公路桥梁性能设计与长期性能探讨.pdfVIP

第十六届全国混凝土及预应力混凝土学术会议暨第十二届预应力学术交流会2013年 公路桥梁性能设计与长期性能探讨 赵君黎1李文杰1’2冯苠1 (1．中交公路规划设计院有限公司，北京100088；2．大连理工大学，大连116024) 提要本文结合公路桥梁的特点，从材料、构件、结构三个层面归纳形成了公路桥梁的性能要求。在此 基础上根据基于性能的设计(Performance．Based Design，即PBD)思想，在多层面性能要求的基础上，建 立了基于多层面性能的设计框架，该框架可作为未来公路桥梁性能设计的参考。根据建立性能设计方法的 Performance 研究需求，结合国外公路桥梁长期性能研究(Long．TerraBridge Performance．Based 出了基于长期性能的设计方法(Long．Term 长期安全管理和服务社会这一世界桥梁工程界追求的理想目标。 关键词公路桥梁，性能设计，性能要求，长期性能 1引言 公路桥梁是路网的重要节点和枢纽，在国家、地区运输和经济发展中起着重要作用， 公路桥梁的建设规模和建造水平在某种程度上反映了一个国家的综合经济实力和技术水 平。近二十年以来，我国的公路桥梁建设取得了举世瞩目的成就，依托全球最大规模的公 路交通基础设施建设，我国公路桥梁建设实现了跨越式发展，建成了包括苏通大桥、西堠 门大桥、杭州湾大桥在内的多座具有世界影响力的大型桥梁，显著提升了我国公路桥梁建 设水平的国际认可度。 桥梁工程是--f7由多学科构成的综合学科，桥梁建造水平的发展离不开桥梁学科技术 的发展。工程结构设计所采用的理论体系是反映工程建设水平的重要标志之一，从力学角 度考虑，公路桥梁结构的设计方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法和极限状态设 计法(经验极限状态和概率极限状态)；就设计中采用概率方法的程度而论，包括半概率法 (材料强度按概率方法定义，安全系数凭经验而定)和近似概率法(材料强度和荷载按概 率方法定义，分项系数通过可靠度分析并结合工程经验确定)。近十年来，继容许应力法、 Design，即PBD)发展。 桥梁长期安全管理和服务社会是全世界桥梁工程界追求的理想目标，这一目标的实现 需要从规划设计、施工建设、长期管养等全寿命周期的桥梁结构长期性能设计入手，这也 是未来桥梁设计的发展方向：基于长期性能的设计方法(Long—Term Design，即LTPBD)。 本文得到了中交公路规划设计院有限公司创新项目的支持。 一1一 第十六届全国混凝土及预应力混凝土学术会议暨第十二届预应力学术交流会2013年 2基于性能的设计理念 基于性能的设计(Performance-BasedDesign，PBD)是指在明确性能目标的基础上， 尽可能实现该性能目标的设计方法的总称。宏观上，基于性能的设计具体是指选择一定的 设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和比较，保证结构与非结构的细部构造设计，控 制建造质量和长期维护水平，使得结构在使用寿命周期中在一定外力作用下(如汽车荷载、 地震、风、撞击作用等)，结构的破坏不超过一个特定的极限状态，结构的使用功能不低于 某一个可接受的限制，结构还具有能够维修加固到预定功能的可能。基于性能设计考虑结 构物及其组成部分在整个设计使用期的性能要求，并使结构物的所有者和使用者了解其各 种功能，从而可以客观的采用各种设计、建造和管养方法以达到预定的目标和要求。u1 可见，基于性能设计的基本思想是使所设计的工程结构在预定的使用年限内、在不同 强度的外部荷载作用下，达到预定的不同性能目标。“以性能为基础”的设计可概括为： 1)按结构的用途和业主的要求确定性能要求，即建立性能目标(这些要求可以有很大 差异，但原则上不能低于公众和社会能接受的最低标准)； 2)提出并选用合适的设计、建造和管养方法以满足性能目标； 3)对每项性能进行评定，以确认设计、建造和管养出的结构是否满足各性能目标。 基于性能的结构设计不仅要保证人的生命安全，还要考虑损坏造成的各种成本增加或 影响，要在更高的层次上进行设计、考虑更长远的目标要求(可以是全寿命周期的目标要 求)，这