桥梁工程可持续发展,同济大学项海帆,葛耀军

葛耀君、项海帆葛耀君、项海帆同济大学同济大学二零一零年六月七日二零一零年六月七日第十九届全国桥梁学术会议YaoYao--JunGE&JunGE&HaiHai--FanXIANGFanXIANGTongjiUniversityTongjiUniversityShanghaiChinaShanghaiChinaBangkok2009,Sept9-11SUSTAINABLEINFRASTRUCTURE—EnvironmentFriendly,SafeandResourceEfficientTowardsSustainableDevelopmentofBridgeEngineeringYao-JunGE&Hai-FanXIANGCONTENTSCONTENTSCONTENTS1.1.ConceptofSustainabilityConceptofSustainability2.2.SafeReliabilitySafeReliability3.3.StructuralDurabilityStructuralDurability4.4.FunctionalAdaptabilityFunctionalAdaptability5.5.CapacityExtensibilityCapacityExtensibility6.6.ConclusionsConclusions桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆报告内容报告内容报告内容1.1.可持续发展的理念可持续发展的理念2.2.重视概念设计创新重视概念设计创新3.3.推动施工技术进步推动施工技术进步4.4.提高结构耐久性能提高结构耐久性能5.5.加强性能灾变控制加强性能灾变控制6.6.结论与建议结论与建议桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念土木工程世纪挑战土木工程世纪挑战十八世纪十八世纪————创世挑战创世挑战第一位土木工程师第一位土木工程师:John:JohnSmeatonSmeaton十九世纪十九世纪————建造挑战建造挑战结构材料有效使用结构材料有效使用二十世纪二十世纪————养护挑战养护挑战使用期养护和全寿命成本使用期养护和全寿命成本二十一世纪二十一世纪————可持续挑战可持续挑战可持续工程可持续工程——全世界？全世界？……中国中国!!……桥梁工程桥梁工程!!钢钢材材混凝土混凝土JohnSmeaton桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架来源于古代森林育林基本法则来源于古代森林育林基本法则““totakelesstimberfromtheforestthanitcantotakelesstimberfromtheforestthanitcanreproducereproduce””ThefirsthistoricaldocumentwasformedinThefirsthistoricaldocumentwasformedinAlsacein1144Alsacein1144ThewellThewell--knowntreatiseknowntreatise““SilviculturaSilviculturaOeconomicaOeconomica””in1713in1713““SilviculturaSilviculturaOeconomicaOeconomica””原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段可持续原则桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架19721972年罗马俱乐部提出了年罗马俱乐部提出了““发展的限制发展的限制””19871987年联合国提出了年联合国提出了““我们共同的未来我们共同的未来””““DevelopmentthatmeanstheneedsforthepresentDevelopmentthatmeanstheneedsforthepresentwithoutcompromisingtheabilityoffuturewithoutcompromisingtheabilityoffuturegenerationsgenerationstomeettheirownneedstomeettheirownneeds””19921992年里约热内卢联合国峰会定义年里约热内卢联合国峰会定义““EconomicprocessthatcanbemaintainedEconomicprocessthatcanbemaintainedlonglongterminlineterminlinewithearthwithearth’’scarryingcapacityscarryingcapacity””可持续原则长时期发展不损害后代原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段TowardsSustainableDevelopmentofBridgeEngineeringYao-JunGE&Hai-FanXIANG1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架使用期养护使用期养护资源消耗资源消耗精神与物质精神与物质全寿命成本全寿命成本建设排放建设排放个人与群体个人与群体道德与技术道德与技术可持续原则长时期发展不损害后代经济可持续生态可持续社会可持续原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架国际桥协在可持续工程中的行动国际桥协在可持续工程中的行动““IABSEDeclarationforSustainabilityDevelopmentIABSEDeclarationforSustainabilityDevelopment””inin19961996““EthicalPrinciplesforthePracticeofStructuralEthicalPrinciplesforthePracticeofStructuralEngineeringEngineering””in2002in2002SpecialIssueonSpecialIssueon““SustainableEngineeringSustainableEngineering””inSEIininSEIin20042004IABSESymposiumonIABSESymposiumon““SustainableInfrastructureSustainableInfrastructure””inin20092009原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段可持续原则长时期发展不损害后代经济可持续生态可持续社会可持续桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架四项基本要求四项基本要求::本文首次针对可持续桥梁工程提出本文首次针对可持续桥梁工程提出本文主要探讨结合中国实际的应用本文主要探讨结合中国实际的应用原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段概念设计性能耐久灾变控制施工技术可持续原则长时期发展不损害后代经济可持续生态可持续社会可持续桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆1.可持续发展的理念(续)可持续性理论框架可持续性理论框架五个阶段五个阶段::““从摇篮到坟墓从摇篮到坟墓””原原则则目目标标指指标标要要求求阶阶段段规划设计施工运营移除概念设计性能耐久灾变控制施工技术可持续原则长时期发展不损害后代经济可持续生态可持续社会可持续桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新概念设计作用概念设计作用工程设计的起点、核心和灵魂工程设计的起点、核心和灵魂————原创性原创性概念设计过程概念设计过程基础资料、概念生成和方案选择基础资料、概念生成和方案选择————独特性独特性概念设计原则概念设计原则中国：安全、适用、经济、美观中国：安全、适用、经济、美观国际：安全、适用、经济、美观、耐久、环保国际：安全、适用、经济、美观、耐久、环保概念设计关键概念设计关键桥梁跨径布置的抉择，特别是悬索桥和斜拉桥桥梁跨径布置的抉择，特别是悬索桥和斜拉桥桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新(续)悬索桥跨径极限悬索桥跨径极限188019001920194019601980200040060080010001200140016001800200022007.AkashiKaikyo(1998,1991m)6.GreatBelt(1998,1624m)5.Humber(1981,1410m)4.Verrazano(1964,1298m)3.GoldenGate(1937,1280m)2.GeorgeWashington(1931,1067m)Span(m)Year1.Brooklyn(1883,483m)全世界第一座现代悬索桥BrooklynBridge(483m,1883)全世界最大跨度悬索桥AkashiKaikyo(1991m,1998)桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新(续)悬索桥跨径极限悬索桥跨径极限((续续))最大跨径悬索桥最大跨径悬索桥序桥名主跨主梁抗风问题控制措施国家建成1明石海峡大桥1991桁梁颤振开槽＋稳定板日本19982舟山西堠门大桥1650箱梁颤振开槽中国20083大海带桥1624箱梁涡振导流板丹麦19984润杨长江大桥1490箱梁颤振稳定板中国20055亨伯大桥1410箱梁无无英国19816江阴长江大桥1385箱梁无无中国19997香港青马大桥1377箱梁颤振开槽中国19978维伦佐诺大桥1298桁梁无无美国19649金门大桥1280桁梁无无美国193710阳逻长江大桥1280箱梁无无中国2007传统钢箱梁或钢桁梁悬索桥自身抗风的上限跨径为传统钢箱梁或钢桁梁悬索桥自身抗风的上限跨径为15001500米左右米左右当悬索桥的跨径接近或超过这一极限时必须采取颤振控制措施当悬索桥的跨径接近或超过这一极限时必须采取颤振控制措施桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新(续)悬索桥跨径极限悬索桥跨径极限((续续))超大跨径需求超大跨径需求TsugaruStraitTaiwanStraitQiongzhouStraitSundaStraitMessinaStraitGibraltarStrait桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新(续)悬索桥跨径极限悬索桥跨径极限((续续))极限跨径抗风极限跨径抗风意大利墨西那桥（意大利墨西那桥（20002000年）年）直布罗陀海峡大桥（直布罗陀海峡大桥（20042004年）年）日本拟建海峡大桥（日本拟建海峡大桥（20002000年）年）同济大学同济大学50005000米悬索桥方案米悬索桥方案（（20032003年）年）桥梁工程可持续发展的理论与使命葛耀君、项海帆2.重视概念设计创新(续)斜拉桥多跨布置斜拉桥多跨布置斜拉桥跨径演变斜拉桥跨径演变19501960197019801990200020101002003004005006007008009001000110011.Sutong(2008,1088m)10.Tatara(1999,890m)9.Normandy(1994,856m)8.Yangpu(1993,602m)7.Skarnsundet(1992,530m)6.Annacis(1988,465m)5.BarrioscleLuna(1984,440m)4.Saint-Nazaire(1975,404m)3.Duisburg-Neuenkamp(1970,350m)2.Severin(1959,301m)1.Stromsund(1955,183m)YearSpan(m)全世界第一座现代斜拉