過程的設計。從業(yè)主、社會和使用者的需求出發(fā)，根據(jù)三個階段對基于全壽命的橋梁設計主要過程的工作內(nèi)容和目標的分析，建立了一個基于全壽命的橋梁設計總體框架； 2.在對影響橋梁使用壽命的因素分析的基礎上

3、，將橋梁使用壽命終結準則分為結構不安全、結構不適用和結構不經(jīng)濟三種。根據(jù)現(xiàn)代橋梁使用壽命的目標，通過分析橋梁使用壽命實現(xiàn)途徑的方法，提出了基于全壽命的橋梁使用壽命設計總體策略，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構退化)、策略B(選擇最優(yōu)的材料組成和細部構造抵抗結構在設計使用壽命內(nèi)的退化)和策略C(進行養(yǎng)護、維修以及構件和部件的更換)三種基本策略或其組合以確保橋梁設計使用壽命的實現(xiàn)； 3.將橋梁結構體系分為橋梁、

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

5、橋梁構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件需要的耐久性防護水平間的關系，從而為選擇適當?shù)哪途眯栽O計策略和防護措施提供依據(jù)。并建立了根據(jù)橋址處環(huán)境作用評估橋梁構件侵蝕程度和需要防護水平及通過退化分析評估和修改耐久性設計方案的耐久性設計流程； 5.根據(jù)建立橋梁監(jiān)測、養(yǎng)護與維修策略的目標和考慮的問題，確定橋梁監(jiān)測、養(yǎng)護與維修的原則，建立了基于全壽命成本的橋梁監(jiān)測、養(yǎng)護與維修策略；并從橋梁的監(jiān)測、養(yǎng)護

6、與維修需求分析出發(fā)，通過對橋梁養(yǎng)護與維修方法對結構性能的影響效應分析，確定橋梁監(jiān)測、養(yǎng)護與維修方法應用的時機、間隔時間及其成本，建立了橋梁監(jiān)測、養(yǎng)護與維修設計的設計流程； 6.分析了橋梁美學設計的主要內(nèi)容，建立了基于全壽命的橋梁美學設計評價準則，并提出了相應評價指標，分析了與橋梁美學設計有關的生命周期成本構成，然后建立了基于全壽命的橋梁美學設計流程； 7.通過對傳統(tǒng)橋梁設計與橋梁環(huán)境生態(tài)設計的比較，提出了橋梁環(huán)境生態(tài)設計

7、的內(nèi)涵和主要內(nèi)容；提出通過環(huán)境調查、環(huán)境影響分析和環(huán)境負荷計算，進行橋梁的能源經(jīng)濟設計和環(huán)境改善設計的設計思路；通過對橋梁的回收再利用設計原則的分析，從材料和構件角度研究提出了橋梁回收再利用設計方法；通過對橋梁生命周期評估的內(nèi)涵、評估準則和主要內(nèi)容的研究，提出了橋梁環(huán)境生態(tài)設計的評價指標；分析了橋梁建設的環(huán)境成本和環(huán)境影響，并提出了環(huán)境成本和環(huán)境影響計算和分析方法，最后在以上分析的基礎上，建立了橋梁環(huán)境生態(tài)設計的設計流程； 8.

8、分析了基于全壽命的橋梁設計涉及的生命周期成本構成，提出把橋梁生命周期成本分為生命周期財務成本和生命周期環(huán)境成本，并分別建立了各成本構成的相應計算方法和計算公式；根據(jù)不同設計階段的計算分析需要，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計總體框架，建立了基于全壽命的橋梁設計生命周期成本分析的流程；最后，提出了根據(jù)生命周期財務成本最小、生命周期環(huán)境成本最小、使用壽命最大、目標性能(安全)水平最大、美觀性能最優(yōu)五個目標進