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桥梁的全寿命设计
日期:2017-2-11 14:49:09 作者:钢结构检测 来源:本站原创
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    桥梁的全寿命设计,源于对桥梁全寿命周期成本(BLCCbridge life-cycle cost)的关注。桥梁全寿命周期涵盖了从“规划斗设计一施工一运营斗维护—维修—拆除—倒塌”所经历的全过程,与之相对应,结构全寿命周期成本即为上述各阶段耗用费用的总和。从理论上讲,运用全寿命周期成本( BLCC)的理念来进行桥梁设计更为科学和合理。但在现实中,“前期建没成本”和“后期使用维护成本”常常分属不同的责任人;此外,远期价值成本估算的复杂性和不确定性,常常使得桥梁的全寿命设计难以真正实施。

 

    损伤容限(damage tolerance)的观念首先承认任何桥梁皆有初始缺陷,桥梁的后期破坏一不是“由量变到质变”的损伤累积过程。

 

    实际上,桥梁的缺陷来源于材料、加工、制造各个环节。拿钢桥来说,尽管钢材本身的匀质性相对较好,但焊缝始终是钢桥的缺陷源;尽管钢材是线弹性很好的材料,但钢桥破坏无一不是脆性疲劳断裂或塑性失稳。对于混凝土桥梁,混凝土材料是细观非匀质材料,在凝结硬化后,在集料与水泥浆的黏结界面上就有细小的微裂纹,桥梁后期发生的开裂与下挠等现象,也是在外荷载与环境作用下这些微裂缝的显化过程。

 

    为此,在桥梁结构的疲劳、断裂、损伤演化评估、风险评估等方面已引发了很多研究,但如何应用于实际桥梁工程还有很多工作要做。

 

    多种极限状态,从桥梁损伤与倒塌的有关统计与案例来看,桥梁的失效并不总能很好地归入传统的“正常使用极限状态”与“承载能力极限状态”范畴。必须承认,除地震、洪水、船撞等偶然作用外,桥梁在外荷载作用下出现超出“承载能力极限状态”而破坏的事例较少,大部分事故的表象虽是外界作用引起,但背后多与耐久性引起的抗力逐渐下降有关。

 

    虽然目前大多数规范采用的是承载能力极限状态和正常使用极限状态两类划分,且“承载能力极限状态”的范畴也可以包括强度、稳定和疲劳破坏等检算内容,但AASHTO桥规的多种极限状态所反映的设计思想更清晰,检算内容更具体,可能是今后桥梁结构设计理念的发展方向。

 

    随着桥梁设计理论和实践的发展,人们逐渐认识到桥梁结构的安全与寿命应该用多种极限状态来检验。用人的健康和生命作一个形象的类比,“使用极限状态”好比是检验一个人正常工作的边缘健康指标;“疲劳和断裂极限状态”是考察他在持续的正常工作强度下,虽产生疲劳和亚健康状态,但还能坚持工作多久;“强度极限状态”是考察他的极限工作能力,以及相对最大潜在能力的安全系数;“极端事件极限状态”是考察他在遇到意外事件时的应急能力和成活几率。

 

    近年来桥梁工程界已对考虑环境作用、材料蠕变和劣化、反复荷载作用等引起的损伤累积破坏和结构耐久性问题有了深刻的认识,对抗震、抗撞击设计等有了更多的研究,期盼能够将多种极限状态纳入我国桥梁设计规范。

 

    人类的桥梁建设活动在改变地面交通格局的同时,也在改变自然地貌,并耗费自然资源,因而,桥梁工程师在全球的可持续发展议题中有一份不可推卸的责任。在全球化环境责任意识下,在桥梁规划、设计、施工、管养每一个环节,均应在生态保护、节能减排、水土保持、防灾减灾、新材料开发、环境资源综合利用、废弃材料再利用等方面有所作为。

 

文章出自桥梁动静载荷试验www.zjlq.net,转载请注明。


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