v對(duì)公路橋涵設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪水頻率的思考

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。v對(duì)公路橋涵設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪水頻率的思考對(duì)公路橋涵設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪水頻率的思考對(duì)公路橋涵設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪水頻率的思考牟洪仲 安竹石摘要:從與時(shí)間相關(guān)的三個(gè)基本概念出發(fā)，通過設(shè)計(jì)洪水頻率與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、設(shè)計(jì)洪水頻率與設(shè)計(jì)使用年限、設(shè)計(jì)洪水頻率與區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)洪水頻率與抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)四組對(duì)比，得到關(guān)于公路橋涵設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)洪水頻率的幾點(diǎn)思考。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水頻率、保證概率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. 定義1.1設(shè)計(jì)洪水頻率 橋涵設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)洪水頻率是指在設(shè)計(jì)時(shí)采用的某一洪水重現(xiàn)的概率1，它的實(shí)質(zhì)是一種累計(jì)頻率。與之對(duì)應(yīng)的是洪水重現(xiàn)期，它表示在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，該洪水頻率對(duì)應(yīng)的洪水平均多少年發(fā)生一次。即若選定的洪水頻率為1%，表示超過這樣的洪水每年出現(xiàn)的可能性為1%。由此可知，設(shè)計(jì)洪水頻率是與時(shí)間相關(guān)的一個(gè)概念，而公路橋函設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)中與時(shí)間相關(guān)的一個(gè)核心概念是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，所以

4、也簡(jiǎn)要陳述一下設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的概念。1.2設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)2，是概率分析上采用的概念，我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)期主要是通過可變荷載統(tǒng)計(jì)分布確定的。其實(shí)質(zhì)是抗力函數(shù)與作用函數(shù)簡(jiǎn)化的一個(gè)時(shí)間參數(shù)。公橋規(guī)中規(guī)定：公路橋涵設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。這里涉及到的是一個(gè)分析的范疇3，而在橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)于和設(shè)計(jì)更相關(guān)的、業(yè)主更關(guān)心的設(shè)計(jì)使用年限概念卻少提及，現(xiàn)結(jié)合其他結(jié)構(gòu)說明一下。作者：牟洪仲（1984），男，貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院碩士研究生，貴州 貴陽 550003 安竹石（1960），男，碩士生導(dǎo)師，副教授，貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽

5、 5500031.3設(shè)計(jì)使用年限 公路水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)年限是指路面達(dá)到預(yù)定損壞標(biāo)準(zhǔn)所能作用的時(shí)間4。對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)，我們也可認(rèn)為橋梁在正常條件下不需大修所能運(yùn)營(yíng)的時(shí)間。美國(guó)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為不小于75100年5，該文還提出了公路混凝土橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的規(guī)定建議，對(duì)于一般大中小橋均為100年。2. 對(duì)比2.1 設(shè)計(jì)洪水頻率與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的對(duì)比 按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的定義，材料與荷載的考慮都是在一百年之內(nèi)以較大概率來保證的，而對(duì)于設(shè)計(jì)洪水頻率，假定以一般大中橋1%的設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)頻率(即每年不到該洪水位的概率為99%)來設(shè)計(jì)，根據(jù)其滿足二項(xiàng)分布6可知，在建橋一百年都不觸及該頻率對(duì)應(yīng)洪水位的概率P=0

6、.99=36.6%，而這是一個(gè)較小的保證概率。由此可見，二者在一定程度上是不對(duì)應(yīng)的。2.2 設(shè)計(jì)洪水頻率與設(shè)計(jì)使用年限的對(duì)比由上一小結(jié)以及設(shè)計(jì)使用年限的定義與一般規(guī)定，還是以一般大中橋?yàn)槔樱谑褂媚晗迌?nèi)洪水將以較大概率1-0.99=63.4%觸及該頻率對(duì)應(yīng)洪水位，在這種情況下結(jié)構(gòu)能不能真正達(dá)到經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使用年限將有較大的困難。所以，在橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中更明確地規(guī)定設(shè)計(jì)使用年限，并通過一定的設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)措施保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)能夠降低洪水的影響是必要的。當(dāng)然，提高設(shè)計(jì)洪水頻率也是一個(gè)措施，比如美國(guó)規(guī)范就比我國(guó)高，但即使提高的1/500,也只能保證50年使用過程中有90%的保證概率，所以單獨(dú)以提高

7、設(shè)計(jì)洪水頻率的方式來提高保證率作用不明顯。2.3 橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率與區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比公橋規(guī)中對(duì)于設(shè)計(jì)洪水頻率大小的規(guī)定僅與橋梁跨徑與重要性有關(guān)，而不涉及到區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)，將防洪標(biāo)準(zhǔn)較低的區(qū)域與較高的地區(qū)等同對(duì)待，將使防洪標(biāo)準(zhǔn)較低的區(qū)域很難達(dá)到公橋規(guī)規(guī)定的設(shè)計(jì)洪水頻率值，且極易在防洪標(biāo)準(zhǔn)較低的地區(qū)形成橋與路連接不順，甚至單橋突起的情況。所以，設(shè)計(jì)洪水頻率可區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整其大小，而這種調(diào)整又與橋梁結(jié)構(gòu)自身需以較大概率在較長(zhǎng)使用期內(nèi)保證橋梁不觸及設(shè)計(jì)水位的目標(biāo)相抵觸，如何在這種情況下仍能保證橋梁的安全？除了對(duì)橋梁本身加強(qiáng)外，對(duì)其他臨時(shí)性的防洪設(shè)施的強(qiáng)化也很重要。7文中提到的多次設(shè)防

8、的方法，即將洪水分為偶遇洪水與罕遇洪水的方法更多的是從效益分析層面來確定洪水頻率的，但這個(gè)效益應(yīng)是以橋梁不造成安全事故為前提，所以即使從效益角度出發(fā)設(shè)計(jì)洪水頻率的標(biāo)準(zhǔn)降低了，橋梁本身的強(qiáng)度與防罕見洪水的措施是不可少的。2.4 橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率與抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比橋梁設(shè)計(jì)洪水頻率的概念屬于防洪設(shè)計(jì)的一個(gè)范疇，而橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中涉及防洪設(shè)計(jì)的地方少之又少，這與抗震設(shè)計(jì)有專門的公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范形成對(duì)比，防止洪水特別是罕見洪水對(duì)橋涵造成的傷害也應(yīng)重視。另外，抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都相對(duì)較高，例如，現(xiàn)行的美國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（AASHTO）地震設(shè)計(jì)在使用狀態(tài)下，按 50 年使用期內(nèi)10%的失

9、效率進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 即在 50 年內(nèi)，有90%的把握不會(huì)發(fā)生超過這設(shè)防等級(jí)的地震，相當(dāng)于重現(xiàn)期為475 年。3. 結(jié)論3.1 本文明晰了在橋梁設(shè)計(jì)過程中與設(shè)計(jì)洪水頻率相關(guān)的幾個(gè)概念，進(jìn)而進(jìn)行了四組對(duì)比，得出橋梁規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)洪水頻率的規(guī)定與對(duì)其它一些相關(guān)概念的規(guī)定一定程度上的不統(tǒng)一。3.2 從設(shè)計(jì)洪水頻率出發(fā)得到的保證率的角度來說，我國(guó)的防洪標(biāo)準(zhǔn)是偏低的。所以，可適當(dāng)提高設(shè)計(jì)洪水頻率的標(biāo)準(zhǔn)。但如上文所述即使提高了設(shè)計(jì)洪水頻率的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)罕見洪水的防止也是有限的，那么在條件允許的條件下，我們可以以防止偶遇洪水的破壞為主，而對(duì)罕見洪水采用特殊的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，這樣的話即使設(shè)計(jì)洪水頻率降低了，其實(shí)質(zhì)仍保證了

10、較高的安全性。而對(duì)于偶遇洪水與罕遇洪水的劃分，以及防止罕遇洪水對(duì)橋涵破壞的措施限于篇幅以后再詳述。3.3 橋梁設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)洪水頻率的取值還需充分考慮區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合效益分析確定。3.4 建議橋規(guī)中能有業(yè)主與設(shè)計(jì)人員關(guān)心的設(shè)計(jì)使用年限的規(guī)定。3.5 在不斷完善防洪設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范與理論研究的同時(shí)，可對(duì)照抗震設(shè)計(jì)等相關(guān)規(guī)范，將抗震設(shè)計(jì)的一些方法運(yùn)用到防洪設(shè)計(jì)，將防洪設(shè)計(jì)的一些方法運(yùn)用到抗震設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)：1 JTG D60-2004,公路橋函設(shè)計(jì)通用規(guī)范S.2 GB 50068-2001,建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)S. 3 袁賢訊,陳國(guó)英.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與設(shè)計(jì)工作壽命的關(guān)系J. 中國(guó)建設(shè)信息,2

11、001(21):48-51. 4 JTG D40-2002 公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D40-2002<<隱藏,公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范S.5 張洪波,鮑衛(wèi)剛.公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與設(shè)計(jì)使用年限J .公路，2005（8）：35-37.6 周國(guó)利.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)M. 南京：南京大學(xué)出版社，2007.7 齊懷恩,王光遠(yuǎn).公路橋梁抗洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的反思和建議J.林業(yè)科技情報(bào)，1998（3）：7-13.作者簡(jiǎn)介及聯(lián)系電話、通訊地址:牟洪仲（1984），男，貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院碩士研究生，貴州 貴陽 550003 電話通訊地址：貴州省貴陽市貴州大學(xué)

12、土建學(xué)院研究生院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)安竹石（1960），男，碩士生導(dǎo)師，副教授，貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003電話 - 漢語漢字 編輯詞條文，wen，從玄從爻。天地萬物的信息產(chǎn)生出來的現(xiàn)象、紋路、軌跡，描繪出了陰陽二氣在事物中的運(yùn)行軌跡和原理。故文即為符。上古之時(shí)，符文一體。古者伏羲氏之王天下也，始畫八卦，造書契，以代結(jié)繩(爻)之政，由是文籍生焉。-尚書序依類象形，故謂之文。其后形聲相益，即謂之字。-說文序倉頡造書，形立謂之文，聲具謂之字。-古今通論(1) 象形。甲骨文此字象紋理縱橫交錯(cuò)形。"文"是漢字的一個(gè)部首。本義:花紋;紋理。(2

13、) 同本義 figure;veins文，英語念為:text、article等，從字面意思上就可以理解為文章、文字，與古今中外的各個(gè)文學(xué)著作中出現(xiàn)的各種文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋體、楷體等，都在這一方面突出了"文"的重要性。古今中外，人們對(duì)于"文"都有自己不同的認(rèn)知，從大的方面來講，它可以用于表示一個(gè)民族的文化歷史，從小的方面來說它可用于用于表示單獨(dú)的一個(gè)"文"字，可用于表示一段話，也可用于人物的姓氏。折疊編輯本段基本字義1事物錯(cuò)綜所造成的紋理或形象：燦若錦。2.刺畫花紋：身。3記錄語言的符號(hào)：字。盲。以害辭。4

14、用文字記下來以及與之有關(guān)的：憑。藝。體。典。苑。獻(xiàn)（指有歷史價(jià)值和參考價(jià)值的圖書資料）。采（a文辭、文藝方面的才華；b錯(cuò)雜艷麗的色彩）。5人類勞動(dòng)成果的總結(jié)：化。物。6自然界的某些現(xiàn)象：天。水。7舊時(shí)指禮節(jié)儀式：虛。繁縟節(jié)（過多的禮節(jié)儀式）。8文華辭采，與“質(zhì)”、“情”相對(duì)：質(zhì)彬彬。9溫和：火。靜。雅。10指非軍事的：職。治武功（指禮樂教化和軍事功績(jī)）。11指以古漢語為基礎(chǔ)的書面語：552言。白間雜。12專指社會(huì)科學(xué)：科。13掩飾：過飾非。14量詞，指舊時(shí)小銅錢：一不名。15姓。16 皇帝謚號(hào)，經(jīng)緯天地曰文；道德博聞曰文；慈惠愛民曰文；愍民惠禮曰文；賜民爵位曰文；勤學(xué)好問曰文；博聞多見曰文；忠

15、信接禮曰文；能定典禮曰文；經(jīng)邦定譽(yù)曰文；敏而好學(xué)曰文；施而中禮曰文；修德來遠(yuǎn)曰文；剛?cè)嵯酀?jì)曰文；修治班制曰文；德美才秀曰文；萬邦為憲、帝德運(yùn)廣曰文；堅(jiān)強(qiáng)不暴曰文；徽柔懿恭曰文；圣謨丕顯曰文；化成天下曰文；純穆不已曰文；克嗣徽音曰文；敬直慈惠曰文；與賢同升曰文；紹修圣緒曰文；聲教四訖曰文。如漢文帝。折疊編輯本段字源字形字源演變與字形比較折疊編輯本段詳細(xì)字義名1右圖是“文”字的甲骨文圖片，資料來源：徐無聞主編：甲金篆隸大字典，四川辭書出版社。1991年7月第一版?！拔摹弊值募坠俏淖掷L畫的像一個(gè)正面的“大人”，寓意“大象有形”、“象形”；特別放大了胸部，并在胸部畫了“心”，含義是“外界客體在心里面的

16、整體影像、整體寫真、整體素描、整體速寫”。許慎說文解字把“文”解釋為“錯(cuò)畫也”，意思是“對(duì)事物形象進(jìn)行整體素描，筆畫交錯(cuò)，相聯(lián)相絡(luò)，不可解構(gòu)”，這與他說的獨(dú)體為文、合體為字的話的意思是一致的。“說文解字”這個(gè)書名就表示了“文”只能“說”，而“字”則可“解”的意思?！拔摹笔强陀^事物外在形象的速寫，是人類進(jìn)一步了解事物內(nèi)在性質(zhì)的基礎(chǔ)，所以它是“字”的父母，“字”是“文”的孩子?！拔摹鄙白帧迸e例（以“哲”為例）：先對(duì)人手摩畫，其文為“手”；又對(duì)斧子摩畫，其文為“斤”。以手、斤為父母，結(jié)合、生子，其子就是“折”（手和斤各代表父母的基因）。這個(gè)“折”就是許慎所謂的“字”?！白帧睆腻矎淖樱板病北硎尽蔼?dú)

17、立的房子”，子在其中，有“自立門戶”的意思。故“字”還能與“文”或其他“字”結(jié)合，生出新“字”來。在本例，作為字的“折”與作為文的“口”結(jié)合，就生出了新的字“哲”。2同本義 figure;veins文，錯(cuò)畫也。象交文。今字作紋。東漢·許慎說文五章以奉五色。春秋·左丘明左傳·昭公二十五年。注：“青與赤謂之文，赤與白謂之章，白與黑謂之黼，黑與青謂之黻?！泵烙陧腠胛恼?。荀子·非相茵席雕文。韓非子·十過織文鳥章，白旆央央。詩·小雅·六月斑文小魚。明· 劉基誠意伯劉文成公文集3又如：文駕（彩車）；文斑（雜色的斑紋）；文旆（有

18、文彩的旗幟）；文繡（繡有彩色花紋的絲織品；刺花圖案）；文織（有彩色花紋的絲織品）；文鱗（魚鱗形花紋）。4字，文字（“文”，在先秦時(shí)期就有文字的意思，“字”，到了秦朝才有此意。分別講，“文”指獨(dú)體字；“字”指合體字?；\統(tǒng)地說，都泛指文字。） character飾以篆文。南朝宋·范曄后漢書·張衡傳分文析字。東漢·班固漢書·劉歆傳夫文，止戈為武。左傳·宣公十二年距洞數(shù)百步，有碑仆道，其文漫滅。王安石游褒禪山記文曰“天啟壬戌秋日”。明· 魏學(xué)洢核舟記文曰“初平山尺”。5又如：甲骨文；金文；漢文；英文；文跡（文字所記載的事跡）；文書爻（有關(guān)文字

19、、文憑之類的卦象）；文異（文字相異）；文軌（文字和車軌）；文獄（文字獄）；文錢（錢。因錢有文字，故稱）；文狀（字據(jù)，軍令狀）；文引（通行證；路憑）；文定（定婚）。6文章（遣造的詞句叫做“文”，結(jié)構(gòu)段落叫做 “章”。） literary composition故說詩者不以文害辭。孟子·萬章上好古文。唐· 韓愈師說屬予作文以記之。宋· 范仲淹岳陽樓記能述以文。宋· 歐陽修醉翁亭記摘其詩文。清· 紀(jì)昀閱微草堂筆記7又如：文價(jià)（文章的聲譽(yù)）；文魔（書呆子）；文會(huì)（舊時(shí)讀書人為了準(zhǔn)備應(yīng)試，在一起寫文章、互相觀摩的集會(huì)）；文移（舊時(shí)官府文書的代稱）；文雄（

20、擅長(zhǎng)寫文章的大作家）；文意（文章的旨趣）；文義（文章的義理）；文情（文章的詞句和情思）；本文（所指的這篇文章）；作文（寫文章；學(xué)習(xí)練習(xí)所寫的文章）；文魁（文章魁首）；文價(jià)（文章的聲價(jià)）；文什（文章與詩篇）。8美德；文德 virtue圣云繼之神，神乃用文治。杜牧感懷詩一首9又如：文丈（對(duì)才高德韶的老者的敬稱）；文母（文德之母）；文武（文德與武功）；文命（文德教命）；文惠（文德恩惠）；文德（寫文章的道德）；文薄（謂文德淺?。?；文昭（文德昭著）。10.文才；才華。亦謂有文才，有才華 literary talent而文采不表于后世也。漢· 司馬遷報(bào)任安書11又如：文業(yè)（才學(xué)）；文英（文才出眾

21、的人）；文采風(fēng)流（橫溢的才華與瀟灑的風(fēng)度）；文郎（有才華的青少年）；文彥（有文才德行的人）；文通殘錦（比喻剩下不多的才華）。12文獻(xiàn)，經(jīng)典；韻文 document;classics;verse儒以文亂法。韓非子·五蠹言必遵修舊文而不穿鑿。說文解字·敘13辭詞句。亦指文字記載 writings;record。如：文幾（舊時(shí)書信中開頭常用的套語。意為將書信呈獻(xiàn)于幾前）；文倒（文句顛倒）；文過其實(shí)（文辭浮夸，不切實(shí)際）；文義（文辭）；文辭（言詞動(dòng)聽的辭令）；文繡（辭藻華麗）。14自然界的某些現(xiàn)象 natural phenomenon經(jīng)緯天地曰文。左傳·昭公二十八年15又

22、如：天文；地文；水文；文象（日月星辰變化的跡象）；文曜（指日月星辰；文星）；文昌（星座名）。16文治；文事；文職。與“武”相對(duì)。 achievements in culture and education；civilian post文能取勝。史記·平原君虞卿列傳文不能取勝。文武并用。唐· 魏征諫太宗十思疏精神折沖于千里，文武為憲于萬邦。明袁可立晉秩兵部右侍郎誥17又如：文臣，文吏（文職官吏）；文席（教書先生的幾席）；文品（文官的品階）；文帥（文職官員出任或兼領(lǐng)統(tǒng)帥）；文烈（文治顯赫）；文員（文職吏員）；文階（文職官階）；文道（文治之道）；文業(yè)（文事）；文僚（文職官吏）。18

23、法令條文 articles of decree而刀筆吏專深文巧詆，陷人于罪。史記·汲黯列傳19又如：文劾（根據(jù)律令彈劾）；文法吏（通曉法令、執(zhí)法嚴(yán)峻的官吏）；文丈（規(guī)矩；制度）；文移（官府文書）；文牓（布告；文告）；文憲（禮法；法制）。20文言。古代散文文體之一；別于白話的古漢語書面語 literary language。如：半文半白；文語；文白（文言文和白話文）。21文教；禮節(jié)儀式 rites則修文德。論語·季氏22又如：文丈(崇尚禮文儀節(jié))；文俗(拘守禮法而安于習(xí)俗)；文致(指禮樂)；文貌(禮文儀節(jié))；文緒（文教禮樂之事）；文儀(禮節(jié)儀式)23指表現(xiàn)形式；外表 form;appearance。如：文服(表面服從)；文榜(告示、布告之類)；文誥(誥令)24指鼓樂，泛指曲調(diào) music;tune。如：文曲(指樂曲)；文始(舞樂名)25謚號(hào)，謚法：勤學(xué)好問叫文 study deligently何以謂之文。論語是以謂之文。26姓動(dòng)1在肌膚上刺畫花紋或圖案 tatto (the skin)被發(fā)文身。禮記·王制。注：“謂其肌，以丹青涅之。”文繡有恒。禮記·月令2