外文翻译 王洋.pdf

桥梁工程中的节能 桥梁工程中的节能桥梁工程中的节能 李宏江 1 冷鄢陵 1 马颖 2 1北京高速公路交通部研究所 邮政信箱 100088 电话 086 010 62079558 传真 086 010 62079556 电子邮件 hj li 1东南大学交通学院 邮政信箱 210096 电话 086 025 83794206 电子邮件 mygw2006 摘要 由于能源成为阻碍国家社会经济发展的一个重大因素 桥梁结构中的节能问 题吸引越来越多的关注 为了揭示能源问题和探索节能在桥梁工程中的潜力 桥 梁的技术分析都基于能量的这一基本概念 这可能会影响到在桥梁施工时材料的 损耗和车辆燃料的消耗 因外 提出节能措施会在桥梁工程的很多方面 例如规 划 设计 施工和维护 研究表明 大多数能源问题在桥梁工程属于间接消耗 适当的节能措施就是减少汽车燃料消耗和节省不可再生材料或高能源消耗材料 此外 节能概念存在于桥梁的整个生命周期之中 交通运输部门则是桥梁节能战 略 促进可持续发展的重中之重 桥梁工程的发展状况 中国大型桥梁建设从 1980 年代到 2009 年 已有 621900 座桥梁 超过了美 国的总人数 并成为了世界上最大的桥的国家 在桥梁施工进展过去的 30 年中 施工的大跨度和超级大跨度桥梁被认为是最显著的标志 世界上前 10 大跨度梁 桥梁 拱桥和悬架桥梁有一半位于中国 有八座前十大跨度斜拉桥坐落在中国 桥梁工程中的节能 05 年东海大桥的建成通车 标志着中国开始建设大型跨海桥梁或跨河大桥 在那 之后 杭州湾大桥 36 公里 和舟山半岛项目 48 46 公里 于 2008 年和 2009 年相 继通车 此外 青岛海湾大桥 41 58 公里 珠海澳门香港港桥 49 968 公里 正 在建设 除了渤海湾桥 长江穿过桥项目 珠江伶仃洋大桥 琼州海峡大桥和台湾 海峡跨海工程已经计划 在 21 世纪的第一个 20 年里 国家公路网络和农村道路 建设项目将在中国付诸实践 大约200000座桥梁 总长度约10000公里将被规划 包括大约 100 座大桥梁 每个总长度将超过 400m 然而 从世界各国的经验来看 项目进行快速开发通常是有质量差的 缺陷伴 随着从设计到施工整个过程和其他行业 因此 性能不够和功能缺陷问题时常发 生 与此同时 目前安全桥梁的近 100000 座 约占总数的 15 许多桥都会遇到到 包括混凝土开裂 钢筋锈蚀 缆索的腐蚀和退化 振动疲劳和腐蚀等问题 为满 足公路运输的可持续发展 维护和修理旧桥将成为一种必然选择 这是因为旧桥 在中国有庞大基数 生长迅速 具有历史遗留问题 与新桥的建设一样 维护旧桥 也将进入一个新的峰期 建设新的桥梁和维护旧桥梁都会浪费很多的能量 根据一些研究 运输被认 为是消耗能量最多和最快的 桥梁是公路交通运输的重要组成部分 能量问题存 在于桥梁建设和维护这一这个过程 此外 这个问题也是在国民经济能源储蓄中 最重要的 在第十二个五年计划中 节能是排名第一的七个战略性新兴产业 是国 家经济增长的重点 因此 科学发展观的理念和实践节能也是桥梁工程师的指导 思想和不可推卸的责任 在发现问题的基础上 加深和加强节能意识 采用可行的 节能措施和加强管理使用能源在规划 设计 施工和维护过程中是关键的主题和 使命 能量的概念和现状 根据中国在 2007 年出版能量守恒定律 术语 能量 本义是指煤炭 原油石 油 天然气 液化石油气 生物质能源 电力 热 和其他资源 能量之间可以 直接或通过处理或派生转换 目前 中国的能源消费总量排名在世界第二 大约是 美国的三分之一 是整个世界的十分之一 然而 中国的人均储量的煤 石油和天 然气是低于世界平均水平的 此外 中国人均能源强度远远低于大多数国家 特别 是石油只有世界平均水平的 11 1 与此同时 每单位产出能耗值在中国是全世 桥梁工程中的节能 界最高的 这是两倍于世界平均水平 目前 在中国的能源利用率只有 30 比发 达国家的低于 10 伴随着消费规模继续扩大和增长具有高投资 高消耗和高污 染的特点 中国正处在工业和城市快速发展的高能耗阶段 由于以上原因 能源供 求之间的矛盾日益增加 在中国 能源问题和安全供应已成为一个主要限制社会 和经济发展的因素 公路运输在全面运输系统的中发挥着至关重要的作用 而能 源则是公路运输发展建设和维护的直接驱动力 因为这个原因 非理性消费能源 无疑会影响公路运输的发展 桥梁工程中的能源问题 车辆燃料的消耗 在公路运输系统中公路车辆能源消费 可以分为直接能源消费或间接能源 消费 直接能源消耗是指使用部分驱动车辆 间接能源消费是指能量使用在运输 系统的维护和操作 它包括修理车辆 维护公路和桥梁需要的能源 对于桥本身 的重量而言 桥梁施工的技术条件是影响了汽车燃料消费比例一个重要的因素 汽车燃料消费是受桥的技术条件 如平均坡度 桥面板表面粗糙度等等影响的车 辆驾驶状态所决定的 相对于桥梁在良好的技术条件而言 拥有大型垂直坡和粗 糙的甲板面的桥梁将浪费更多的能源来携带同样的交通量 此外 合理的设计速 度影响将交通条件 研究人员表明 降低行驶速度时汽车燃料消费明显高于提高 行驶速度 当车辆加速到正常速度以上燃油消耗量将增加 而交通量和交通组件 受桥面的宽度影响 最终汽车燃料消耗量的也会受到影响 一般来说 混合交通与 高交通量的能源消耗比纯粹的交通与低交通量要多 例如 频繁的启动和停止车 辆 汽车制动和加速次数的增加和交通堵塞问题都将导致高能耗 在交通拥堵这 种情况下能源消耗量将比正常条件下增加几倍 物料消耗 新桥的建设 维护和强化旧的桥都会浪费大量的物质资源 如水泥 钢铁等 不可再生和高能源消耗的资源 严格来说 能源是一种资源 因此能源不等同于资 源 然而 建造桥梁所使用的生产和加工材料将浪费大量的能源 以水泥用于生 产混凝土为例 生产水泥的初始原料是石灰岩和粘土 将石灰石和粘土破碎 研 磨制成原料 然后将原料放入水泥窑产生一种煅烧产物 熟料 这是生产混合 着石膏的水泥的工艺流程 统计数据显示 生产 1 吨水泥需要 0 95 0 98 吨石 桥梁工程中的节能 灰岩 在未来的 30 到 40 年石灰石将消耗殆尽 与此同时 煤炭是水泥行业主要燃 料 大量的电力消耗 对于这个原因 水泥行业是一个典型的大型电力消费 根据 一些统计 在 2009 年中国水泥行业的煤炭消耗量为 1 86864 亿吨 占煤炭消费总 量的 81 6 与此同时 电力消耗是 1376 亿千瓦 占总能耗的 65 4 再用粗钢材 料举一个例子 粗钢材料包括钢 钢绞线 型钢等 钢铁行业是一个传统的大型 电力消费 根据在 2010 年发表的统计结果 钢铁行业的能源消费数量超过总能源 消耗量的 15 在能源资源结构的钢铁行业 煤的比例是 69 9 功率为 26 4 石 油是 3 2 天然气是 0 5 一个调查的这些建筑材料用于建筑和维护桥表明能源 消耗问题值得关注 利用不可再生材料和高能源消耗材料有助于能源消耗问题 桥梁工程中的节能思想和措施 根据 5号 2008 年 的要求从中华人民共和国交通运输部 实现能源 拯救 中国法律的方法 由公路和水路交通 节约能源意味着加强能源在高速公路和水 路运输的利用和管理 采取技术上可行 经济上合理 环境和社会可以承受的措 施 减少在所有高速公路和水路运输的资源损失和浪费 更有效的和合理利用资 源 基于以上在桥梁工程领域能源问题分析 节能在桥梁工程应该专注于减少汽 车燃料和拯救高能耗材料的利用率 并强调重点是加强能源管理利用和提高能量 的利用效率 节能理念和措施应该贯穿于桥的整个生命周期 包括初级阶段计划 设计 建设 运营和维护 节能计划 桥的位置选择 在满足路线接头和结构设计要求路线需求的前提下 施工长度需要考虑而确 定位置的最小值原理 桥梁道路运输可以减少 此外 材料的来源和运输的方便应 该仔细考虑 一方面 充分利用材料的工地桥 像石头和沙子 另一方面 运输距 离不应太长 以节省燃料消耗在运输环节 桥形与桥面板的等级 这个决定型材桥应该采取下列因素加以考虑 即几何平面 纵断面和横断面 以得到一个平坦表面 一个平衡的垂直剖面和健全的横切面 应用的节能理念关 键是平衡的设计几何平面和垂直剖面 甲板上的等级对车辆油耗有很大影响 车 辆燃油消耗与甲板等级成几何增长 为节约能源 降低甲板的等级值得关注 然 桥梁工程中的节能 而 减少等级往往导致平面线形的增加 导致燃料消耗的增加 所以这个平衡点的 几何平面和垂直截面最小总燃料消耗量 这个理论在高等级公路中非常重要 然 而在平原和丘陵地区不重要 设计桥的行车速度 设计桥梁的行车速度除满足功能需求 等级和交通流动的路线外主要取决沿 线的地形和地质 然而 如果仅考虑地形和地质条件常常会导致减少限定速度 这将不利节能 一般来说 设计车辆的速度正比于运行车辆的能源消费水平 那 是 更高的设计速度 更显著的节能效果 对车辆运行在一个较低的桥梁设计速度 需要频繁加快和停止 这将增加燃料消耗 不过 可以保持车辆在最佳经济速度和 最低的燃料条件之间提高设计速度 所以在相似的条件下 优先为了节能应选用 较高的设计速度 桥面板的宽度 桥面板上的宽度是由交通量和交通成分组成 通常取决于路线的宽度 甲板 上的宽度应该由交通量的预测值和状态所决定 与此同时 如果其他东西都是正 确的机动车和自行车应该分开 节能评估 目前 大多数设计组织将节能项目添加在可行性研究报告工作中 桥的节能 也进行了分析 然而 定量地评估节能效应仍然是不切实际的 缺乏评价指标 因 此 本文建议有关部门采取一些有效措施来建立一个节能效率评价体系 在评价 体系的节能效率中保护和消费比率可能是一个重要的指标 在施工和运营期间 指标比较的能量是汽车燃料消耗期间 要以 20 年为例 的能量消耗 当设置多个 可获得项目是可行的 反之亦然 项目需要优化 重建和扩建工程 能源消耗量之 前和之后的项目应该仔细从节能角度分析 来评估项目规模 节能设计 节能设计包括材料的选择 回收废弃材料和节能产品和设备布置 材料的选择 无论是在新的桥梁设计和老桥加固设计中 利用不可再生材料和高能源消耗 材料需要严格控制 例如 尝试使用散装水泥 所以整个过程中所有的能源消费 包装水泥可能缩短 可以避免造成损失的水泥包装破损 此外 水泥可以部分取代 桥梁工程中的节能 了煤矸石 粉煤灰 矿渣 冶炼废渣 电石渣和其他工业副产品和工业废渣 这样 可以减轻环境的负担和可以减少水泥消费 节能的目标就可以实现 此外 在南方 吊桥的润扬长江公路大桥中粉煤灰在混凝土措施是以适应工程的锚 基础 索塔 支柱和箱形梁的跨度为方法 因为这个原因是减少水泥消费结构耐久性而提出 的 回收的废弃材料 伴着大桥的建设 沿途经常带来了拆除结构的建筑垃圾 维护和加强桥本身 会产生建筑垃圾 暴露于外界环境很长时间会对自然环境造成很大的破坏 因此 回收废弃的材料必须得到加强 回收混凝土技术是一种有效的方法 再生混凝土 骨料是从先前用于处理建筑的无机材料 主要是由碎混凝土通过机械加工如破 碎 清洗 分级 通过使用废弃混凝土作为骨料可以减少沙子和石头的消费 以 废弃混凝土作为水泥石只需要少量的煤就可以 因为大量的能量是用来煅烧石灰 石 水泥水化产物 而灰岩需要更少的能量进行分解反应 而这些已经包含在废弃 混凝土 同时 使用废弃混凝土生产水泥可以减少 20 的二氧化碳释放量 在目 前 再生粗骨料混凝土可用于挡土墙和桥的基础 此外 再生粗骨料混凝土可用于 喷涂砂浆修复和加强桥梁 日本生产的再生混凝土 废弃混凝土砂 水颗粒渣和 石膏 这可以用来生产简单的混凝土 这种混凝土可应用于地下部分像基础和桩 基础 这类再生混凝土的性能在大体积混凝土是非常好的 安排节能产品和设备 桥的设计应考虑方便桥检测的可能 必要的检验平台或配套设施应该被安装 在施工段桥 尽管创业成本相对较高 后来检查和检测桥可能使交通中断 但是 设置检验平台引起的能源消费将会降低 所有这些将有助于节能 对景观照明 在会议的前提下的功能性照明的需求 设计以下物品 如发光强 度 灯的搭配方案 电力供应和分配 照明控制等等 应该采取措施 适应当地环 境 选择照明产品应该高效 使用寿命长 导致低电能量损失和适合户外环境 变压器的容量和位置应合理选择 稳定电压 各自补偿和系统平衡是重要的措施 来节约能源 在中国南方对于大型钢桥 对比盘除湿机 节能复合除湿机等优势十分明显 能源效率达到 38 8 额外的初始费用将在一年内恢复 桥梁工程中的节能 建筑节能 对于直接消耗的燃料和电力建设的桥梁 检查和评估总体情况 工程机械 石 油消费和燃料燃烧率应该是高度紧张 在贫穷的条件下 报废的机器燃料消耗远 远超过限额的 有低燃料燃烧率和没有赔偿的价值 与此同时 引进一些先进的设 备 一方面 建筑施工企业自身应该强调节能设备的推广和应用 另一方面 政府 应该投资更多和加强支持力度 适应战略指导等措施 政府补贴和减税来刺激更 新业务设备和支持研究和开发新型的高效节能设备 维护节能 汽车破坏性的行动 甲板正比于轴荷载第四力 鉴于轴重增加从 10 吨至 13 吨 即增加了 30 但使用寿命将减少 51 的甲板 中国的运输车辆的公里利用率很 低 许多汽车赚钱超载 在开放交通后 2 到 3 年 导致许多新的桥梁的甲板表面粗 糙度迅速恶化 进而带来车辆燃料消耗的飙升 更糟糕的是 长期超载在一些桥梁 结构上将导致疾病 因此需要进行维护和强化了 在桥梁的服务中鉴于当前的服 务条件 一方面 预防性维护策略应该设置为确保桥梁在良好的服务水平和技术 条件 另一方面