v对公路桥涵设计中设计洪水频率的思考

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。v对公路桥涵设计中设计洪水频率的思考对公路桥涵设计中设计洪水频率的思考对公路桥涵设计中设计洪水频率的思考牟洪仲 安竹石摘要:从与时间相关的三个基本概念出发，通过设计洪水频率与设计基准期、设计洪水频率与设计使用年限、设计洪水频率与区域防洪标准、设计洪水频率与抗震设计标准四组对比，得到关于公路桥涵设计中设计洪水频率的几点思考。关键词：设计洪水频率、保证概率Abstract:This article clears three time-related primary concepts fist,then an

2、alyzes the following four groups of comparisons: designed flood frequency and design reference period; designed flood frequency and design working life; designed flood frequency and the regional standard for floor control ;designed flood frequency and seismic design standard,and summarizes several v

3、iew about designed flood frequency.Key word: designed flood frequency guarantee probability 1. 定义1.1设计洪水频率 桥涵设计中的设计洪水频率是指在设计时采用的某一洪水重现的概率1，它的实质是一种累计频率。与之对应的是洪水重现期，它表示在很长的一段时间内，该洪水频率对应的洪水平均多少年发生一次。即若选定的洪水频率为1%，表示超过这样的洪水每年出现的可能性为1%。由此可知，设计洪水频率是与时间相关的一个概念，而公路桥函设计通用规范(JTG D60-2004)中与时间相关的一个核心概念是设计基准期，所以

4、也简要陈述一下设计基准期的概念。1.2设计基准期 设计基准期为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数2，是概率分析上采用的概念，我国公路桥涵设计的基准期主要是通过可变荷载统计分布确定的。其实质是抗力函数与作用函数简化的一个时间参数。公桥规中规定：公路桥涵设计基准期为100年。这里涉及到的是一个分析的范畴3，而在桥梁设计规范中，对于和设计更相关的、业主更关心的设计使用年限概念却少提及，现结合其他结构说明一下。作者：牟洪仲（1984），男，贵州大学土木建筑工程学院硕士研究生，贵州 贵阳 550003 安竹石（1960），男，硕士生导师，副教授，贵州大学土木建筑工程学院，贵州 贵阳

5、 5500031.3设计使用年限 公路水泥混凝土路面的设计年限是指路面达到预定损坏标准所能作用的时间4。对于桥梁设计，我们也可认为桥梁在正常条件下不需大修所能运营的时间。美国对桥梁的设计使用年限为不小于75100年5，该文还提出了公路混凝土桥涵结构设计使用年限的规定建议，对于一般大中小桥均为100年。2. 对比2.1 设计洪水频率与设计基准期的对比 按设计基准期的定义，材料与荷载的考虑都是在一百年之内以较大概率来保证的，而对于设计洪水频率，假定以一般大中桥1%的设计洪水设计频率(即每年不到该洪水位的概率为99%)来设计，根据其满足二项分布6可知，在建桥一百年都不触及该频率对应洪水位的概率P=0

6、.99=36.6%，而这是一个较小的保证概率。由此可见，二者在一定程度上是不对应的。2.2 设计洪水频率与设计使用年限的对比由上一小结以及设计使用年限的定义与一般规定，还是以一般大中桥为例子，在使用年限内洪水将以较大概率1-0.99=63.4%触及该频率对应洪水位，在这种情况下结构能不能真正达到经验的设计使用年限将有较大的困难。所以，在桥梁设计规范中更明确地规定设计使用年限，并通过一定的设计参数与设计措施保证在设计使用年限内能够降低洪水的影响是必要的。当然，提高设计洪水频率也是一个措施，比如美国规范就比我国高，但即使提高的1/500,也只能保证50年使用过程中有90%的保证概率，所以单独以提高

7、设计洪水频率的方式来提高保证率作用不明显。2.3 桥梁设计洪水频率与区域防洪标准的对比公桥规中对于设计洪水频率大小的规定仅与桥梁跨径与重要性有关，而不涉及到区域的防洪标准，将防洪标准较低的区域与较高的地区等同对待，将使防洪标准较低的区域很难达到公桥规规定的设计洪水频率值，且极易在防洪标准较低的地区形成桥与路连接不顺，甚至单桥突起的情况。所以，设计洪水频率可区别对待，根据实际情况适当调整其大小，而这种调整又与桥梁结构自身需以较大概率在较长使用期内保证桥梁不触及设计水位的目标相抵触，如何在这种情况下仍能保证桥梁的安全？除了对桥梁本身加强外，对其他临时性的防洪设施的强化也很重要。7文中提到的多次设防

8、的方法，即将洪水分为偶遇洪水与罕遇洪水的方法更多的是从效益分析层面来确定洪水频率的，但这个效益应是以桥梁不造成安全事故为前提，所以即使从效益角度出发设计洪水频率的标准降低了，桥梁本身的强度与防罕见洪水的措施是不可少的。2.4 桥梁设计洪水频率与抗震设计标准的对比桥梁设计洪水频率的概念属于防洪设计的一个范畴，而桥梁设计规范中涉及防洪设计的地方少之又少，这与抗震设计有专门的公路工程抗震设计规范形成对比，防止洪水特别是罕见洪水对桥涵造成的伤害也应重视。另外，抗震设计的标准不论在国内还是国外都相对较高，例如，现行的美国公路桥梁设计规范（AASHTO）地震设计在使用状态下，按 50 年使用期内10%的失

9、效率进行设计的。 即在 50 年内，有90%的把握不会发生超过这设防等级的地震，相当于重现期为475 年。3. 结论3.1 本文明晰了在桥梁设计过程中与设计洪水频率相关的几个概念，进而进行了四组对比，得出桥梁规范中对设计洪水频率的规定与对其它一些相关概念的规定一定程度上的不统一。3.2 从设计洪水频率出发得到的保证率的角度来说，我国的防洪标准是偏低的。所以，可适当提高设计洪水频率的标准。但如上文所述即使提高了设计洪水频率的标准，对罕见洪水的防止也是有限的，那么在条件允许的条件下，我们可以以防止偶遇洪水的破坏为主，而对罕见洪水采用特殊的措施进行应对，这样的话即使设计洪水频率降低了，其实质仍保证了

10、较高的安全性。而对于偶遇洪水与罕遇洪水的划分，以及防止罕遇洪水对桥涵破坏的措施限于篇幅以后再详述。3.3 桥梁设计过程中设计洪水频率的取值还需充分考虑区域防洪标准并结合效益分析确定。3.4 建议桥规中能有业主与设计人员关心的设计使用年限的规定。3.5 在不断完善防洪设计相关规范与理论研究的同时，可对照抗震设计等相关规范，将抗震设计的一些方法运用到防洪设计，将防洪设计的一些方法运用到抗震设计。 参考文献：1 JTG D60-2004,公路桥函设计通用规范S.2 GB 50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准S. 3 袁贤讯,陈国英.结构设计基准期与设计工作寿命的关系J. 中国建设信息,2

11、001(21):48-51. 4 JTG D40-2002 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002<<隐藏,公路水泥混凝土路面设计规范S.5 张洪波,鲍卫刚.公路桥涵结构的设计基准期与设计使用年限J .公路，2005（8）：35-37.6 周国利.概率论与数理统计M. 南京：南京大学出版社，2007.7 齐怀恩,王光远.公路桥梁抗洪设计标准的反思和建议J.林业科技情报，1998（3）：7-13.作者简介及联系电话、通讯地址:牟洪仲（1984），男，贵州大学土木建筑工程学院硕士研究生，贵州 贵阳 550003 电话通讯地址：贵州省贵阳市贵州大学

12、土建学院研究生院结构工程专业安竹石（1960），男，硕士生导师，副教授，贵州大学土木建筑工程学院，贵州 贵阳 550003电话 - 汉语汉字 编辑词条文，wen，从玄从爻。天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。故文即为符。上古之时，符文一体。古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。-尚书序依类象形，故谓之文。其后形声相益，即谓之字。-说文序仓颉造书，形立谓之文，声具谓之字。-古今通论(1) 象形。甲骨文此字象纹理纵横交错形。"文"是汉字的一个部首。本义:花纹;纹理。(2

13、) 同本义 figure;veins文，英语念为:text、article等，从字面意思上就可以理解为文章、文字，与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋体、楷体等，都在这一方面突出了"文"的重要性。古今中外，人们对于"文"都有自己不同的认知，从大的方面来讲，它可以用于表示一个民族的文化历史，从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个"文"字，可用于表示一段话，也可用于人物的姓氏。折叠编辑本段基本字义1事物错综所造成的纹理或形象：灿若锦。2.刺画花纹：身。3记录语言的符号：字。盲。以害辞。4

14、用文字记下来以及与之有关的：凭。艺。体。典。苑。献（指有历史价值和参考价值的图书资料）。采（a文辞、文艺方面的才华；b错杂艳丽的色彩）。5人类劳动成果的总结：化。物。6自然界的某些现象：天。水。7旧时指礼节仪式：虚。繁缛节（过多的礼节仪式）。8文华辞采，与“质”、“情”相对：质彬彬。9温和：火。静。雅。10指非军事的：职。治武功（指礼乐教化和军事功绩）。11指以古汉语为基础的书面语：552言。白间杂。12专指社会科学：科。13掩饰：过饰非。14量词，指旧时小铜钱：一不名。15姓。16 皇帝谥号，经纬天地曰文；道德博闻曰文；慈惠爱民曰文；愍民惠礼曰文；赐民爵位曰文；勤学好问曰文；博闻多见曰文；忠

15、信接礼曰文；能定典礼曰文；经邦定誉曰文；敏而好学曰文；施而中礼曰文；修德来远曰文；刚柔相济曰文；修治班制曰文；德美才秀曰文；万邦为宪、帝德运广曰文；坚强不暴曰文；徽柔懿恭曰文；圣谟丕显曰文；化成天下曰文；纯穆不已曰文；克嗣徽音曰文；敬直慈惠曰文；与贤同升曰文；绍修圣绪曰文；声教四讫曰文。如汉文帝。折叠编辑本段字源字形字源演变与字形比较折叠编辑本段详细字义名1右图是“文”字的甲骨文图片，资料来源：徐无闻主编：甲金篆隶大字典，四川辞书出版社。1991年7月第一版。“文”字的甲骨文字绘画的像一个正面的“大人”，寓意“大象有形”、“象形”；特别放大了胸部，并在胸部画了“心”，含义是“外界客体在心里面的

16、整体影像、整体写真、整体素描、整体速写”。许慎说文解字把“文”解释为“错画也”，意思是“对事物形象进行整体素描，笔画交错，相联相络，不可解构”，这与他说的独体为文、合体为字的话的意思是一致的。“说文解字”这个书名就表示了“文”只能“说”，而“字”则可“解”的意思。“文”是客观事物外在形象的速写，是人类进一步了解事物内在性质的基础，所以它是“字”的父母，“字”是“文”的孩子。“文”生“字”举例（以“哲”为例）：先对人手摩画，其文为“手”；又对斧子摩画，其文为“斤”。以手、斤为父母，结合、生子，其子就是“折”（手和斤各代表父母的基因）。这个“折”就是许慎所谓的“字”。“字”从宀从子，“宀”表示“独

17、立的房子”，子在其中，有“自立门户”的意思。故“字”还能与“文”或其他“字”结合，生出新“字”来。在本例，作为字的“折”与作为文的“口”结合，就生出了新的字“哲”。2同本义 figure;veins文，错画也。象交文。今字作纹。东汉·许慎说文五章以奉五色。春秋·左丘明左传·昭公二十五年。注：“青与赤谓之文，赤与白谓之章，白与黑谓之黼，黑与青谓之黻。”美于黼黼文章。荀子·非相茵席雕文。韩非子·十过织文鸟章，白旆央央。诗·小雅·六月斑文小鱼。明· 刘基诚意伯刘文成公文集3又如：文驾（彩车）；文斑（杂色的斑纹）；文旆（有

18、文彩的旗帜）；文绣（绣有彩色花纹的丝织品；刺花图案）；文织（有彩色花纹的丝织品）；文鳞（鱼鳞形花纹）。4字，文字（“文”，在先秦时期就有文字的意思，“字”，到了秦朝才有此意。分别讲，“文”指独体字；“字”指合体字。笼统地说，都泛指文字。） character饰以篆文。南朝宋·范晔后汉书·张衡传分文析字。东汉·班固汉书·刘歆传夫文，止戈为武。左传·宣公十二年距洞数百步，有碑仆道，其文漫灭。王安石游褒禅山记文曰“天启壬戌秋日”。明· 魏学洢核舟记文曰“初平山尺”。5又如：甲骨文；金文；汉文；英文；文迹（文字所记载的事迹）；文书爻（有关文字

19、、文凭之类的卦象）；文异（文字相异）；文轨（文字和车轨）；文狱（文字狱）；文钱（钱。因钱有文字，故称）；文状（字据，军令状）；文引（通行证；路凭）；文定（定婚）。6文章（遣造的词句叫做“文”，结构段落叫做 “章”。） literary composition故说诗者不以文害辞。孟子·万章上好古文。唐· 韩愈师说属予作文以记之。宋· 范仲淹岳阳楼记能述以文。宋· 欧阳修醉翁亭记摘其诗文。清· 纪昀阅微草堂笔记7又如：文价（文章的声誉）；文魔（书呆子）；文会（旧时读书人为了准备应试，在一起写文章、互相观摩的集会）；文移（旧时官府文书的代称）；文雄（

20、擅长写文章的大作家）；文意（文章的旨趣）；文义（文章的义理）；文情（文章的词句和情思）；本文（所指的这篇文章）；作文（写文章；学习练习所写的文章）；文魁（文章魁首）；文价（文章的声价）；文什（文章与诗篇）。8美德；文德 virtue圣云继之神，神乃用文治。杜牧感怀诗一首9又如：文丈（对才高德韶的老者的敬称）；文母（文德之母）；文武（文德与武功）；文命（文德教命）；文惠（文德恩惠）；文德（写文章的道德）；文薄（谓文德浅薄）；文昭（文德昭著）。10.文才；才华。亦谓有文才，有才华 literary talent而文采不表于后世也。汉· 司马迁报任安书11又如：文业（才学）；文英（文才出众

21、的人）；文采风流（横溢的才华与潇洒的风度）；文郎（有才华的青少年）；文彦（有文才德行的人）；文通残锦（比喻剩下不多的才华）。12文献，经典；韵文 document;classics;verse儒以文乱法。韩非子·五蠹言必遵修旧文而不穿凿。说文解字·叙13辞词句。亦指文字记载 writings;record。如：文几（旧时书信中开头常用的套语。意为将书信呈献于几前）；文倒（文句颠倒）；文过其实（文辞浮夸，不切实际）；文义（文辞）；文辞（言词动听的辞令）；文绣（辞藻华丽）。14自然界的某些现象 natural phenomenon经纬天地曰文。左传·昭公二十八年15又

22、如：天文；地文；水文；文象（日月星辰变化的迹象）；文曜（指日月星辰；文星）；文昌（星座名）。16文治；文事；文职。与“武”相对。 achievements in culture and education；civilian post文能取胜。史记·平原君虞卿列传文不能取胜。文武并用。唐· 魏征谏太宗十思疏精神折冲于千里，文武为宪于万邦。明袁可立晋秩兵部右侍郎诰17又如：文臣，文吏（文职官吏）；文席（教书先生的几席）；文品（文官的品阶）；文帅（文职官员出任或兼领统帅）；文烈（文治显赫）；文员（文职吏员）；文阶（文职官阶）；文道（文治之道）；文业（文事）；文僚（文职官吏）。18

23、法令条文 articles of decree而刀笔吏专深文巧诋，陷人于罪。史记·汲黯列传19又如：文劾（根据律令弹劾）；文法吏（通晓法令、执法严峻的官吏）；文丈（规矩；制度）；文移（官府文书）；文牓（布告；文告）；文宪（礼法；法制）。20文言。古代散文文体之一；别于白话的古汉语书面语 literary language。如：半文半白；文语；文白（文言文和白话文）。21文教；礼节仪式 rites则修文德。论语·季氏22又如：文丈(崇尚礼文仪节)；文俗(拘守礼法而安于习俗)；文致(指礼乐)；文貌(礼文仪节)；文绪（文教礼乐之事）；文仪(礼节仪式)23指表现形式；外表 form;appearance。如：文服(表面服从)；文榜(告示、布告之类)；文诰(诰令)24指鼓乐，泛指曲调 music;tune。如：文曲(指乐曲)；文始(舞乐名)25谥号，谥法：勤学好问叫文 study deligently何以谓之文。论语是以谓之文。26姓动1在肌肤上刺画花纹或图案 tatto (the skin)被发文身。礼记·王制。注：“谓其肌，以丹青涅之。”文绣有恒。礼记·月令2