2019年桥梁安全耐久性和全寿命设计研究概况.ppt

Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU 桥梁安全耐久性和全寿命设计研究概况 引言 近年来，世界各国、特别是主要处于基础设施维护阶段的欧美等发达国家普遍发现，桥梁耐久性差、服务寿命短、全寿命经济性指标差等问题(与人们最初的设计和规划预期有很大差异)，已经严重影响了其正常服务功能的发挥，并且给养护、维修等后期运营管理工作带来难以承受的巨大经济和社会负担。 引言 我国正处于桥梁等基础设施建设的高峰时期，大量的桥梁面临着如何保证其使用寿命及使用期间的安全、耐久及维护管理的经济性问题。许多服役桥梁也暴露出病害和缺陷，因此，关于桥梁安全耐久性和全寿命设计研究有十分重要的现实意义和深远的历史意义。 引言 0.1 关于耐久性的定义[1] 耐久性的定义直接关系到对耐久性研究范围及对象的界定，是需要首先明确的问题。由于耐久性的影响因素众多，加之人们对结构耐久性的认识多种多样，因此，很难给它一个公认准确的定义。在众多的定义中，以下几种说法较有代表性： 引言 l) 国内一般认为，结构耐久性是指结构在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力[金伟良等：《混凝土结构耐久性》，2002.09]。 引言 2) 国外对于耐久性的一个较好的定义是由Holland于 1993年给出的，耐久性是指在正常维护条件下，经过一段时间，材料和结构的承载能力和使用性能没有大的变化的能力。亦即：耐久性是指构件和材料抵抗衰退和腐蚀的能力[M.J.Ryall，2002]。 引言 3) 我国建设部的《混凝土结构的耐久性及耐久性设计指南》中定义结构耐久性为：结构在规定期限内，在各种作用下维持其应用功能的能力。这里的作用主要指大气、化学侵蚀等导致材料性能退化的环境作用；功能则主要指与结构承载力极限状态有关的安全性(如足够的强度与稳定性)以及与结构使用极限状态有关的适用性(如有限的变形、裂缝宽度以及美观要求等)，即耐久性包括耐久的安全性与耐久的适用性。 引言 4)欧洲Duracrete【2001】定义耐久性为：混凝土结构应以这样的方式设计、建造及运作(运营)，在可以预期的环境影响下，结构在一个明确的(或隐含的)时间段内，在不需要超出预期的维护和维修费用的情况下，能够保持其安全性、适用性及可接受的外观。 引言 几种定义：侧重点不同，本质相近。 有学者认为：既应该明确耐久性研究的主要对象，也应该明确耐久性与承载力及安全性的区别。 原因在于：l)影响结构“安全、使用功能和外观”的因素很多，如果都将其看作耐久性的研究对象，将使得研究范围过于宽泛，缺乏可操作性；2)目前，不少研究和文献在一定程度上混淆了结构耐久性与承载力之间的区别，这两个概念、两种性能对于结构都至关重要，但耐久性主要表示结构保持其特定性能的能力，承载力是其中的一种性能。 引言 表0.1 4种耐久性定义的比较 引言 吴海军认为结构耐久性可以从两个层次界定[1]： l)在最普遍的意义上，为了认识其本质，结构的耐久性就是指其维持初始性能(包括安全性、适用性及美观)的能力； 2)从专业研究及便于量化的角度，结构的耐久性可更具体地定义为：结构在外界环境及其他因素(设计预期的正常荷载，对于突发性灾害事件不应多考虑)共同作用下，在同样(或等效)的建设和运营维护总成本(寿命周期总成本)下，在设计使用寿命期内，保持预期的安全性、适用性的能力。即耐久性的内涵应包括耐久的长寿命及经济地耐久。 引言 该提法的特点：l)耐久性的核心是结构的寿命问题；2)避免了较模糊的因素，例如关于正常维护条件以及正常维护费用的定义；3)耐久性的优劣不可避免地要涉及到经济性的问题，只有以考虑了建设成本、维护管理成本的桥梁全寿命经济性最优作为控制条件才可以对耐久性做出全面、公正的评价。 引言 运用该提法可以方便地进行耐久性的比较和评价，当明确了使用条件(外界环境及其他因素)和总体成本，可以通过计算其实际使用寿命来评估一个具体结构的耐久性能否满足使用寿命的要求；当明确了使用条件和使用寿命后，则可以通过计算总体成本来评估不同耐久性设计方案的优劣。 引言 此外，还必须认识到正如英国标准 [BS7543，1992]中指出的那样：“耐久性预测不可能是一门精确的科学，建筑物的寿命预测只能是个估计”。该观点至少在当前阶段仍然是符合实际的。但是，考虑到现阶段在结构设计中所强调的只是结构在荷载作