公路桥梁性能设计与长期性能探讨.pdf

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2 0 1 3 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，北京1 0 0 0 8 8 ；2 大连理工大学，大连1 1 6 0 2 4 ) 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( p e r f o r m a n c e b a s e dd e s i g n ，即p b d ) 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 研究需求，结合国外公路桥梁长期性能研究( l o n g t e r r ab r i d g ep e r f o r m a n c ep r o g r a m ，即l t b p ) 情况，提 出了基于长期性能的设计方法( l o n g t e r mp e r f o r m a n c e b a s e dd e s i g n ，即l t p b d ) 的概念，以实现桥梁 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- - f 7 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、 极限状态法后，公路桥梁结构设计理论正在向基于性能的设计方法( p e r f o r m a n c e b a s e d d e s i g n ，即p b d ) 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( l o n g t e r mp e r f o r m a n c e b a s e d d e s i g n ，即l t p b d ) 。 作者简介：赵君黎，男，1 9 6 5 年生，教授级高级工程师，从事公路桥梁标准规范研究，e m a i l ：z h a o j t m l i v i p s i n a t o m 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2 0 1 3 年 2 基于性能的设计理念 基于性能的设计( p e r f o r m a n c e - b a s e dd e s i g n ，p b d ) 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。u 1 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) ，这也是性能设计受到广泛关注的原因。可见，基于性能设计要求所有程序都必须以满 足结构的使用性能为基础，而不仅仅是采用规定的设计和施工模式建造，这是不同于按规 范设计和传统旋工方法建造的重大改变和突破。 基于性能的设计体系可用图1 所示的层次结构来说明摇1 ，其中，“目的”是指设计标准 的社会目的，即性能设计的总体目标；“性能要求”规定了实现目的后的具体功能要求，即 根据结构功能划分对总体目标进行的细化；“性能水准”指为实现功能要求所需的水准和验 证方法的原则，两者都是强制性的，“验证方法”是指验证实现功能要求的方法。将满足性 能要求的方法称为实现方法，实现方法并不是强制规定的，而是随着技术的进步不断改进， 并允许和保护技术人员最大限度的采用创新成果。 ，目的 性能要求、 7 性能水准 、 强制要求 验证方法l 合适方法t 各种方法 图1 基于性能的设计体系结构 具体而言，在性能设计中，性能要求是基础，体现了结构所具备的功能要求。基于性 一2 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2 0 1 3 年 能的设计要满足不同强度的外部荷载作用下的性能要求，因此，需根据不同的作用等级确 定相应的性能水准，结构性能水准是表示结构性能的尺度，既要满足业主的要求，同时也 应考虑社会的制约，根据文化及经济条件等确定，性能水准实质上是性能要求的分级。荷 载水平与性能水准的对应，即形成了具体的结构性能目标。这就是基于性能的设计理念。 可见，性能要求是构建基于性能的设计方法的关键。 3 基于多层面性能的公路桥梁设计 在我国现有的7 1 3 4 万座公路桥梁中，钢筋混凝土桥梁占比达9 0 以上。因此，建立 基于性能的钢筋混凝土桥梁设计方法是实现桥梁设计方法转变的重点。钢筋混凝土桥梁是 由钢筋混凝土材料制作而成的各类构件通过一定的方式组合成的结构。根据结构构成层次， 可将其划分为三个不同的层面，即材料层面、构件层面和结构层面。通常而言，性能设计 中结构性能要求主要指结构层面的要求，但结构层面的性能要求与材料和构件性能的要求 密切相关，因此，根据公路桥梁的特点，从材料、构件、结构三个不同的层面梳理性能要 求，对于构建完整的性能设计方法具有重要意义。 3 1 多层面性能要求 3 1 1 材料层面 材料是基础，是构成结构或结构构件的基本元素。材料的性能决定着结构的性能，为 保证结构的安全、适用和耐久，就要研究结构材料的物理和力学性能。钢筋混凝土桥梁结 构由混凝土、钢筋等材料构成，所以，桥梁结构性能与混凝土、钢筋的性能密切相关。 1 ) 混凝土 对于混凝土，不同的阶段关心其不同方面的性能。在拌合和浇筑阶段，混凝土的工作 性能非常重要，工作性不好会影响其浇筑质量；在养护阶段，混凝土抗温度、收缩开裂的 性能非常重要，混凝土材料选择不合适或配合比设计不合理，会引起混凝土泌水、开裂， 影响混凝土结构的后期性能，特别是使用性能；在使用阶段，混凝土的强度和耐久性非常 重要，如果混凝土强度不足，则不能保证结构的安全性，如果耐久性不足，则结构可能在 环境侵蚀介质的作用下受到损坏，影响使用，若进行维修或加固，则需要大量的费用。由 于结构从建造到使用，要经历上面的各个过程，满足各方面的要求。所以，混凝土材料是 保证混凝土结构安全性、适用性和耐久性的最基本环节。旧1 混凝土是由水泥、石、砂三种组分经水拌合形成的一种结硬性固体物质，有时根据需 要还掺加一定量的矿物掺合料( 如粉煤灰、硅粉等) 和外加剂( 如高效减水剂、引气剂等) 。 这些组成材料具有不同的物理、化学性能和不同的颗粒形状，在混凝土制作过程中及硬化 后赋予混凝土不同的物理、力学及化学性能。因此，从材料构成来看，混凝土又可划分为 两个级别，其中水泥和骨料是一级材料，而由水泥和骨料等拌合物形成的混凝土材料为二 级材料。 一级材料中，水泥在使用时必须符合标准规定的细度、稠度、凝结时间、强度等品质 一3 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2 0 1 3 年 指标，还要满足安定性、水化热、泌水性和保水性、体积变化、抗冻性、抗渗性、抗环境 介质侵蚀、碱一骨料反应等要求。水泥的品种很多，我国水泥标准对质量都有严格的要求， 如强度要求、最大水化热、c 3 s 和c 3 a 的含量要求等。混凝土中骨料占体积的7 0 8 0 ，因 此，骨料对混凝土的性能有重要的影响。骨料除了作为填料使用外，通常还使混凝土具有 体积稳定性和耐磨性。混凝土对骨料的性能要求主要有骨料级配、含泥量和石粉含量、颗 粒形状和表面特征、有害物质、坚固性和抗冻性、强度和抗破碎能力、化学性能、密度、 孔隙率等，我国标准对上述性能要求具有明确规定。 二级材料中，混凝土是混凝土结构中的主要受力材料之一，对混凝土结构的性能有重 要影响。由于混凝土内部结构复杂，因此它的力学性能也极为复杂，但强度和变形作为混 凝土的基本力学指标，是混凝土材料的主要性能。混凝土的强度指标包括抗拉强度、抗压 强度、抗折强度、复杂应力下的强度( 三轴强度、双轴强度) ；变形指标则有弹性模量、泊 松比、剪变模量、热膨胀系数、应力一应变关系等。由于混凝土的行程是其中的胶结材料 不断水化的过程，开始时水化比较快，常温下2 8 d 时约完成全部水化的8 0 以上，之后水 化速度减慢，但仍在不断进行中，因此，不同龄期混凝土的性能也是反映混凝土性能的重 要指标，主要包括强度与龄期的关系、弹性模量与龄期的关系、收缩、徐变等。耐久性是 衡量混凝土材料性能的另一项主要指标，混凝土材料结硬的过程是一种复杂的反应过程， 反应产物的结构决定了混凝土的物理、化学及力学性质，也决定了混凝土的耐久性。就混 凝土材料而言，耐久性对混凝土材料的要求主要包括水胶比、最小水泥用量、最低强度等 级、最大氯离子含量、最大碱含量、抗冻性、抗渗性、抗裂性等。 2 ) 钢筋 钢筋是钢筋混凝土结构的另一种建筑材料，它不仅为结构提供抗拉强度及抗压强度， 还赋予结构具有要求的变形性质，使结构在偶然局部超载的情况下发生内力重分布而不破 坏。所以钢筋的性能非常重要。钢筋混凝土结构中，钢筋主要承受拉力，混凝土主要承受 压力。由于受力、施工等方面的需要，混凝土结构对钢筋提出了一系列的性能要求，主要 包括强度、弹性模量、应力一应变关系、延性和强屈比等；施工过程中，钢筋的加工性能 直接关系到钢筋混凝土构件的可靠性，加工性能主要包括可焊性和冷弯性能等。 综上所述，从材料层面看，钢筋混凝土材料的性能要求可归纳为如图2 所示的框架， 基于此，结合性能设计的思想可建立材料层面的性能水准，为材料层面的性能设计奠定基 础。需要说明的是，材料层面的性能要求主要基于材料的技术需求，从具体内容上看，性 能要求与施工的关系密切，在很大程度上反映了设计对施工的要求。 3 1 2 构件层面 构件是结构的基本单元，一个结构是由多种不同的构件组成的，这些不同的构件承受 不同的荷载作用，其性能是不同的，设计中需加以区别对待。特别是进行结构分析时，需 要根据结构构件材料的性能和几何特性采用合理的分析方法。根据受力特点，公路桥梁构 件可分为受压构件、受拉构件、受弯构件、受扭构件、受冲切构件、局部承压构件等。构 件的承载力要求是保证结构安全的基础，因此，构件首先应满足承载力的要求，如受弯构 一4 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2 0 1 3 年 l 露：箍毒批瓤排做徘掀懒妣浦靴凉摊、；声 l 网一紊瓣纛藏囊磊i8 刻 一i 缀 i = 一一：= = = 一= = = = = = = = = j - _ = = = ：1 i ；= ；导f = 二二= 二二= _ 二二二= 二二二二二= = 二二；一i i i | 噬卜兰竺一粘竺竺竺jii ! ；厂葫1 一瓣吴笋抗折、复杂应力下强度堋度与龄 i 凝1 i- 。弹性模量、泊松比、剪变模量、热膨胀系数、 i ! i 土 i 变形性能 应力一应变关系；弹性模量与龄期的关系、收 ；： i _ ! l r 一缩、徐变 ；i 纂蓬一。涮 i ：- - - _ - - - - ：ji | _! ：。 i i 塑三擘堕卜皇竺竺：兰竺竺竺 li 憾| | 酉粤：御竺：哆竺_ | | o i 变形性能 一弹性模量、应力一应变关系、延性、强屈比；i _ l j l 一：j 三主j = = 二二i 二冀? t i ? = 。! i 件的正截面承载力、斜截面承载力，受压构件和受拉构件的正截面承载力，受扭构件在弯、 剪、扭共同作用的承载力等。对于预应力混凝土构件，由于施加预应力以后截面应力状态 复杂，除了计算构件承载力外，还要计算弹性阶段的构件应力，构件应力计算实质上是构 件强度计算，是对构件承载力计算的补充。此外，钢筋混凝土结构在施工阶段，特别是构 件的运输、安装过程中，其支撑条件、受力图式会发生变化，如简支粱吊装时，吊点的位 置并不在梁设计的支座截面，当吊点距支座距离较大时，将会在吊点截面处引起较大负弯 矩。h 1 因此，我国规范规定钢筋混凝土构件应根据在施工中的实际受力体系进行应力验算， 这同样属于构件弹性阶段的强度计算。 钢筋混凝土构件除了可能由于材料强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态外， 还可能由于构件变形或裂缝过大影响了构件的适用性和耐久性，而达不到结构正常使用的 一a 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2 0 1 3 年 要求。过多的裂缝或过大的裂缝宽度会影响结构的外观，造成使用者不安。从结构本身来 看，这些裂缝的发生或发展，将影响结构的使用寿命。为了保证钢筋混凝土构件的正常使 用，必须从设计、施工等方面控制裂缝。钢筋混凝土构件在使用阶段，因作用使构件产生 变形，过大的变形将影响结构的正常使用。因此，为了确保桥梁的正常使用，钢筋混凝土 构件需具有足够的刚度，使得构件在使用荷载作用下的最大变形不超过容许值。此外，对 于预应力混凝土构件，由于预应力损失对桥梁的正常使用极限状态设计具有重要影响，在 进行预应力混凝土构件设计时，预应力损失也是其正常使用的性能要求哺。 长期以来，结构设计中普遍存在重承载力设计而轻耐久性设计的现象，随着大量的钢 筋混凝土结构因耐久性不足而导致结构提前失效，使得结构耐久性越来越受到重视。对于 混凝土结构的耐久性，国外有“4 c ”之称，即材料组成( c o n s t i t u e n t so ft h em a t e r i a l ) 、 混凝土保护层( c o v e r ) 、密实性( c o m p a c t i o n ) 和养护( c u r i n g ) 1 ，此外，在耐久性能 要求中，构件的设计使用年限是构件耐久性的量化指标。材料组成和密实性是材料层面的 要求；混凝土保护层属于构件层面的要求；虽然养护属于运营阶段的要求，但从构件层面 看，构件的可检、可修、可换、可达则是养护得以有效进行的关键。 因此，从构件层面看，钢筋混凝土构件的性能要求可归纳为如图3 所示的框架，基于 此，可建立构件层面的性能水准，为构件层面的性能设计奠定基础。 r 蓊薪彳二f 藉：! 赫赢矛i ： ： i _ 药丽 掘葫滚万 ： 。一一： r _ r 一 ：厂受拉构件 l ；抗拉承载力_ ： ii 承i = 二二= ：二二二二二= l il 载l 受扭构件 一一抗扭、抗弯剪扭承载力 l 乜赢一面磊f i ： 一 一： i 匾堕匦匾匦亟堑 二； ： 一一 一i !预应力构件 j 压应力、拉应力； ；【r 丽丽r 卜两砑 葫两一 j = ：i ：= ：i ：= ：i ：i ：= = l ：= ：j ：= ：i i ：i ：j ：i ：i ：i ：i = ： l 屉 孺虿 _ 丽匾示丽 i ；| 常i； 幡 r _ 可l _ 丽矿 l il 用l壅型_ j 塑堕! 塑垫壅 i l 禺_ 坚l 堡竖堕型塑型l ：f 久1： l 蚓一丽丽矿卜f 面砥丽_ 预可至l l ：= ：= - 图3 构件层面的性能要求 一6 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2 0 1 3 年 3 1 3 结构层面 结构层面的性能要求主要基于经济、社会、用户等更为宏观的需求。公路桥梁属于公 共基础设施，建造过程中及建成后与社会公众的关系密切，因此，公路桥梁的设计阶段应 充分考虑经济社会因素。国外对桥梁设计强调3 e 原则埔。，即功效( e f f i c i e n c y ) 、经济 ( e c o n o m y ) 、美观( e l e g a n c e ) 三个要素，这与我国现行规范中“安全、适用、经济、美 观”的工程设计原则是一致的，基于性能的设计方法是现行设计方法的延伸，因此，性能 设计的总体要求包含现行规范的设计原则要求，但基于性能的设计方法更关注结构在整个 生命周期内的性能，作为性能设计的基本原则，除了上述几点之外，还要考虑结构的耐久 性、可修复性、可施工性、可管养性以及可持续性等，即基于性能的公路桥梁设计应遵循 “安全、适用、经济、美观、耐久和环保”六项基本原则。 性能要求是根据结构功能对总体目标的细化，公路桥梁结构的设计、施工和维护应使 结构在规定的设计使用年限内以经济可靠的方式满足下列性能要求旧1 ： 1 ) 在正常施工和正常使用时，能承受在施工和使用期间规定的各种作用； 2 ) 在正常使用下，保持良好的使用性能； 3 ) 在正常维护下，具有足够的耐久性能； 4 ) 当设计考虑的偶然事件发生时，结构能保持必需的整体稳固性，不出现与起因不相 称的破坏后果，防止出现结构的垮塌、倾覆等。 综合上述几点，公路桥梁应满足安全性、适用性、耐久性和可修复性的性能要求，其 中，安全性的性能要求包括结构整体的承载力、稳定性、冗余性：适用性则对应结构的振 动、变形及局部损坏等；耐久性的性能要求主要指结构的设计使用年限；可修复性的结构 性能要求包括可恢复性、修复的难易程度及修复的费用等。因此，从结构层面看，钢筋混 凝土结构的性能要求可归纳为如图4 所示的框架，基于此，可建立结构层面的性能水准， 为结构层面的性能设计奠定基础。 一 承载力 稳定性 冗余性 变形 4振动 一局部损坏 设计使用年限 一可恢复性i 一难易程度 厂蘸雨丽 图4 结构层面的性能要求 一，一 性 董 求 |国圈圈 一 结构性能 i-!可修复性= 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2 0 1 3 年 3 2 基于多层面性能的设计框架 如前所述，公路桥梁结构三个层面的性能要求是相互关联的，如水泥的泌水性过大， 会导致混凝土结构空隙较多，降低混凝土的强度，抗渗性和抗冻性也必然较差，同时也降 低了其耐蚀性，进而影响构件承载力和耐久性，导致结构的安全性和耐久性不足；再如， 骨料的级配会影响混凝土的工作性能，造成混凝土构件的强度和耐久性降低，从而影响结 构的安全性和耐久性。可见，材料、构件、结构三个层面的性能要求在对工程结构性能表 现的影响方面是相辅相成的，因此，完整的性能设计框架应当涵盖着三个层面的性能要求。 如前所述，材料层面的性能要求主要体现了结构设计对于施工的要求，而构件和结构耐久 性的要求则体现了结构设计对运营养护管理的要求，即多层面的性能设计更全面地体现了 全寿命设计理念。与现有设计方法相比，多层面的性能设计不仅使设计、施工、管养三个 相对孤立的阶段在全寿命周期的理念下协调起来，也使得设计、施工、管养在多个量化性 能指标的基础上得以向精细化方向发展。 在以往采用的设计方法中，标准和规范规定的性能和规定的方法混在一起。基于性能 的设计方法，在明确性能要求的同时，还要求明确图1 所示的标准等级关系。从这一意义 上讲，性能设计并不是一种的全新设计方法，而是以往设计方法的延伸和发展，对原有的 性能要求进行了细化，进一步明确了校核验证项目和校核验证方法，并体系化。采用基于 性能的设计方法时需要考虑多方面问题，例如虽然增加了设计自由度和灵活性，但可能会 造成设计中现场技术人员应对能力不足，没有明确的评估方法，设计结果会因设计人员的 不同而差异较大的问题，故很难验证所规定性能的合理性。为此，必须有相应的验证方法 。所以，基于性能的公路桥梁设计方法主要包括性能要求的确定、性能水准分级、性能 目标评价以及性能目标的验证几个方面，因此，按照性能设计的层次关系以及我国规范体 系的特点，提出未来基于多层面性能的公路桥梁设计框架如图5 所示。 图5 基于多层面性能的公路桥梁设汁框架 一8 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2 0 1 3 年 4 公路桥梁长期性能研究 众所周知，钢筋混凝土结构在运营周期内性能是不断变化的，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，这有赖于对结构性能进行全面系统的研究，即通过桥梁长期性能的研究揭示不同 外部荷载作用下桥梁结构的性能表现，以此作为建立桥梁结构的性能目标的依据。可见， 开展混凝土桥梁长期性能研究是建立基于性能的设计方法的基础。 4 1 国外的研究现状 在国外，美国已经启动了公路桥梁长期性能研究项目。美国是世界上公路运输网最发 达的国家之一，在其四通八达的公路网络中，有6 0 多万座桥梁。由于其桥梁建设起步较早， 对于桥梁养护管理的关注也较早，目前已形成了相对完善的桥梁检测、评估和维护加固体 系。即便如此，技术人员对桥梁结构和材料的退化和损伤过程的掌握程度仍然有限，仍需 要持续开展长期的调查与研究工作。为进一步推动桥梁养护技术的发展，2 0 0 8 年美国联邦 公路局( f h l i a ) 的基础设施研究与发展署启动了桥梁长期性能研究计划( l o n g - t e r mb r i d g e p e r f o r m a n c ep r o g r a m ，即l t b p ) 。通过对美国高速公路代表性桥梁进行2 0 年的数据收集， 在数据分析的基础上促进桥梁性能、健康、管理、养护等工作的改进，目前各项工作正在 稳步推进。 4 2 中国的研究规划 借助中美公路桥梁技术交流会的平台，为进一步推动我国公路桥梁技术的发展，我国 在跟踪美国桥梁长期性能研究计划的基础上，计划启动桥梁长期性能研究项目。计划根据 我国实际情况，分结构型式、环境区域等因素，遴选若干座具有代表性桥梁进行长期性能 观测和数据采集。根据混凝土桥梁的结构特点，初步梳理确定了混凝土桥梁的长期性能观 测指标，如表1 所示。争取在5 2 0 年长期数据观测的基础上，建立我国公路桥梁长期性能 数据库，并开展实际运营状态下公路桥梁承载力及寿命演变机理研究，推动公路桥梁结构 时变理论的发展，为建立公路桥梁耐久性定量设计提供支撑。 4 3 建议 如上所述，通过对公路桥梁运营阶段长期性能的研究，实现对结构设计的反馈，结合 基于性能的设计思想，可建立公路桥梁的长期性能目标，为公路桥梁基于长期性能的设计 方法( l o n g t e r mp e r f o r m a n c e b a s e dd e s i g n ，即l t p b d ) 的建立奠定基础，l t p b d 设计 方法不仅可用于新桥的设计，同样可服务于既有桥梁的监测、评估和加固等。另一方面， 通过对运营阶段桥梁性能的长期研究可掌握实际运营状态下公路桥梁的性能表现，充分把 握设计性能目标与实际性能表现的关系，为桥梁管理提供科学的数据支持，建立公路桥梁 管理的量化指标，提升公路桥梁的管理水平。 一9 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2 0 1 3 年 表1 混凝土桥梁长期性能观测指标 序号指标名称观测原因 混凝土强度关系到结构的承载能力。特别是处于受压区的混凝土常 1 混凝土强度 因为长期承受较大的压应力而出现强度降低现象。 混凝土弹性模量关系到结构的刚度。弹性模量的变化可能导致下挠 2 混凝土弹性模量 及开裂现象。 进入混凝土中的水份，可能引起泛碱、冻融、钢筋锈蚀等各种耐久 3 混凝土抗渗性 性问题。所以混凝土抗渗性是关系结构长期性能的重要指标。 对于预应力混凝土桥梁，特别的是大跨径的连续梁桥和连续刚构 4 有效预应力 桥，预应力损失会引起混凝土开裂、结构下挠等众多病害。 预应力管道灌浆预应力管道的灌浆饱满度与预应力钢筋的耐久性密切相关。同时， 5 饱满度管道灌浆饱满度也会影响桥梁的刚度。 裂缝是混凝土桥梁损伤的直接表现。裂缝不仅影响结构刚度，降低 6 裂缝 结构耐久性，而且是结构承载力不足的预兆。 大跨径连续梁桥和连续刚构桥的长期下挠不仅影响舒适性，而且往 7 挠度 往是结构承载能力不足的重要体现。 环境