张国楠
（烟台市城建设计研究院有限公司）
【摘 要】随着我国科学技术不断的发展，人民生活水平的提高，各个地区的交流也日益密切，为了满足这方面的需求，需要建设大量的桥梁，下面就分析混凝土桥梁设计方法，保证桥梁在投入使用后的安全性和稳定性。如果使用传统方式进行设计，那么导致后期维护成本过高，不利于企业的长期发展，因此要使用寿命成本和性能的混凝土桥梁全寿命设计方法，下面就进行分析，希望给有关人士一些借鉴。
【关键词】混凝土；桥梁；设计方法
在桥梁全寿命设计时，先应该建立混凝土桥梁的全寿命成本模型，分析该桥梁建设中的问题，然后对各个环节提出优化设计，建立一个优化目标函数，以此为基础把桥梁各方面的尺寸、使用中的维修，混凝土的强度等做科学的设计，在降低设计成本的同时，合理的计算出结构承受的应力，以及其他几何参数，甚至是材料的参数，保证各个方面都符合要求，科学构建成一个整体，保证整个桥梁的质量，促进当地的经济发展。
1．对混凝土桥梁设计方法分析
1.1对设计桥梁中的变量进行分析
为了降低施工成本，提高桥梁使用后期的维护效率，降低维护成本，因此一般都选用全寿命的设计方法，下面就以某城市的一座预应力混凝土空心板桥进行实践分析，希望可以系统的阐述该设计方法，推动该技术在我国的普及。为了满足上述要求，设计人员分析总结出了8个设计参数，利用公式Ｘ＝［Ｃｄ，Ｃｃ， Ｄ，ｈ，ｔｔ，ｔｂ，μ（ｔＰ），μ（ｔＰ）］Ｔ进行表示。在该算式中其中的Ｃｄ为桥梁梁板保护层的具体厚度，ｔｂ表示底板的具体厚度，而ｔＰ表示后期控制维护的平均值，Ｃｃ是浇筑混凝土的整体强度，一般等级为一级，ｔｔ表示顶板的具体厚度，μ（ｔＰ）表示在第一次灌浆处理过程中，操作人员所消耗的时间，ｈ则代表空心板梁的高度，μ（ｔＰ）表示对桥梁进行后期维护所使用的时间，除此之外， 还包括ｔＰ参数，这是在第一次灌浆时平均的消耗时间。
1.2科学对该模型进行优化
为了达到上述效果，就要对以上提出的8个参数进行优化设计，应用的计算公式为Ｌ（Ｔ）＝ＣＤ＋ＣＩｎｉ（Ｃｄ，ｈ，Ｄ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ）＋ Ｃｉｎｓ（Ｔ）＋∑ｉＣｍａｉｎ，ｉ［Ｔ，Ｃｄ，ｈ，Ｄ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ，μ（ｔＰ），μ（ｔＰ）］Ｐｍａｉｎ，ｉ［Ｔ，Ｃｄ，ｈ ，Ｄ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ，μ（ＰＩ），μ（ｔＰ）］＋∑ｊＰｒｅｐ，ｊ［Ｔ，Ｃｄ，ｈ ，Ｄ ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ，μ（ｔＰＩ），μ（ｔＰ）］Ｃｒｅｐ，ｊ［Ｔ，Ｃｄ，ｈ，Ｄ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ，μ（ｔＰＩ），μ（ｔＰ）］＋Ｃｆａｉｌｕｒｅ（Ｃｄ，ｈ，Ｄ，Ｃｃ，ｔｔ，ｔｂ）[1]，在该算式中Ｌ表达了混凝土桥梁的施工总成本，其等于其他各个成本的总和，如果要对该成本进行优化，直接手段就是对以下的其他分成本就行优化，这样就从根本上降低了总的设计成本。其中ＣＤ 为是设计桥梁的成本，主要会涉及到前期的调研工作，测量人员到现场进行勘测的费用，以及实际的桥梁设计费用等，要对这些费用进行优化和计算分析。除此之外，还包括ＣＩｎｉ，其表示刚开始进行桥梁建设使用的成本，主要包含施工过程中使用材料的费用，也实际上是设计参数的一个函数[2]，Ｃｉｎｓ是进行桥梁检测时支出的成本，具体数值会和桥梁使用时间，以及后期的维护费用有关，ｊ 表示桥梁出现问题后，其承载能力，例如桥梁的剪力、弯曲等出现变化，在第ｊ就有可能发生失效，这就有对整个设计成本造成影响。 Ｃｒｅｐ表示在第Ｊ次承载力发生变化[3]，并出现故障需要维护时，整个过程的加固成本。Ｔ来表示设计桥梁的使用寿命，一般是100年。通过该公式就可以计算出桥梁设计的成本，除此之外，在设计过程中，在验算时如果发现成本过高，或者使用寿命达不到要求，可以有针对性的进行优化设计，不仅提高了工作效率，而且优化效果有保障，由此可以看出，通过该方式就能很好的对桥梁进行优化设计，该及技术可以进一步推广。
1.3桥梁设计中约束条件的分析
在上个式子中有８个设计参数，其中有五个具有约束的作用，例如Ｃｄ，ｈ， Ｄ，ｔｔ，ｔｂ，之所以为约束条件，就是其取值是有一定范围的，不能为了降低整个设计费用，而无限制的对这五个条件进行降低。这五个参数的取值范围分布如下，
对桥梁进行全寿命设计，重点要对维修时间和桥梁的截面参数进行设计，除此之外，对整体结构也要进行优化，这对这一情况，在设计参数时，首先要保证这些参数在结构设计的应力要求范围。
2．对桥梁的整体结构和性能设计进行评估
2.1分析不进行维护时的结构情况
当如果完成桥梁的设计和施工，检查完毕让其投入到正常的使用中后，在长期的运行中，无论是车辆还是自然的外界环境，都会影响其质量，因此各方面的性能都有所退化，据调查分析，导致这一问题发生的因素较多，使用现代的技术也不能完全反映其规律，另一方面，还会受到氯盐、碳化侵蚀，这样结构会发生一些列问题，例如 出现锈胀而开裂，甚至还会出现桥梁整体承载力降低，这些都是标准的非线性效应，因此在目前的技术手段还能掌握其发生的规律，因此要做出有针对性的处理也很困难。结合这一情况，为了评估的更加准确，要建立合理的劣化模型，从而对桥梁整个漫长的劣化过程进行监督，建立该模式后，通过对重要参数的分析，可以更加准确的反映其劣化规律，应用的公式为：
在该公式中，β０表示开始的可靠指标，ｔＩ表示开始出现结构劣化的时间，
α１表示可靠指标的劣化率，但是想要确定其数值，要分析ｈ，Ｃｄ，ｔｂＣｃ，ｔｔ，等这几个参数，如果任何一个参数有变化，那么指标的劣化率都有变化。在研究桥梁的可靠指标时，要分析桥梁的性能，准确掌握该桥梁的承载能力，设计中不能超过这个极限值，桥梁的状态出现劣化，基本都是在外观上出现的，例如腐蚀问题，从而导致开裂等。
3．对桥梁结构维护方式的分析
一般会使用叠加方法对桥梁的维护指标变化情况进行计算，在实践这个维度下，其结构维护也有很大变化，如果对灌浆处理进行维护，要满足四个条件，第一点，要具备相同的维护时间，第二点，维护的持续时间也要相同，第三点，保证具有相同的维护效果，第四点，维护效果总比刚建桥梁差，按照给与的维护策略，对桥梁进行维护。
总结：通过以上对混凝土桥梁设计方法的分析得知，影响桥梁寿命和成本的因素较多，为了达到设计目的，必须建立变量模型，结合有关公式分析不同变量在其中的影响力和作用力，然后再和建设指标进行比较，对建设要求的指标进行有效控制，然后把设计成本降到最低，但是不能牺牲桥梁的质量。结合桥梁性能模型进行分析，对影响因素做了准确分析，而且还提高桥梁服役水平。
参考文献：
[1]赵胜利,王鑫.基于新理念下的预应力混凝土桥梁设计方法研究[J].科技视界, 2015(25):311-311.
[2]马凌.基于行车舒适性的高速公路中小跨径预应力混凝土桥梁设计方法研究[J].城市道桥与防洪, 2012(8):167-168.
[3]李宏男,李超.基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展[J].中国公路学报,2014,27(10):32-45.
论文作者:张国楠
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：桥梁论文; 成本论文; 混凝土论文; 参数论文; 方法论文; 寿命论文; 结构论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;