高校橋梁工程國際主流規范教學與思考

史 俊

（中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410083）

0 引言

隨著國家對“一帶一路”理念的倡導以及經濟全球化的不斷推進，我國的土木和交通工程企業在國際工程市場的參與感越來越強，目前已經占有海外工程市場的一席之地。在此背景下，熟悉世界主流橋梁設計和施工規范，提高中國橋梁施工企業的國際競爭力是非常必要的。當今世界上最權威和最可靠的兩個外國橋梁規范是AASHTO LRFD和歐洲規范。這些規范內容全面、技術成熟，且均以結構可靠性理論為核心。中國、美國和歐洲在材料強度、荷載作用、構件計算、結構耐久性等方面的規定存在差異[1]。理解并掌握國外橋梁設計規范的先進理念，有助于提高中國企業在海外市場的競爭力和中國的設計和施工能力，也可為我國公路混凝土橋梁設計規范的修訂提供參考，并可將“一帶一路”中國橋梁設計、施工技術推向世界。

1 世界主流橋梁規范研究現狀

近年來，許多學者對中外橋梁設計規范之間的差異進行了研究和探索，并取得了一定的成果。王鋒君[2]從荷載取值、分項系數和荷載組合等方面對中外橋梁設計規范進行了比較研究，并分析了在英美橋梁規范的車輛荷載作用下根據中國規范設計橋梁的結構響應。劉昭[3]比較并解釋了中美橋梁規范中極限狀態的表達形式，指出美國橋梁規范中各種極限狀態所反映的設計思想更加清晰，校核內容更加具體。宋世研等[4]從材料強度值、構件設計方法、最大配筋率和最小配筋率、正截面承載力計算方法等方面對鋼筋混凝土構件正截面的抗彎承載力進行了系統的對比分析。黎述亮等[5]計算和分析了歐洲橋梁設計中的活荷載，如車輛荷載、車輛離心力、車輛制動力、車輛牽引力、溫度荷載和風荷載。孫賀學[6]分析了中美和歐洲橋梁設計規范中的材料、荷載和荷載組合、極限狀態分類等方面所存在的差異。

目前關于中外橋梁設計規范的對比研究，主要從設計理念、構件驗算、荷載模式及荷載組合、材料強度指標、應力、撓度、裂縫的控制及耐久性等方面進行深入的對比和分析。目前的研究特點如下：（1）現有的中外規范差異研究中主要在材料強度、設計荷載、構件驗算等方面，沒有綜合性、系統性的比較。（2）現有的中外規范差異研究都是以簡單結構為對象進行的，沒有對大型、復雜結構的結果進行對比分析，因此其研究結果的適用性、可靠性存疑。（3）現有的中外規范均基于可靠度理論，但現有的中外規范對比研究沒有從可靠度著手，難以捕捉中外設計規范的可靠度差異。

2 當前橋梁工程規范教學中存在的問題

2.1 以國內規范為主，缺乏國際視野

目前國內高校在橋梁工程教學中，主要圍繞國內的現行規范進行教學，很少涉及國際上的主流規范的學習，一些學校如長安大學等開設了國際班，對國外規范由一定的了解。但是目前正值“一帶一路”倡議大舉實踐的背景下，現有的規范學習內容難以滿足當前的需要。根據對多家國內在海外經營項目的大型公司（如中國土木、中國港灣、中國路橋、中交一公院等）的調查結果顯示，目前我國在國際項目上大量缺乏既懂英語又懂專業的人才。很多大型項目的管理人員只懂英語，不懂專業，對國外規范更是一竅不通，導致項目進展困難。但正如前文所言，現在國外的大型項目基本采用AASHTO標準或者歐洲標準，只有極少項目的業主能夠同意采用中國標準。因此，我們必須立足本國標準，深入學習國際主流標準、規范，才能在國際項目上提升競爭力，立于不敗之地。

2.2 缺乏對比

由于不同國家規范采用的設計理念、設計理論不同，編制規范的背景不同，經濟技術發展水平不同，在設計準則、設計材料指標、荷載模式和取值、構件計算方法和控制目標等方面均有不同，因此有必要對世界上主流規范的這些方面進行對比分析，揭示各規范的安全可靠程度，對于我們在國際項目上的把握非常重要。例如我國橋梁規范中使用的主流材料強度低AASHTO LRFD規范，我國橋梁規范中采用均布荷載加集中力作為車道荷載方式，而AASHTO LRFD規范采用均布荷載、設計貨車、設計雙軸三種形式。經過對比計算，我國的移動荷載比AASHTO LRFD規范要大。因此，只有從規范的各層次進行詳細比較學習，才能真正掌握個規范的區別和聯系，從而在具體項目上應用時才能游刃有余。

2.3 國外規范使用不當

目前，國內的工程師在使用國外規范時，多是采用生搬硬套的方式，往往是用到哪里看到哪里，對所采用的國外規范沒有整體把握，不知道規范的編制背景、適用條件，經常用錯規范。例如，關于制動力的規定，我們國家《公路橋涵設計通用規范》中規定的制動力在特大橋上經常難以算過，然后一些工程師就采用歐洲規范的規定，這樣就能算過，但實際上中歐規范編制背景不同、汽車荷載模式不同、車型也不同，直接生搬硬套采用歐洲規范會導致我們設計的橋梁的可靠度降低，可能造成不安全的后果。因此，在使用國外規范進行國內橋梁設計時，一般應做可靠度校準，確保可靠度滿足國內規范時才可采用，否則應做專題研究或者慎重使用。這里特別指出，對于他國規范的使用，應特別注意使用的條件，特別是對于汽車荷載、溫度荷載這種隨區域變化的荷載，一般不能直接使用。

3 “一帶一路”背景下橋梁規范教學目標

3.1 教學目標

針對當前“一帶一路”倡議下我國大量國際化橋梁人才的需求，制定當前國際主流規范教學目標。主要以中國《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG3362-2018）、《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）、美國 AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2020、AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications 2020及歐洲Eurocode規范的相關規定開展國際主流規范的對比學習，主要達到以下四個目標：（1）中外主流橋梁設計規范的設計理念、設計方法、設計準則進行對比。（2）對中外橋梁設計規范中的可靠度指標進行對比，分析中外橋梁規范目標可靠度指標的差異性，進行不同極限狀態下橋梁結構撓度、裂縫、抗彎、抗剪等性能指標的可靠度分析。（3）對中外橋梁規范的設計基本要求、構造要求和極限狀態進行對比，結合可靠度理論建立綜合中外橋梁設計規范的評價體系。（4）以一個具體項目的大型橋梁為工程實例，對中外混凝土橋梁設計規范與評價體系進行綜合評述。

當然，關于國內外主流的橋梁設計、施工規范的教學目標應該是靈活的，不局限于上述4個方面，教師應該根據學校和學生的具體情況靈活安排，并可根據從事國際項目的單位的需求靈活定制。比如單位主要從事的項目都是要求采用美標設計的，那就沒必要去研究歐洲規范，而應把主要精力放在中、美規范的對比學習中。

3.2 示例分析

通過以上四方面的對比學習，可以讓學生對中外規范有了整體把握，對學習規范大有裨益。例如在學習地震動水作用時，可從以下方面進行學習：一是尋找國內外規范中具有地震動水作用計算相關規定的規范，比如中國《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111-2006）第7.2.7條，給出了等截面圓形橋墩的分布動水壓力及附加質量的計算方法，并且直接給出了總附加彎矩和剪力的計算公式；中國《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/TB02-01-2008）第5.5.3條給出了 E1地震作用下橋墩地震動水壓力的合力計算公式，該規范是在對多國動水壓力公式和參數研究討論后，參考日本規范動水壓力計算方法進行了修訂，該公式適用于圓形和矩形截面橋墩；中國《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ166-2011）中關于動水壓力的計算公式與我國公路抗震設計細則相同；Eurocode 8基于結構截面尺寸的比值，給出了不同截面形式的橋墩單位高度的動水附加質量計算方式，其動水附加質量為墩體所排開的水體質量。二是對各規范進行對比分析，比較可知：中國鐵路規范、日本規范及歐洲規范都是采用附加質量的方法考慮地震動水作用，但各自具體考慮的方法又有不同。綜合對比分析可以發現，目前規范中關于地震動水作用的計算有以下局限性：

（1）現行規范中關于地震動水作用的計算方法適用的橋梁跨徑范圍十分有限。我國現行《鐵路工程抗震設計規范》適用于跨徑不超過120m的普通混凝土橋或預應力混凝土橋及跨徑不超過150m的鋼橋；《公路橋梁抗震設計細則》適用于跨度小于150m的橋梁。

（2）現行規范適用的橋梁下部結構截面形式單一。相關規范只對圓形、圓端形和矩形等常規、簡單截面，而實際工程情況中深水橋梁大都具有高墩、大跨的特點，橋墩常采用不規則的空心截面，此時規范規定的動水壓力計算結果或將不可用。

（3）不同規范動水效應計算結果差異較大。例如我國抗震設計細則和日本規范計算結果比較接近，但抗震設計細則的計算結果和歐洲規范差異較大。

通過以上的對比學習，可以使學生全方位地對目前世界上各國規范對于動水作用的考慮情況，可以明確各國規范存在的問題和不足，對于進一步研究和規范選用有很大的幫助。總而言之，國內外主流規范的教學按五步走的方式進行：第一步，確定學習目標，可以是某個模塊比如基本規定模塊、極限狀態模塊、荷載及其組合模塊、構件抗彎計算模塊等等，也可以是某個具體的點，比如風荷載、移動荷載模式、溫度梯度模式、收縮徐變模型等等；第二步，尋找國內相關規范，但凡對學習目標有相關規定的規范都應將相關的條紋羅列下來；第三步，尋找相關國外規范，但凡對學習目標有規定的國外規范都盡可能找到，并將其相應的規范條紋羅列下來；第四步，國內、國外規范對應比較，此時應根據具體學習目標得特征，選擇合適的對比指標，例如對于前述的風荷載，可以比較風荷載的重現期水平、風荷載的分項系數、組合值系數、頻遇值系數、準永久值系數、風荷載的組合方法等等。比較指標確定后，可列表或者繪制比較圖形進行分析，應將相應規范的比較指標填入比較表格或者圖形，采用定量、定性相結合的方法進行比較；比較之后應能得出相應的有效結論，比如哪個規范可靠度指標更大、哪個規范更安全、哪個最不安全、哪個規范的規定最合理、哪個還需要改進、哪個規范值得國內規范借鑒、對國內規范修訂有哪些建議等等；第五步，在上述學習的基礎上，逐步建立對規范的評價體系[7-8]。如此，可以說對規范的學習就達到了最佳效果。

4 “一帶一路”背景下橋梁規范教學實施策略

4.1 引入國內外知名專家講座

知己知彼，百戰不殆。學習國外規范，離不開和國外專家的溝通交流，畢竟國外的專家對本國的規范更為熟悉。首先制定教學目標和教學計劃，然后分批引入國外知名專家進行國外相關主流規范的講解，使學生對國外規范有個總體的了解。還可以舉辦國外規范學習競賽，讓大家分享自己的學習成果，進一步激發學生對國外規范的學習興趣并強化學習效果。

4.2 校企合作，融入國際項目

當前，我國很多大型土建公司已深耕國外大型項目，學校和教師可以邀請這些單位的知名專家進行宣講，以幫助同學們進行國外規范的學習；教師也可以帶領學生參與這些單位的國外項目，全程跟蹤學習，產學研相結合，能達到更好的效果。此外，學校可以和長期進行大型海外項目建設的企業簽訂合作協議，并根據需求定制本校的國際主流橋梁建設規范、標準的教學方案。

4.3 分解目標，逐個擊破

由于目前國際上的主流規范包括美國規范和歐洲規范體系龐大，內容繁多，學習起來比較吃力。加上一些學生有語言障礙，很難快速實現教學目標。因此，需要對教學目標進行分解，然后根據情況循序漸進，逐個擊破。目標分解應注重邏輯層次，也應注意模塊化，注意由簡入深、全局到局部、從整體到細節的教學模式。首先，突破語言障礙。應該對橋梁工程專業相關的專業術語進行專門的整理，組織學生對這些專業英語進行專門學習，以減小英文規范的學習難度。其次，制定學習目標，比如從規范的設計理念、極限狀態設計法、設計材料指標、荷載及其組合、結構計算方法及構件驗算方法等分模塊學習，逐個擊破。最后，把各個模塊的知識點連為整體，進一步深入學習和理解。從以上三步走教學模式，學生就可以對國內外的橋梁主流規范有了較深入的了解。

5 結語

“一帶一路”倡議下，給廣大的橋梁工程師帶來了新的機遇和挑戰，高效和教師應該緊緊抓住整個契機，培養一批適應國際化需求的人才。熟悉世界主流橋梁設計、施工規范是挺近國際橋梁建設市場的強大武器。教師可采用語言突破、模塊突破、整體突破三步走教學模式，從縱向、橫向多維進行對比實現對國內外橋梁規范的學習。