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

1、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 analyzes the following four groups of comparis ons: desig ned flood freque ncy and

2、 desig n refere nee period; desig ned flood freque ncy and desig n work ing life; desig ned flood freque ncy and the regi onal sta ndard for floor control ;designed flood frequency and seismic design standard,andsummarizesseveral view about desig ned flood freque ncy.Key word: desig ned flood freque

3、 ncyguara ntee probability1. 定義1.1設(shè)計(jì)洪水頻率1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，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，所以也簡要陳述一下設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的概念。1.2設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期2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)，是概率分析

4、上采用的概念，我國公路橋涵設(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3、”100年。這里涉及到的是一個(gè)分析的范疇，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。1.3設(shè)計(jì)使用年限作者：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550003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 。對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)，我們也可認(rèn)為橋梁在正常

5、條件下不需大修所能運(yùn)營的時(shí)間。 美國對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)使用年5限為不小于75100年，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699%）來設(shè)計(jì)，根據(jù)其滿足二項(xiàng)分布 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=0.99100 =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

6、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?在使用年限內(nèi) 洪水將以較大概率 1-0.99100 =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， 比如美國規(guī)范就比我國高， 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)

7、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)防的方法，即將洪水分為偶遇洪水與罕 遇洪水的方法更

8、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)不論在國內(nèi)還是國外都相對(duì)較高， 例如，現(xiàn)行的美國公路橋梁設(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% 的失效率進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

9、 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

10、 保證了較高的安全性。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

11、. 中國建設(shè)信息 ,2001（21）:48-51.4 JTG D40-2002 ,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)土建學(xué)院研究生院結(jié)構(gòu)工程

12、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

14、錄語言的符號(hào)：字。盲。以害辭。4. 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）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

15、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

16、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?！罢f文解字”這個(gè)書名就表示了“文”只能“說” ，而“字”則可“解”的意思。 “文”是客觀事物外 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。 “文”生“字”舉例（以“哲”為例） ：先對(duì)人手摩畫，其文為“手” ；又對(duì) 斧子摩畫，其文

17、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” 。“字”從宀從子， “宀”表示“獨(dú)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。一一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。 ”美于黼黼文章。一一荀子非相茵席雕文。韓非子十過織文鳥章，白旆央央。詩小雅六月斑文小魚。明劉

18、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。一一南朝宋范曄后漢書張衡傳分文析字。一一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”。一一明 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

19、所記載的事跡） ；文書爻（有關(guān)文字、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。一一宋范仲淹岳陽樓記能述以文。宋歐陽修醉翁亭記摘其詩文。一一清 紀(jì)旳閱微草堂筆記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

20、代稱） ；文雄（擅長寫文章的大作家） ； 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?。ㄖ^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。一一漢 司馬

21、遷報(bào)任安書11又如：文業(yè)（才學(xué)）；文英（文才出眾的人） ；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。一一韓非子五蠹言必遵修舊文而不穿鑿。一一說文解字?jǐn)?3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

22、文。左傳昭公二十八年；文曜（指日月星辰；文星）15又如：天文；地文；水文；文象（日月星辰變化的跡象） 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。一一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。一一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)（

23、文事） ；文僚（文職官吏） 。18法令條文 articles of decree而刀筆吏專深文巧詆，陷人于罪。一一史記汲黯列傳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。