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水上人家

上善若水,水善利万物而不争。从事和水亲近的工作50多年,人生也似洪流浮生。

 
 
 

日志

 
 

桥梁和水文环境 (发言稿)  

2016-12-11 18:06:07|  分类: 桥梁 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2016102830日第五届全国《桥梁工程》教学研讨会,在西安召开,参加会议大学院校93所,代表271人。

主办单位:

教育部高等学校道路运输与工程教学指导分委员会、高等学校道路运输与工程教材建设委员会、人民交通出版社、长安大学。

                   桥梁工程教学研讨会发言    高冬光   2016年10月30日

 

桥梁和水文环境

 

一、桥梁水文学科

 

学科概况

桥梁水文,是一门关于桥梁工程和河海水文环境相互作用的学科,应用水文学、水力学、泥沙运动力学、河床或海床演变等原理,解决桥梁工程问题。属于结构工程和水利工程、海洋工程的交叉学科。

桥梁水文是二战以后发展起来的新学科,只有大约七十年的历史,进入我国刚好60年。

它是桥梁工程学科发展的新领域、是桥梁工程发展完善的结果,它关系到桥梁的安全和寿命,洪水冲毁桥梁、风暴潮破坏桥梁的事,并不罕见。应该是桥梁工程人员应当掌握的一门重要的学科。

                      

 名称      

新学科,学科名称很不一致,我国有:

桥位设计、桥渡设计、桥梁水文(钱冬生,1965教材;1978年交通部教材会议采用桥涵水文),桥梁水力水文。

西方称,桥梁水力学(Hydraulics for bridge waterway),主要是桥前壅水、墩台冲刷问题。

西方没有“桥梁水文”(Hydrology for bridge waterway)这个名称。

因为桥梁工程中直接应用水文学的内容,如桥梁工程洪水流量、设计水位等分析计算和河流水利工程是完全一样的。

                      

著作              

系统的著作,最先见于二战胜利后的苏联,如1949年的苏联公路学院教材《桥位设计》、1950年前后的设计用书《跨河桥渡》。

美、加拿大、英、新西兰等国,二战后开始对桥前壅水、桥墩冲刷,进行大量的模型实验研究和现场观测;研究成果用研究报告或公告发表,其中美国FHWA(美国联邦公路总暑)课题研究公报发表最多,作为美国路桥工程的指导。

 

美国 FHWA研究成果公报,都是很厚的一本书,如:

Highways in the river environment, 1987 Colorado State University

Evaluating scour at bridges,  2001Colorado State University

Highways in the coastal environment, 2008

加拿大University of Toronto

Neill,C.R,  Guide to bridge hydraulics, 1973

 

注意,美国把公路及桥梁视为河流或海岸带(coast环境中的工程建筑物,在书名上就表明了路桥与环境的关系!西方国家强调了桥梁和环境的统一;苏联强调了桥梁工程本体。

 

二、我国学科发展历程

 

1、                       1955

第一本《桥位设计》(俄文译本)出版

 

钱钟毅教授(留美数学、工程博士,范立础院士的研究生导师,1957年打成右派,下放福建劳动改造、后到福州大学),很有远见!翻译出版苏联公路学院教材安德烈耶夫(1949年苏联出版)《桥位设计》,而且在1956年亲自给1954级的桥班讲课。这是必修课中第一次讲授桥梁和河流环境关系的课程。

我班(桥梁1956级)是第三届讲此课程,是由道路教研室张廷楷老师讲的。1961年我毕业后被分配到西安公路学院,担任这门课程的教学。

 

21958

1)、苏联专家包尔达科夫来华,给铁道部交通部讲学,开始在我国的桥梁勘测设计中,引进苏联的桥位选择、桥墩冲刷、桥孔设计、防护工程等设计计算的理论和方法,应用苏联的规范。

1961年我刚从同济毕业进入西安公路学院这门课教学时,我的主讲教师,就是一位听过包尔达科夫讲课、1949年北洋大学毕业、曾在交通部设计院工作,有丰富桥梁勘测设计经验的老教师。

 

2)、1958铁道部和交通部启动了全国桥渡(桥位)设计科研大协作项目

《桥位设计》(交通部、同济钱钟毅)、《桥渡设计》(铁道部、铁科院),被引进,成为中国铁路和公路工程的新学科。在铁道部和交通设计院路桥设计中直接应用推广。但是,上述引进的都是讲苏联的桥梁工程和河流洪水、河床变形的关系和处理。

但是,河流是自然环境的产物,苏联的自然环境与中国不同,中国要应根据自己的自然条件、河流特性观测资料,制定本国的自然区域划分,河段分类和设计计算方法、公式。

 

31964

中国土木工程学会桥梁冲刷学术讨论会

 总结1958-1964年铁道部、交通部全国各单位现场观测和实验研究科研成果,制订了中国河流建桥河段分类表、一般冲刷、局部冲刷计算公式。全国铁路、公路推广应用。成为我国《桥位设计》发展的里程碑。

1966年文化大革命,建设及科研中止,人员下放。

 

41972

   我国第一个专供桥梁、公路科研的水力试验室建成。

1965-1972年,供教学和桥梁及公路科研模型试验应用的、西安公路学院水力试验室建成,立即进行了咸阳渭河桥桥墩冲刷模型试验、安徽省安庆市怀宁县大桥整体水力模型试验研究。

完成了1982年《公路桥梁勘测设计规程》、1990年《公路桥位勘测设计规范》、 2000年《公路工程水文勘测设计规范》,制定和修订相关实验研究

 

51974年—1976  文革中全国本学科科研工作停滞。

但是,全国各地洪水灾害治理项目的水工模型试验及其科研项目,在西安公路学院水力实验室未停。

鉴于我国公路桥梁水毁不断发生,交通部开启“大中桥孔设计研究”课题,进行全国各省大中桥孔调查;

1976年南宁会议,汇总制定“大中桥孔设计研究实桥调查汇总表” ,进而制定了桥孔净长度经验公式。成为现行规范桥孔净长度公式的基础。

 

1975 公路设计手册 《桥位设计》(公路设计手册编写组)出版。

 

61990年以来多年的发展

1)、完成了多项我国多项有关技术标准的制定和修订:

1982年《公路桥梁勘测设计规程》制定,

1990年《公路桥位勘测设计规范》制定,

2000年《公路工程水文勘测设计规范》的制定,

2015年对《公路工程水文勘测设计规范》的修订

 

 2)、跨海桥梁的发展

 每座跨海桥梁都进行了多项海洋水文和水力模型试验研究,从海沧大桥,直到将要竣工的港珠澳大桥,都和南京水利科学研究院协作,做了大量工作。

20157月我还参加了南科院马耳他的马奥机场大桥海洋水文课题的评审会。

 3)公路和桥梁水毁防治研究

我国前30年建成的公路和桥梁洪水水毁严重,我校承担交通部“八五”科技攻关项目《公路和桥梁水毁防治研究》课题(1992-1995),以及新世纪初减灾防灾成果在全国推广各省推广的课题。

认识到 “天人合一、顺天应人”,“顺应水势,因势利导”实现工程和自然环境相协调,两者成为和谐的整体,才能最大限度地减少或避免自然灾害。

 

反映以上成果的有关著作

2000  公路桥涵设计手册《桥位设计》(第一版)(高冬光主编)

2011  公路桥涵设计手册、“十一五”国家重点图书出版规划项目

《桥位设计》(第二版)(高冬光主编)。

较第一版增加了桥梁环境、海洋水文、跨海桥、桥梁水毁防治、桥梁施工冲刷等内容。

2012 《跨海桥梁和滨海公路 水文与防腐》出版(高冬光编著)

2002年《公路与桥梁水毁防治》出版,高冬光著

 

 

三、我国教材建设

教材建设及时反映学科发展的新成果

 

1980年前《桥涵水文》没有统一教材

 

 1977  文革后大学恢复招生,开启了《桥涵水文》教材的建设

 

第一版《桥涵水文》(1980年出版)

1978年交通部全国教材会议(西安)有关院校教师共同推荐西安公路学院主编(张学令、高冬光)、同济大学参编(景天然)。反映我国首次自行制定的1964年制定的建桥河段分类和桥梁冲刷计算公式等成果

到今年8月出版第五版,从第一版到第五版,历时36年。

 

第二版(1985年出版)张学令主编,1985年出版内容体系与第一版相同,添加了1976年我国桥孔长度等科研成果。根据第一版使用意见,文字修订。力求用简明严密的文字说明有关的水文学、泥沙运动、河床演变等学科的基本概念

 

 第三版(2003年出版),高冬光主编

《桥涵水文》(第三版)加了一章“海洋水文”;适应跨海桥梁和滨海公路建设需要;添加有关规范修定的冲刷计算等新成果

 

第四版(2008年出版) 高冬光主编

增加 “桥梁和环境”作为第一章,反映科学发展观在桥梁建设的新理念。

 

第五版(2016年出版)

海洋水文修订为“跨海桥梁和海洋环境”一章。反映我国跨海桥20多年建设成果,增加了跨海桥梁设计的内容。

教材内容形成“跨河桥”和“跨海桥”并列,完整的《桥涵水文》学科体系。

 

四、    新世纪桥梁设计新理念 

 

为桥梁水文、桥梁与环境相关学科的发展提供了广阔的前景。

 

进入新世纪,我国提出贯彻科学发展观,把生态环境保护、可持续性发展,建立和谐社会,作为基本国策, 国家的基本建设必须符合可持续性发展的要求。

 

1、        可持续发展的科学发展观

基本国策

 

1987年联合国环境与发展委员会提出“可持续发展”的定义;

 

1992年中国《中国21实际议程》提出现了我国可持续发展战略思想;

2003胡锦涛提出以人为本,建立和谐社会的“科学发展观”,实现可持续发展。2007年十七大胡锦涛报告并写入党章。作为基本国策。

 

 

2、        桥梁全寿命设计 (Life cycle design for bridge)

理论和方法

 

桥梁全寿命设计开拓性地将主要关注成桥状态的传统设计,拓展到桥梁的整个寿命周期,针对规划、设计、施工、运营、管养、拆除或回收再利用的全过程,面向“功能、成本、人文、环境”等诸多需求开展综合性的桥梁设计,它不仅是一种设计技术,也是一种符合可持续发展思想的桥梁设计理念,开展桥梁全寿命设计理论与方法研究是时代发展的要求,也体现了现代桥梁工程科学发展的思想。

 

美国在二战后,上世纪60年代起,公路建设就实行了全寿命成本分析,西欧北欧一些国家在上世纪末,在建筑行业也先后实行全寿命设计(Life cycle design

 

桥梁全寿命设计体系、内容

桥梁全寿命设计包括桥梁和构件寿命确定、景观设计、性能设计、环境设计和管养设计等基本内容和成本分析、风险评两个辅助决策方法。各设计内容之间相互联系、相互影响,最终方案需在多次比较、分析、优化后确定。

桥梁全寿命设计体系可以用图1表示。

1  桥梁全寿命设计体系

 

桥梁全寿命过程

桥梁全寿命过程包括设计、施工、管养、拆除等阶段(图2),各阶段工作内容相互联系和影响。

 

2    典型桥梁全寿命过程

 

 

21世纪的桥梁,不仅是一个具有交通功能的结构物,还应是一个河、海生态环境保护工程、还是一座与周围环境和谐的景观建筑物。

 

3桥梁概念设计(Conceptual bridge design

    桥梁工程教育的新概念

2011年项海帆院士等老师发表了《桥梁概念设计》一书。指出2006年国际桥梁年会上,柏林工业大学发表“对教育挑战—概念和结构设计”大会报告。

2007  同济大学桥梁研究生就开了“桥梁概念设计”的课程。提出桥梁设计首先进行桥梁的概念设计,是工程设计的核心,从而加强学生创新的理念和能力的培养。

我作为一个从事多年桥梁工程教学的教师和科研人员,十分支持,树立学生创新的追求、进行创新思维和创新能力的培养。

 

谢谢大家!

 

 

 

 


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