科学提升桥梁的生命力

行业非常关注桥梁安全，桥梁的健康程度、维护和运营等，这些都是现在面临的重要问题。桥梁维护、运营和监管顺利实施，才能保证桥梁管理行之有效。

目前，美国有60多万座桥梁、300多座隧道，数量比中国少，但是总里程两国非常接近。美国桥梁一般平均寿命是45年，其中大部分桥梁是在二战之后建设的，多数桥梁已经接近所谓的50年设计寿命。

现在面临的问题，不仅是基础设施陈旧，还有不断膨胀的需求，有些地区的车流量成倍增长，甚至是翻了三倍。设施陈旧和车流量增加，是人们最关注的两个问题。

重视影响桥梁“生命力”的危险因素

首先，要延长桥梁的服役周期。如果设计年限是50年，在50年之后是否需要摧毁？答案是否定的。我们要把桥梁的服务周期尽可能延长。其次，怎样了解桥梁的状况。如果能对桥梁的情况进行全面的评估，这座桥梁是不是能再服役50年？这需要我们做一些事情，再定义桥梁的确切情况。

桥梁设计存在什么问题？工程师发现设计与使用有不一致的地方。桥梁在设计的时候，设计使用年限很长。但是，如果出现了自然灾害，那么可能会大大缩减它的使用期限，有一些桥梁本来可以用200年，而经历灾害后只能使用50年。在设计桥梁的过程中，必须考虑到自然灾害的因素。

调查显示，在20世纪80年代到2015年前后，美国共有1000多座桥梁出现问题，地震并不是主要的问题，地震导致的桥梁问题仅占总数的2%，大部分的原因是洪水。所以，在设计桥梁时，必须考虑到自然灾害。日本的桥梁设计都要考虑到一些极端的灾害。工程师们需要考虑到各种极端的事件，现在可以使用一些指数，并遵循相关的原则，确保桥梁的可靠性。

如果工程师们了解超载量，并将其与其他因素考虑在一起，比如在每天同样的时间段内桥梁的承载力是多少，这些信息可以帮助工程师更好地设计桥梁。从过去十年所做的工作中，我们可以总结出同一座大桥上经常出现的和不经常出现的一些负载情况，并从中得知是什么原因造成了桥梁受损。我们发现有一些情况经常出现，比如车辆超载造成桥梁的破坏。工程师们确实要考虑自然灾害的预防、超载和其他的可能性因素。根据各种因素的组合得到一个公式，通过这个公式把这几个看似不相关的变量联系起来，得到新的可靠性数字，或称可靠性指数。

赋予桥梁灾难中的“生命力”

工程师在设计桥梁、推出标准时，要把多种灾害及其他的因素综合起来考虑，或者找到这几种因素之间的一致性。如2011年发生了一场地震，地震发生的时间非常短，只有30秒左右，但在这30秒后桥梁已经塌掉了，特别是跨径比较短的桥梁更是如此。长跨径的桥梁可能不会迅速坍塌，但是短跨径桥梁将迅速坍塌。

许多桥梁的设计使用周期大概是250年左右，而50年或60年以后，它可能已经遭受到了比较大的自然灾害，甚至遭受到了比较大的灾难性影响。所以，在设计的时候考虑到这些因素，是基于功能设计的要求，应该要考虑到一般性和极端性的承载量。

我们把限制性变量和其他功能性变量联系起来，做出防地震的策略考虑，这是风险管控之一。但是这个问题做起来很难，因为地震本身是非常不确定的，不知道什么时候会发生，存在一定的风险。但是，在设计的时候确实要考虑，比如说百年一遇的地震的可能性。在过去，美国在桥梁预防地震设计上，已经花费了将近400亿美元的预算，这种研究确实耗资巨大，因为考虑到一些即便是发生几率极低的灾害事件，也要迅速地恢复过来，这属于地震恢复力的范畴。

恢复力很难定义，在设计的时候无法评估出最大的风险，所以不能就此根据风险的大小来给出恢复力的大小。在2001年美国世贸大厦被袭击之后，人们会问以后在设计大楼的时候，要不要考虑这种被袭击的风险？这确实是一个问题。因为袭击是一个非常低概率的事件，但是却发生了。所以，对于桥梁也是一样的，至少考虑到这个问题的可能性，比如80年、90年以后，桥梁可能出现其他的风险，或恐怖主义对桥梁潜在的风险。当然，有些人不想花这么多钱，不想为了一个不知道什么时候发生的可能性投入太多。但是，我们在设计的时候首先要考虑，如果世贸大厦能够多坚持哪怕一个小时，能多救出多少人？所以设计非常重要。

养护——延长桥梁的“生命”

桥梁的功能性如何满足工程上、施工上的要求。施工中的传统技术已跟不上发展需要。美国基础设施老化的问题普遍存在，在中国也有这个问题。但是在美国，人们维权意识非常强，有时候公路老化之初，可能没有人抱怨，桥梁的使用率越高，去投诉的人越多，造成一定的经济损失和社会损失。

文章来源：《水科学与工程技术》 网址: http://www.skxygcjs.cn/qikandaodu/2021/0309/728.html