混凝土橋梁全壽命的設(shè)計(jì)方法

梁巍，卓衛(wèi)東

（1.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州350108；

2.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州350007）

我國(guó)橋梁在數(shù)量上已超越美國(guó)，成為世界上橋梁數(shù)目最多的國(guó)家，橋梁建設(shè)的水平歩入了世界前列.但與此形成強(qiáng)烈反差的是，許多橋梁在建成后幾年內(nèi)就出現(xiàn)了鋼筋銹蝕、混凝土開(kāi)裂等現(xiàn)象.一些橋梁使用僅十多年就需要進(jìn)行大修和加固，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其預(yù)期壽命，同樣的情況也曾經(jīng)出現(xiàn)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家.嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)使得國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始反思傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)方法中只注重成橋狀態(tài)，而忽視使用階段；只注重強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而忽視耐久性問(wèn)題；只注重初始投資，而忽視后期巨大維護(hù)費(fèi)用的弊端.由此提出了橋梁全壽命設(shè)計(jì)的理論與方法.鑒于此，本文在理清橋梁全壽命設(shè)計(jì)的基本思路和分析流程的基礎(chǔ)上，分析其中各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)現(xiàn)有的研究成果和存在的不足，提出相應(yīng)可能的解決方法.

1 橋梁全壽命設(shè)計(jì)的分析流程

國(guó)內(nèi)針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)較具代表性的觀點(diǎn)有以下兩種.

1）邵旭東等［1］基于壽命周期成本，以橋梁構(gòu)件性能預(yù)測(cè)模型為基礎(chǔ)，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立橋梁全壽命設(shè)計(jì)方法基本框架及分析流程.但其中沒(méi)有明確橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命，計(jì)算準(zhǔn)確性取決于性能預(yù)測(cè)模型的精度，并且更側(cè)重對(duì)方案本身的優(yōu)化.分析過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算求解工作量大，不易于對(duì)不同橋型方案進(jìn)行比選，而更適于特殊惡劣環(huán)境條件下的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及橋梁長(zhǎng)壽命周期的設(shè)計(jì).

2）陳艾榮等［2］通過(guò)給定橋梁的整體使用壽命，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分級(jí)，提出全壽命設(shè)計(jì)方法、基本框架及分析流程.從橋梁設(shè)計(jì)的3個(gè)階段和6個(gè)過(guò)程來(lái)理解全壽命設(shè)計(jì)的含義，側(cè)重于從宏觀概念、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造措施來(lái)保證橋梁的性能.采用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的方式，其計(jì)算準(zhǔn)確性較為依賴設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，更適合于方案比選以及常規(guī)橋梁設(shè)計(jì).

圖1 橋梁全壽命設(shè)計(jì)分析流程Fig.1 Analysis process of design method of bridge life cycle

綜合以上兩種理論以及其他學(xué)者的相關(guān)成果，并結(jié)合橋梁的具體設(shè)計(jì)過(guò)程，可以得出橋梁全壽命設(shè)計(jì)的分析流程，如圖1所示.

應(yīng)當(dāng)明確的是，橋梁全壽命設(shè)計(jì)方法并不排斥依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行的常規(guī)設(shè)計(jì)，而是針對(duì)其不足之處予以完善.對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)而言，當(dāng)前各國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范大多形成了以承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)來(lái)控制結(jié)構(gòu)性能的基本理論.

2 橋梁設(shè)計(jì)使用壽命

2.1 現(xiàn)有的規(guī)范

由于對(duì)橋梁長(zhǎng)期性能退化規(guī)律缺乏認(rèn)識(shí)，以往的設(shè)計(jì)并不注重其設(shè)計(jì)使用壽命.目前，我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命尚無(wú)明確的規(guī)定，僅在GB／T 50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了“城市快速路和主干道上的橋梁以及其他道路上的大型橋梁、隧道、重要的市政設(shè)施等設(shè)計(jì)使用年限不低于100年，城市次干道和一般道路上的中小型橋梁，一般市政設(shè)施不低于50年”.這一規(guī)定過(guò)于籠統(tǒng)，沒(méi)有針對(duì)橋梁所處的自然環(huán)境條件和具體的功能要求進(jìn)行細(xì)分，因而無(wú)法滿足全壽命設(shè)計(jì)的要求.

2.2 使用壽命的分類

Somerville［3］從使用壽命終結(jié)準(zhǔn)則出發(fā)，將使用壽命劃分成3類：1）技術(shù)性使用壽命；2）功能性使用壽命；3）經(jīng)濟(jì)性使用壽命.對(duì)橋梁的功能性使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)比較困難，因?yàn)橥ǔ?huì)涉及到社會(huì)的發(fā)展和地區(qū)的規(guī)劃.金小川等［4］從橋梁經(jīng)濟(jì)、社會(huì)變遷速度、車輛通行量、建筑材料等各方面論證了橋梁應(yīng)縮短設(shè)計(jì)使用年限，但沒(méi)有給出具體可行的操作方式.對(duì)技術(shù)性使用壽命一般可以通過(guò)分析橋梁所處環(huán)境來(lái)預(yù)測(cè)和定義其性能退化模型［5-6］，而對(duì)經(jīng)濟(jì)性使用壽命必須在技術(shù)性使用壽命的基礎(chǔ)上，結(jié)合成本-效益分析方法進(jìn)行確定的相關(guān)研究較為少見(jiàn).

2.3 簡(jiǎn)化確定方法

橋梁設(shè)計(jì)使用壽命的確定應(yīng)在充分考慮以上3種使用壽命的相互影響基礎(chǔ)上，根據(jù)重要程度、結(jié)構(gòu)及材料本身的性能、周邊的環(huán)境狀況、現(xiàn)有的技術(shù)水平等因素，并綜合考慮現(xiàn)有同類型橋梁整體及構(gòu)件使用壽命規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行確定.陳艾榮等［7］分析了多個(gè)國(guó)家橋梁實(shí)際使用壽命的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將橋梁構(gòu)件按其使用壽命特征劃分成4類，給出了常規(guī)橋梁整體和構(gòu)件的基礎(chǔ)使用壽命建議值，在此基礎(chǔ)上提出了考慮修正因素的橋梁典型構(gòu)件使用壽命為

式（1）中：LS為橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件使用壽命建議值；LS0為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用壽命建議值；C1為氣候影響系數(shù)；C2為橋位小環(huán)境系數(shù)；C3為養(yǎng)護(hù)系數(shù).這一公式大大簡(jiǎn)化了橋梁設(shè)計(jì)使用壽命的設(shè)計(jì)過(guò)程，但對(duì)于所處環(huán)境復(fù)雜、性能退化嚴(yán)重的橋梁，仍需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì).并且由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)限性和技術(shù)進(jìn)步的可能性，其基礎(chǔ)使用壽命建議值應(yīng)及時(shí)更新.

3 橋梁耐久性設(shè)計(jì)

隨著對(duì)橋梁性能退化規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深入，人們已逐漸開(kāi)始意識(shí)到進(jìn)行專門(mén)的耐久性設(shè)計(jì)的必要性.李毓龍等［7-8］分析了國(guó)內(nèi)外有關(guān)混凝土橋梁的相關(guān)規(guī)范，認(rèn)為各國(guó)規(guī)范都基本認(rèn)同需根據(jù)特定環(huán)境來(lái)進(jìn)行混凝土橋梁的耐久性設(shè)計(jì)，但在使用壽命、環(huán)境作用劃分思路及細(xì)致程度分類、材料要求、防腐措施等方面的規(guī)定有較大的差別，且現(xiàn)有規(guī)范仍以原則規(guī)定和定性要求居多，定量計(jì)算和理論模型偏少.因此，應(yīng)考慮從耐久性設(shè)計(jì)基本方法入手，解決混凝土耐久性的問(wèn)題.

現(xiàn)有對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法的研究主要基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)可靠度［9-10］，該方法將結(jié)構(gòu)耐久性失效的功能函數(shù)表示為

利用結(jié)構(gòu)性能退化模型直接計(jì)算不同時(shí)刻t的抗力效應(yīng)R（t）與荷載效應(yīng)S（t），用蒙特卡羅法求解對(duì)應(yīng)時(shí)刻功能函數(shù)Z（t）的可靠度.這種方法形式簡(jiǎn)單、意義明確，且與我國(guó)現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中所采用的極限狀態(tài)法保持一致，易為技術(shù)人員所接受與掌握，也是當(dāng)今耐久性設(shè)計(jì)方法發(fā)展的趨勢(shì)，但該方法的實(shí)現(xiàn)還有待于完善結(jié)構(gòu)性能退化模型和耐久性評(píng)價(jià)體系兩個(gè)方面的研究.

3.1 結(jié)構(gòu)性能退化模型

我國(guó)當(dāng)前橋梁建設(shè)以混凝土橋梁為主，現(xiàn)階段混凝土橋梁性能退化研究取得的成果主要可分為材料和構(gòu)件兩個(gè)層次.材料層次的研究主要是考慮環(huán)境作用引起的混凝土性能退化，集中于混凝土碳化、氯離子侵蝕、凍融、鋼筋銹蝕等幾個(gè)方面［11-13］；構(gòu)件層次的研究主要是應(yīng)用材料層次研究的結(jié)果，分析構(gòu)件在荷載作用和環(huán)境的共同影響下結(jié)構(gòu)抗力的時(shí)變性，包括由于截面面積損失、鋼筋銹蝕、鋼筋與混凝土黏結(jié)性能降低等因素而導(dǎo)致的構(gòu)件受力性能變化［14-17］.

總的來(lái)說(shuō)，材料層次的研究目前已經(jīng)取得了較為豐富的結(jié)果，但仍然以單一環(huán)境作用下的為主，多機(jī)理共同作用下的混凝土劣化性能，相關(guān)研究仍不成熟，缺乏可供實(shí)際分析的定量模型［18-20］.構(gòu)件層次的研究主要集中于鋼筋混凝土構(gòu)件，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)中常用的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的相關(guān)報(bào)道較少，而且現(xiàn)有的研究大多限于其中的某一階段，還需建立起“外部環(huán)境作用分析-混凝土性能退化／鋼筋銹蝕-混凝土發(fā)生開(kāi)裂-鋼筋銹蝕急劇發(fā)展-混凝土裂縫寬度變大-構(gòu)件承載能力降低”全過(guò)程分析的概念.

3.2 耐久性評(píng)價(jià)體系

耐久性評(píng)價(jià)體系的建立包含兩個(gè)層次，一是耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)的問(wèn)題；二是耐久性評(píng)估方法的問(wèn)題.

3.2.1 耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo) 采用哪些指標(biāo)來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的耐久性，目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范僅僅是將使用環(huán)境進(jìn)行粗略的分級(jí)后，以混凝土保護(hù)層厚度、水灰比、水泥用量、含氣量和水泥種類等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)作為評(píng)定的依據(jù).但實(shí)際上，這些指標(biāo)并不能完全表征結(jié)構(gòu)耐久性的狀況，也無(wú)法反映耐久性能的動(dòng)態(tài)變化特征，并且不同的學(xué)者在研究過(guò)程往往也是從各自需要的角度出發(fā)，采用不同的指標(biāo)如鋼筋銹蝕量、裂縫寬度、使用壽命等來(lái)表示結(jié)構(gòu)的耐久性能［13，18，21］.

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的缺失使得人們?nèi)狈y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的耐久性能，一些學(xué)者就這一問(wèn)題從不同的角度進(jìn)行了探討.王玉倩等［22］通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外混凝土橋梁耐久性規(guī)范的調(diào)研，對(duì)耐久性指標(biāo)進(jìn)行了分類，提出了涵蓋環(huán)境、材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)4個(gè)層次，考慮設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)3個(gè)階段的混凝土橋梁耐久性指標(biāo)體系，但沒(méi)有給出各指標(biāo)的限值.鐘小平等［23］采用基于性能的設(shè)計(jì)理論，將結(jié)構(gòu)的耐久性按其重要性劃分3個(gè)等級(jí)，并建議以目標(biāo)可靠性指標(biāo)、有害介質(zhì)擴(kuò)散深度、鋼筋銹蝕率及銹脹裂縫寬度來(lái)作為耐久性能的控制指標(biāo)，僅給出了可靠性指標(biāo)的建議取值，對(duì)其他幾種指標(biāo)沒(méi)有深入研究.高宇等［24］以適修性或耐久性能轉(zhuǎn)折點(diǎn)為界，提出了耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合考慮了各項(xiàng)耐久性影響因素，并結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，建立了梁橋與拱橋在碳化、凍融、氯離子侵蝕3種環(huán)境下的耐久性指標(biāo)體系.

3.2.2 耐久性評(píng)估方法 目前，相關(guān)研究多以單一某項(xiàng)耐久性指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)其限值來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)，但實(shí)際上這并不能完全真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的耐久性能，如鋼筋混凝土梁發(fā)生性能退化時(shí)，其各項(xiàng)耐久性指標(biāo)可能并沒(méi)有達(dá)到或超過(guò)其限值，由于材料截面面積削弱、強(qiáng)度指標(biāo)降低等綜合因素影響，其承載能力小于外部荷載而發(fā)生失效.因此，除了單一指標(biāo)限值外，還應(yīng)該發(fā)展多指標(biāo)綜合評(píng)定方法.高宇等［24］通過(guò)研究鋼筋銹蝕、混凝土開(kāi)裂、剝落等耐久性指標(biāo)與構(gòu)件承載力之間的關(guān)系，提出了一種以承載力下降相對(duì)量值為指標(biāo)的綜合指標(biāo)評(píng)定法，為該問(wèn)題提供了一種解決方法.

4 優(yōu)化與維護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)橋梁壽命期內(nèi)耐久性無(wú)法滿足要求時(shí)，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)或維護(hù)設(shè)計(jì)提高其初始性能或改變其性能退化過(guò)程，以保證結(jié)構(gòu)符合要求.

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)橋梁的耐久性能不足時(shí)，可考慮進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即通過(guò)改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量，以期用較小的初始建造成本來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耐久性，從而防止橋梁在后期出現(xiàn)過(guò)大的養(yǎng)護(hù)、維護(hù)甚至是加固的費(fèi)用.禹智濤等［25］介紹了基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，討論了其優(yōu)化模型，綜述了該研究方向的發(fā)展動(dòng)態(tài).彭建新［26］采用截面高度、保護(hù)層厚度、配筋率為設(shè)計(jì)變量，以滿足橋梁服務(wù)水平為前提，以總成本最低為原則，通過(guò)計(jì)算可靠度對(duì)預(yù)應(yīng)力空心板梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)做了示例.

4.2 維護(hù)設(shè)計(jì)

全壽命設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的方面，即把運(yùn)營(yíng)階段的維護(hù)養(yǎng)護(hù)納入整個(gè)設(shè)計(jì)體系中.橋梁維護(hù)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程為：選取作為判斷橋梁性能依據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，選定適當(dāng)?shù)臉蛄盒阅芰踊Ｐ停x擇維護(hù)方式，判斷維護(hù)發(fā)生的時(shí)間，進(jìn)行維護(hù)組合優(yōu)化.

4.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)與劣化模型 由于對(duì)結(jié)構(gòu)性能退化的理論研究尚不十分成熟，因此，目前并沒(méi)有直接采用耐久性設(shè)計(jì)中所建立的橋梁性能退化模型進(jìn)行維護(hù)設(shè)計(jì)，更多的是依靠大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)所處環(huán)境相似的橋梁建立基于可靠指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo)的劣化模型，進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì).Frangopol等［27］利用效果疊加法，將結(jié)構(gòu)在維護(hù)條件下的指標(biāo)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和線性化處理，定義了含有8個(gè)隨機(jī)變量的隨機(jī)模型，并成為目前普遍采用的模式.曹明蘭［28］在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)工程實(shí)際，探討了兩段線性劣化模型的參數(shù)取值問(wèn)題，并發(fā)展了多段線性劣化模型的指標(biāo)計(jì)算公式.

但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，維護(hù)設(shè)計(jì)與耐久性設(shè)計(jì)中所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)與劣化模型應(yīng)該相互統(tǒng)一，應(yīng)當(dāng)將目前對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)方面取得的耐久性研究成果應(yīng)用于維護(hù)設(shè)計(jì)，使得當(dāng)前基于統(tǒng)計(jì)分析的劣化模型與耐久性設(shè)計(jì)建立的性能退化模型能夠相互驗(yàn)證，提高預(yù)測(cè)模型的精度.

4.2.2 維護(hù)方式的選擇及組合 橋梁維護(hù)設(shè)計(jì)研究過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題是選定具體的維護(hù)方式，以及確定各種維護(hù)活動(dòng)發(fā)生的時(shí)間.一種方法可采用我國(guó)現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，根據(jù)橋梁總體或構(gòu)件的檢查評(píng)定結(jié)果將其技術(shù)狀況等級(jí)分為5類：1類橋梁采用正常保養(yǎng)；2類橋梁采用小修；3類橋梁進(jìn)行中修；4類橋梁進(jìn)行大修或改造；5類橋梁進(jìn)行改建或重建，但該方法側(cè)重從橋梁的外觀判斷其破壞狀態(tài)，無(wú)法充分反映結(jié)構(gòu)的性能退化規(guī)律.另一種即以結(jié)構(gòu)可靠度達(dá)到其對(duì)應(yīng)的臨界狀態(tài)為準(zhǔn)，也代表著今后研究的方向，但目前的成果主要是橋梁構(gòu)件層次［28-31］，而對(duì)于橋梁總體層次（即基于系統(tǒng)可靠度）的研究較為少見(jiàn).

維護(hù)過(guò)程中通常采用多種方式維持或改善橋梁使用過(guò)程中的性能，因此可能產(chǎn)生多種組合形式，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行折優(yōu)選擇，即優(yōu)化組合方式.優(yōu)化的基本目標(biāo)一般可采用以下4項(xiàng)：橋梁使用壽命、可靠度指標(biāo)、狀況指標(biāo)和維修成本，據(jù)此又可分為單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化.多目標(biāo)優(yōu)化［32］是今后發(fā)展的趨勢(shì)，一般可以采用多目標(biāo)加權(quán)法、ε約束法、目標(biāo)規(guī)劃法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、遺傳算法等計(jì)算.曹明蘭［28］詳細(xì)分析了單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化的常見(jiàn)類型，并采用目標(biāo)規(guī)劃法建立了后者的分析模型.彭建新［26］以維護(hù)成本最小、可靠指標(biāo)最大化和狀態(tài)指標(biāo)最大化為目標(biāo)，利用粒子群算法對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行了多目標(biāo)維護(hù)優(yōu)化組合計(jì)算.

5 全壽命成本分析

5.1 周期成本的組成

橋梁壽命周期成本可定義為在橋梁規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)、維修、加固以及拆除時(shí)的過(guò)程中承擔(dān)者支付的一切費(fèi)用，但其具體的組成隨承擔(dān)者的類型和目標(biāo)不同而有所區(qū)別.王玉倩等［33］分析了基于國(guó)家立場(chǎng)和基于企業(yè)立場(chǎng)壽命周期成本構(gòu)成的不同，但沒(méi)有進(jìn)一步提出基于企業(yè)立場(chǎng)的成本組成計(jì)算公式，現(xiàn)有的研究主要仍然是基于國(guó)家立場(chǎng).邵旭東等［1］由此將壽命周期成本劃分為管理單位成本、用戶成本和社會(huì)成本組成.其中管理單位成本包括初始造價(jià)、將來(lái)改造和維護(hù)成本、周期養(yǎng)護(hù)成本、日常管理成本、設(shè)計(jì)成本以及荷載試驗(yàn)成本等；用戶成本包括汽車運(yùn)行成本、交通耽擱成本和其他，社會(huì)成本包括事故成本、環(huán)境影響成本以及其他，國(guó)內(nèi)外其他學(xué)者的分類方法基本與此類似.

5.2 各項(xiàng)成本的確定方式

初始造價(jià)可根據(jù)橋梁的《公路基本建設(shè)工程概算、預(yù)算編制辦法》進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)成本、荷載試驗(yàn)成本、日常管理成本一般可視為初始造價(jià)的百分比；周期養(yǎng)護(hù)成本可結(jié)合《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》以及各地區(qū)有關(guān)部門(mén)制定的《公路養(yǎng)護(hù)工程預(yù)算編制辦法》進(jìn)行計(jì)算.改造和維護(hù)成本中橋梁主體構(gòu)件必須根據(jù)橋梁維護(hù)設(shè)計(jì)中所確定的維護(hù)組合方式，以及維護(hù)發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，附屬構(gòu)件可通過(guò)陳艾榮等［4］提出的橋梁典型構(gòu)件使用壽命計(jì)算公式，大致確定出橋梁壽命期改造和維護(hù)發(fā)生的時(shí)間和次數(shù)，使計(jì)算過(guò)程得到一定程度的簡(jiǎn)化.用戶成本中汽車運(yùn)行成本、交通耽擱成本與橋梁結(jié)構(gòu)所處的路線、橋梁位置、交通狀況、橋梁結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)以及環(huán)境等因素相關(guān)，比較復(fù)雜，現(xiàn)有的分析過(guò)程中大多是采用交通仿真軟件來(lái)確定.社會(huì)成本中的事故成本目前仍然沒(méi)有統(tǒng)一的考量方式，王玉倩等［33］將事故成本量化為人的剩余生命價(jià)值和賠償金，并根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出了兩者的計(jì)算方式，提供了一種較好的解決思路.社會(huì)成本中關(guān)于環(huán)境成本的計(jì)算方法亦少見(jiàn)報(bào)道，大多數(shù)研究是利用生命周期評(píng)價(jià)理論［34］，從資源耗竭、能源耗竭、人類健康受損和生態(tài)破壞等宏觀層面來(lái)考慮其環(huán)境影響，最終量化的指標(biāo)中也沒(méi)有體現(xiàn)橋梁的經(jīng)濟(jì)屬性.因此，在實(shí)踐中仍然無(wú)法廣泛運(yùn)用.劉沐宇等［35］利用生命周期評(píng)價(jià)和生命周期成本分析理論.初步建立了橋梁環(huán)境影響成本分析模型，但其成本類型以及壽命階段的劃分方式和現(xiàn)有橋梁壽命周期成本理論并不相同，如何將兩者相互結(jié)合并統(tǒng)一有待進(jìn)一步研究.

5.3 折現(xiàn)率的選擇

全壽命成本計(jì)算準(zhǔn)確度受折現(xiàn)率的影響很大，通常的做法是采用社會(huì)折現(xiàn)率.但這對(duì)于永久性工程或者受益期超長(zhǎng)的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)并不一定合適，造成壽命周期過(guò)程中越晚發(fā)生的成本越低，甚至趨近于零，因此，可能低估了發(fā)生在壽命周期使用階段的各項(xiàng)成本.目前，較好的一種方式是采用分段折現(xiàn)率的方式來(lái)減小誤差，如胡江碧等［36］分析了折現(xiàn)率與社會(huì)折現(xiàn)率和物價(jià)波動(dòng)水平3者之間的關(guān)系，認(rèn)為我國(guó)橋梁全壽命周期內(nèi)，成本應(yīng)符合分階段遞減的規(guī)律，并建議前60a取2%，后60a取3%.

6 研究展望

橋梁全壽命設(shè)計(jì)方法是橋梁工程設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì)，其意義重大，長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益明顯.目前的研究已經(jīng)在各個(gè)環(huán)節(jié)取得了較為豐富的成果，然而真正實(shí)施并非易事，仍需要有大量的基礎(chǔ)工作和可靠的依據(jù).

今后的研究應(yīng)著重關(guān)注以下方面：1）加強(qiáng)橋梁在復(fù)雜環(huán)境下性能劣化模型的研究，建立多重機(jī)理影響下的性能退化定量公式；2）統(tǒng)一構(gòu)件耐久性退化模型，或建立退化模型選擇的標(biāo)準(zhǔn)；3）折現(xiàn)率指標(biāo)的進(jìn)一步研究；4）橋梁營(yíng)運(yùn)期成本基本參數(shù)的統(tǒng)計(jì)收集和整理工作，建立并完善營(yíng)運(yùn)期基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)；5）進(jìn)一步研究和評(píng)估維護(hù)措施對(duì)橋梁性能變化規(guī)律的影響.

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