高校橋梁工程國際主流規(guī)范教學(xué)與思考

史 俊

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）

0 引言

隨著國家對(duì)“一帶一路”理念的倡導(dǎo)以及經(jīng)濟(jì)全球化的不斷推進(jìn)，我國的土木和交通工程企業(yè)在國際工程市場的參與感越來越強(qiáng)，目前已經(jīng)占有海外工程市場的一席之地。在此背景下，熟悉世界主流橋梁設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，提高中國橋梁施工企業(yè)的國際競爭力是非常必要的。當(dāng)今世界上最權(quán)威和最可靠的兩個(gè)外國橋梁規(guī)范是AASHTO LRFD和歐洲規(guī)范。這些規(guī)范內(nèi)容全面、技術(shù)成熟，且均以結(jié)構(gòu)可靠性理論為核心。中國、美國和歐洲在材料強(qiáng)度、荷載作用、構(gòu)件計(jì)算、結(jié)構(gòu)耐久性等方面的規(guī)定存在差異[1]。理解并掌握國外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的先進(jìn)理念，有助于提高中國企業(yè)在海外市場的競爭力和中國的設(shè)計(jì)和施工能力，也可為我國公路混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂提供參考，并可將“一帶一路”中國橋梁設(shè)計(jì)、施工技術(shù)推向世界。

1 世界主流橋梁規(guī)范研究現(xiàn)狀

近年來，許多學(xué)者對(duì)中外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范之間的差異進(jìn)行了研究和探索，并取得了一定的成果。王鋒君[2]從荷載取值、分項(xiàng)系數(shù)和荷載組合等方面對(duì)中外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了比較研究，并分析了在英美橋梁規(guī)范的車輛荷載作用下根據(jù)中國規(guī)范設(shè)計(jì)橋梁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。劉昭[3]比較并解釋了中美橋梁規(guī)范中極限狀態(tài)的表達(dá)形式，指出美國橋梁規(guī)范中各種極限狀態(tài)所反映的設(shè)計(jì)思想更加清晰，校核內(nèi)容更加具體。宋世研等[4]從材料強(qiáng)度值、構(gòu)件設(shè)計(jì)方法、最大配筋率和最小配筋率、正截面承載力計(jì)算方法等方面對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件正截面的抗彎承載力進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比分析。黎述亮等[5]計(jì)算和分析了歐洲橋梁設(shè)計(jì)中的活荷載，如車輛荷載、車輛離心力、車輛制動(dòng)力、車輛牽引力、溫度荷載和風(fēng)荷載。孫賀學(xué)[6]分析了中美和歐洲橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的材料、荷載和荷載組合、極限狀態(tài)分類等方面所存在的差異。

目前關(guān)于中外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的對(duì)比研究，主要從設(shè)計(jì)理念、構(gòu)件驗(yàn)算、荷載模式及荷載組合、材料強(qiáng)度指標(biāo)、應(yīng)力、撓度、裂縫的控制及耐久性等方面進(jìn)行深入的對(duì)比和分析。目前的研究特點(diǎn)如下：（1）現(xiàn)有的中外規(guī)范差異研究中主要在材料強(qiáng)度、設(shè)計(jì)荷載、構(gòu)件驗(yàn)算等方面，沒有綜合性、系統(tǒng)性的比較。（2）現(xiàn)有的中外規(guī)范差異研究都是以簡單結(jié)構(gòu)為對(duì)象進(jìn)行的，沒有對(duì)大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，因此其研究結(jié)果的適用性、可靠性存疑。（3）現(xiàn)有的中外規(guī)范均基于可靠度理論，但現(xiàn)有的中外規(guī)范對(duì)比研究沒有從可靠度著手，難以捕捉中外設(shè)計(jì)規(guī)范的可靠度差異。

2 當(dāng)前橋梁工程規(guī)范教學(xué)中存在的問題

2.1 以國內(nèi)規(guī)范為主，缺乏國際視野

目前國內(nèi)高校在橋梁工程教學(xué)中，主要圍繞國內(nèi)的現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行教學(xué)，很少涉及國際上的主流規(guī)范的學(xué)習(xí)，一些學(xué)校如長安大學(xué)等開設(shè)了國際班，對(duì)國外規(guī)范由一定的了解。但是目前正值“一帶一路”倡議大舉實(shí)踐的背景下，現(xiàn)有的規(guī)范學(xué)習(xí)內(nèi)容難以滿足當(dāng)前的需要。根據(jù)對(duì)多家國內(nèi)在海外經(jīng)營項(xiàng)目的大型公司（如中國土木、中國港灣、中國路橋、中交一公院等）的調(diào)查結(jié)果顯示，目前我國在國際項(xiàng)目上大量缺乏既懂英語又懂專業(yè)的人才。很多大型項(xiàng)目的管理人員只懂英語，不懂專業(yè)，對(duì)國外規(guī)范更是一竅不通，導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)展困難。但正如前文所言，現(xiàn)在國外的大型項(xiàng)目基本采用AASHTO標(biāo)準(zhǔn)或者歐洲標(biāo)準(zhǔn)，只有極少項(xiàng)目的業(yè)主能夠同意采用中國標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們必須立足本國標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)國際主流標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，才能在國際項(xiàng)目上提升競爭力，立于不敗之地。

2.2 缺乏對(duì)比

由于不同國家規(guī)范采用的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)理論不同，編制規(guī)范的背景不同，經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平不同，在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)材料指標(biāo)、荷載模式和取值、構(gòu)件計(jì)算方法和控制目標(biāo)等方面均有不同，因此有必要對(duì)世界上主流規(guī)范的這些方面進(jìn)行對(duì)比分析，揭示各規(guī)范的安全可靠程度，對(duì)于我們?cè)趪H項(xiàng)目上的把握非常重要。例如我國橋梁規(guī)范中使用的主流材料強(qiáng)度低AASHTO LRFD規(guī)范，我國橋梁規(guī)范中采用均布荷載加集中力作為車道荷載方式，而AASHTO LRFD規(guī)范采用均布荷載、設(shè)計(jì)貨車、設(shè)計(jì)雙軸三種形式。經(jīng)過對(duì)比計(jì)算，我國的移動(dòng)荷載比AASHTO LRFD規(guī)范要大。因此，只有從規(guī)范的各層次進(jìn)行詳細(xì)比較學(xué)習(xí)，才能真正掌握個(gè)規(guī)范的區(qū)別和聯(lián)系，從而在具體項(xiàng)目上應(yīng)用時(shí)才能游刃有余。

2.3 國外規(guī)范使用不當(dāng)

目前，國內(nèi)的工程師在使用國外規(guī)范時(shí)，多是采用生搬硬套的方式，往往是用到哪里看到哪里，對(duì)所采用的國外規(guī)范沒有整體把握，不知道規(guī)范的編制背景、適用條件，經(jīng)常用錯(cuò)規(guī)范。例如，關(guān)于制動(dòng)力的規(guī)定，我們國家《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中規(guī)定的制動(dòng)力在特大橋上經(jīng)常難以算過，然后一些工程師就采用歐洲規(guī)范的規(guī)定，這樣就能算過，但實(shí)際上中歐規(guī)范編制背景不同、汽車荷載模式不同、車型也不同，直接生搬硬套采用歐洲規(guī)范會(huì)導(dǎo)致我們?cè)O(shè)計(jì)的橋梁的可靠度降低，可能造成不安全的后果。因此，在使用國外規(guī)范進(jìn)行國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)做可靠度校準(zhǔn)，確?？煽慷葷M足國內(nèi)規(guī)范時(shí)才可采用，否則應(yīng)做專題研究或者慎重使用。這里特別指出，對(duì)于他國規(guī)范的使用，應(yīng)特別注意使用的條件，特別是對(duì)于汽車荷載、溫度荷載這種隨區(qū)域變化的荷載，一般不能直接使用。

3 “一帶一路”背景下橋梁規(guī)范教學(xué)目標(biāo)

3.1 教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)當(dāng)前“一帶一路”倡議下我國大量國際化橋梁人才的需求，制定當(dāng)前國際主流規(guī)范教學(xué)目標(biāo)。主要以中國《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）、美國 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2020、AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications 2020及歐洲Eurocode規(guī)范的相關(guān)規(guī)定開展國際主流規(guī)范的對(duì)比學(xué)習(xí)，主要達(dá)到以下四個(gè)目標(biāo)：（1）中外主流橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行對(duì)比。（2）對(duì)中外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中的可靠度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分析中外橋梁規(guī)范目標(biāo)可靠度指標(biāo)的差異性，進(jìn)行不同極限狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)撓度、裂縫、抗彎、抗剪等性能指標(biāo)的可靠度分析。（3）對(duì)中外橋梁規(guī)范的設(shè)計(jì)基本要求、構(gòu)造要求和極限狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合可靠度理論建立綜合中外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的評(píng)價(jià)體系。（4）以一個(gè)具體項(xiàng)目的大型橋梁為工程實(shí)例，對(duì)中外混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范與評(píng)價(jià)體系進(jìn)行綜合評(píng)述。

當(dāng)然，關(guān)于國內(nèi)外主流的橋梁設(shè)計(jì)、施工規(guī)范的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該是靈活的，不局限于上述4個(gè)方面，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的具體情況靈活安排，并可根據(jù)從事國際項(xiàng)目的單位的需求靈活定制。比如單位主要從事的項(xiàng)目都是要求采用美標(biāo)設(shè)計(jì)的，那就沒必要去研究歐洲規(guī)范，而應(yīng)把主要精力放在中、美規(guī)范的對(duì)比學(xué)習(xí)中。

3.2 示例分析

通過以上四方面的對(duì)比學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生對(duì)中外規(guī)范有了整體把握，對(duì)學(xué)習(xí)規(guī)范大有裨益。例如在學(xué)習(xí)地震動(dòng)水作用時(shí)，可從以下方面進(jìn)行學(xué)習(xí)：一是尋找國內(nèi)外規(guī)范中具有地震動(dòng)水作用計(jì)算相關(guān)規(guī)定的規(guī)范，比如中國《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111-2006）第7.2.7條，給出了等截面圓形橋墩的分布動(dòng)水壓力及附加質(zhì)量的計(jì)算方法，并且直接給出了總附加彎矩和剪力的計(jì)算公式；中國《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TB02-01-2008）第5.5.3條給出了 E1地震作用下橋墩地震動(dòng)水壓力的合力計(jì)算公式，該規(guī)范是在對(duì)多國動(dòng)水壓力公式和參數(shù)研究討論后，參考日本規(guī)范動(dòng)水壓力計(jì)算方法進(jìn)行了修訂，該公式適用于圓形和矩形截面橋墩；中國《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ166-2011）中關(guān)于動(dòng)水壓力的計(jì)算公式與我國公路抗震設(shè)計(jì)細(xì)則相同；Eurocode 8基于結(jié)構(gòu)截面尺寸的比值，給出了不同截面形式的橋墩單位高度的動(dòng)水附加質(zhì)量計(jì)算方式，其動(dòng)水附加質(zhì)量為墩體所排開的水體質(zhì)量。二是對(duì)各規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析，比較可知：中國鐵路規(guī)范、日本規(guī)范及歐洲規(guī)范都是采用附加質(zhì)量的方法考慮地震動(dòng)水作用，但各自具體考慮的方法又有不同。綜合對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，目前規(guī)范中關(guān)于地震動(dòng)水作用的計(jì)算有以下局限性：

（1）現(xiàn)行規(guī)范中關(guān)于地震動(dòng)水作用的計(jì)算方法適用的橋梁跨徑范圍十分有限。我國現(xiàn)行《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》適用于跨徑不超過120m的普通混凝土橋或預(yù)應(yīng)力混凝土橋及跨徑不超過150m的鋼橋；《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》適用于跨度小于150m的橋梁。

（2）現(xiàn)行規(guī)范適用的橋梁下部結(jié)構(gòu)截面形式單一。相關(guān)規(guī)范只對(duì)圓形、圓端形和矩形等常規(guī)、簡單截面，而實(shí)際工程情況中深水橋梁大都具有高墩、大跨的特點(diǎn)，橋墩常采用不規(guī)則的空心截面，此時(shí)規(guī)范規(guī)定的動(dòng)水壓力計(jì)算結(jié)果或?qū)⒉豢捎谩?/p>

（3）不同規(guī)范動(dòng)水效應(yīng)計(jì)算結(jié)果差異較大。例如我國抗震設(shè)計(jì)細(xì)則和日本規(guī)范計(jì)算結(jié)果比較接近，但抗震設(shè)計(jì)細(xì)則的計(jì)算結(jié)果和歐洲規(guī)范差異較大。

通過以上的對(duì)比學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生全方位地對(duì)目前世界上各國規(guī)范對(duì)于動(dòng)水作用的考慮情況，可以明確各國規(guī)范存在的問題和不足，對(duì)于進(jìn)一步研究和規(guī)范選用有很大的幫助?？偠灾?，國內(nèi)外主流規(guī)范的教學(xué)按五步走的方式進(jìn)行：第一步，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以是某個(gè)模塊比如基本規(guī)定模塊、極限狀態(tài)模塊、荷載及其組合模塊、構(gòu)件抗彎計(jì)算模塊等等，也可以是某個(gè)具體的點(diǎn)，比如風(fēng)荷載、移動(dòng)荷載模式、溫度梯度模式、收縮徐變模型等等；第二步，尋找國內(nèi)相關(guān)規(guī)范，但凡對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)有相關(guān)規(guī)定的規(guī)范都應(yīng)將相關(guān)的條紋羅列下來；第三步，尋找相關(guān)國外規(guī)范，但凡對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)有規(guī)定的國外規(guī)范都盡可能找到，并將其相應(yīng)的規(guī)范條紋羅列下來；第四步，國內(nèi)、國外規(guī)范對(duì)應(yīng)比較，此時(shí)應(yīng)根據(jù)具體學(xué)習(xí)目標(biāo)得特征，選擇合適的對(duì)比指標(biāo)，例如對(duì)于前述的風(fēng)荷載，可以比較風(fēng)荷載的重現(xiàn)期水平、風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)、風(fēng)荷載的組合方法等等。比較指標(biāo)確定后，可列表或者繪制比較圖形進(jìn)行分析，應(yīng)將相應(yīng)規(guī)范的比較指標(biāo)填入比較表格或者圖形，采用定量、定性相結(jié)合的方法進(jìn)行比較；比較之后應(yīng)能得出相應(yīng)的有效結(jié)論，比如哪個(gè)規(guī)范可靠度指標(biāo)更大、哪個(gè)規(guī)范更安全、哪個(gè)最不安全、哪個(gè)規(guī)范的規(guī)定最合理、哪個(gè)還需要改進(jìn)、哪個(gè)規(guī)范值得國內(nèi)規(guī)范借鑒、對(duì)國內(nèi)規(guī)范修訂有哪些建議等等；第五步，在上述學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，逐步建立對(duì)規(guī)范的評(píng)價(jià)體系[7-8]。如此，可以說對(duì)規(guī)范的學(xué)習(xí)就達(dá)到了最佳效果。

4 “一帶一路”背景下橋梁規(guī)范教學(xué)實(shí)施策略

4.1 引入國內(nèi)外知名專家講座

知己知彼，百戰(zhàn)不殆。學(xué)習(xí)國外規(guī)范，離不開和國外專家的溝通交流，畢竟國外的專家對(duì)本國的規(guī)范更為熟悉。首先制定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃，然后分批引入國外知名專家進(jìn)行國外相關(guān)主流規(guī)范的講解，使學(xué)生對(duì)國外規(guī)范有個(gè)總體的了解。還可以舉辦國外規(guī)范學(xué)習(xí)競賽，讓大家分享自己的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)國外規(guī)范的學(xué)習(xí)興趣并強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

4.2 校企合作，融入國際項(xiàng)目

當(dāng)前，我國很多大型土建公司已深耕國外大型項(xiàng)目，學(xué)校和教師可以邀請(qǐng)這些單位的知名專家進(jìn)行宣講，以幫助同學(xué)們進(jìn)行國外規(guī)范的學(xué)習(xí)；教師也可以帶領(lǐng)學(xué)生參與這些單位的國外項(xiàng)目，全程跟蹤學(xué)習(xí)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，能達(dá)到更好的效果。此外，學(xué)?？梢院烷L期進(jìn)行大型海外項(xiàng)目建設(shè)的企業(yè)簽訂合作協(xié)議，并根據(jù)需求定制本校的國際主流橋梁建設(shè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)方案。

4.3 分解目標(biāo)，逐個(gè)擊破

由于目前國際上的主流規(guī)范包括美國規(guī)范和歐洲規(guī)范體系龐大，內(nèi)容繁多，學(xué)習(xí)起來比較吃力。加上一些學(xué)生有語言障礙，很難快速實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，需要對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分解，然后根據(jù)情況循序漸進(jìn)，逐個(gè)擊破。目標(biāo)分解應(yīng)注重邏輯層次，也應(yīng)注意模塊化，注意由簡入深、全局到局部、從整體到細(xì)節(jié)的教學(xué)模式。首先，突破語言障礙。應(yīng)該對(duì)橋梁工程專業(yè)相關(guān)的專業(yè)術(shù)語進(jìn)行專門的整理，組織學(xué)生對(duì)這些專業(yè)英語進(jìn)行專門學(xué)習(xí)，以減小英文規(guī)范的學(xué)習(xí)難度。其次，制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，比如從規(guī)范的設(shè)計(jì)理念、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、設(shè)計(jì)材料指標(biāo)、荷載及其組合、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及構(gòu)件驗(yàn)算方法等分模塊學(xué)習(xí)，逐個(gè)擊破。最后，把各個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)連為整體，進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和理解。從以上三步走教學(xué)模式，學(xué)生就可以對(duì)國內(nèi)外的橋梁主流規(guī)范有了較深入的了解。

5 結(jié)語

“一帶一路”倡議下，給廣大的橋梁工程師帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，高效和教師應(yīng)該緊緊抓住整個(gè)契機(jī)，培養(yǎng)一批適應(yīng)國際化需求的人才。熟悉世界主流橋梁設(shè)計(jì)、施工規(guī)范是挺近國際橋梁建設(shè)市場的強(qiáng)大武器。教師可采用語言突破、模塊突破、整體突破三步走教學(xué)模式，從縱向、橫向多維進(jìn)行對(duì)比實(shí)現(xiàn)對(duì)國內(nèi)外橋梁規(guī)范的學(xué)習(xí)。