基于安全考慮的公路橋梁設(shè)計(jì)分析

李 俠，姜春磊

（威海市公路勘察設(shè)計(jì)院，山東 威海 264200）

橋梁在公路工程中占有很重要的地位。公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需對(duì)工程力學(xué)非常熟悉，并有較高的設(shè)計(jì)水平。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中稍有疏忽就可能帶來(lái)安全隱患，對(duì)公路橋梁的使用壽命產(chǎn)生影響，還有可能對(duì)人身安全構(gòu)成威脅?；诎踩紤]，加強(qiáng)對(duì)公路橋梁的設(shè)計(jì)分析非常必要。

1 基于安全考慮的公路橋梁設(shè)計(jì)問(wèn)題

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性問(wèn)題

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，尤其是有關(guān)橋梁施工與安全使用方面，還存在許多可改進(jìn)的地方。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)合理是首要任務(wù)；在構(gòu)件的設(shè)計(jì)分析中，選用規(guī)范指標(biāo)與安全系數(shù)，是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要保證。而在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，多數(shù)設(shè)計(jì)者僅是滿足規(guī)范在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全方面的需要，在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、體系與材料維護(hù)等方面，經(jīng)常存在人為錯(cuò)誤，會(huì)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重大影響。還有的橋梁設(shè)計(jì)出現(xiàn)受力路線與計(jì)算圖式不是很確切的情況，使得橋梁局部受力比較大，也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生很大影響。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性問(wèn)題

有些橋梁設(shè)計(jì)滿足了有關(guān)強(qiáng)度規(guī)范的要求，但在結(jié)構(gòu)整體性以及延性方面表現(xiàn)不足，其冗余性較小。還有些砼的強(qiáng)度比較低，鋼筋太細(xì)，保護(hù)層的厚度太小，構(gòu)件截面太薄，這些因素均對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響，使橋梁在投入使用數(shù)年后就開始出現(xiàn)病害。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)耐久安全性也是必需要考慮的問(wèn)題，可從材料與結(jié)構(gòu)等方面入手，以加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久安全性。

每個(gè)公路橋梁均有自身結(jié)構(gòu)體系與地理位置，以及應(yīng)用環(huán)境，在設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)師不能僅按照規(guī)范來(lái)套用有關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這樣肯定會(huì)存在一些人為問(wèn)題。隨著新材料、新科技與新工藝的發(fā)展，不論規(guī)范更新多快，也無(wú)法追趕快速發(fā)展的科技，無(wú)法有效適應(yīng)新技術(shù)、新材料所帶來(lái)的影響，這要求設(shè)計(jì)師進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要滿足規(guī)范要求，還應(yīng)憑借設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)與正確的認(rèn)識(shí)判斷，更大程度地提高公路橋梁的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 基于安全考慮的公路橋梁設(shè)計(jì)措施

2.1 公路橋梁總跨徑與孔徑的確定

要確保公路橋梁的安全性，必須從安全角度出發(fā)考慮橋梁設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)橋梁總跨徑的精準(zhǔn)確定，需要依據(jù)可靠的地質(zhì)水文資料進(jìn)行綜合分析計(jì)算，并考慮總跨徑與兩邊公路間的銜接，確保橋下具有足夠排洪的面積。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性，特別是橋梁長(zhǎng)度，對(duì)公路工程成本具有重要影響。橋梁長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)埋深與土壤性質(zhì)，并基于河床可允許的沖刷深度，通過(guò)各方面的綜合考慮之后進(jìn)行確定，在允許范圍內(nèi)，可對(duì)橋梁總長(zhǎng)度進(jìn)行縮減，以盡可能降低工程投資總成本。對(duì)于橋梁孔徑，需依據(jù)泄洪要求來(lái)確定。在公路橋梁設(shè)計(jì)中，橋梁跨徑與分孔設(shè)定是很重要的，會(huì)直接影響橋梁施工難易程度與使用效果，并且還會(huì)影響公路橋梁總的造價(jià)成本。當(dāng)橋梁多孔且孔徑較小時(shí)，其橋梁上部造價(jià)相對(duì)較低，下部造價(jià)要高一些；當(dāng)橋梁少孔且跨徑大時(shí)，橋梁上部的造價(jià)就相對(duì)較高，下部墩臺(tái)造價(jià)相對(duì)少一些。在確定橋梁孔位與孔徑時(shí)，應(yīng)選擇最合理經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，讓橋梁總造價(jià)向最低趨勢(shì)發(fā)展。

2.2 公路橋梁標(biāo)高與橫斷面的確定

橋梁標(biāo)高是橋梁設(shè)計(jì)中的重要數(shù)據(jù)。為確保橋梁下部的通航與排洪需要，需根據(jù)橋梁標(biāo)高及洪水的水位凈空要求，并參考橋型跨徑，對(duì)橋道標(biāo)高給予確定，再依據(jù)線路與地形要求，對(duì)橋梁縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在公路橋梁設(shè)計(jì)中，橫斷面確定是很重要的，橋梁設(shè)計(jì)師要對(duì)橋面寬度與橫斷面布置數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以滿足通車與行人需要，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才最為經(jīng)濟(jì)合理。另外，為確保橋梁橋頭與線形引道平順及橋梁使用的舒適性，應(yīng)從橋梁自身經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行考慮，制定科學(xué)合理的施工方案，以確保公路橋梁的施工質(zhì)量與安全性。

2.3 加強(qiáng)對(duì)橋梁疲勞損傷的關(guān)注

公路橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)受到風(fēng)荷載與車輛荷載的影響，這兩種荷載均為動(dòng)荷載，會(huì)使橋梁內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力變化，引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)，并累積結(jié)構(gòu)疲勞損傷。橋梁材料并非連續(xù)均勻的，存在較多細(xì)小的缺陷。在循環(huán)荷載下，微缺陷就會(huì)逐步發(fā)展，并形成損傷。材料當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)較大的裂紋，該裂紋如果未及時(shí)得到有效的控制，就會(huì)引發(fā)材料或者結(jié)構(gòu)脆性的斷裂。在橋梁初期使用中，疲勞損傷是難以檢測(cè)到的，往往會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性后果。以前疲勞損傷被認(rèn)為只是鋼橋設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，但隨著公路橋梁坍塌事故的不斷發(fā)生，疲勞損傷也在混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中被關(guān)注。疲勞損傷并非僅指整個(gè)結(jié)構(gòu)，有時(shí)一些關(guān)鍵位置出現(xiàn)局部疲勞損傷，也可能致使整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)失效，如斜拉橋的拉索錨固疲勞損傷。

2.4 重視橋梁超載

在橋梁超載中，主要有原設(shè)計(jì)、車輛違規(guī)與老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)等三方面的超載，在我國(guó)，車輛違規(guī)與超過(guò)原設(shè)計(jì)的車流量超載比較常見。橋梁超載會(huì)使橋梁的疲勞應(yīng)力增大，加劇損傷程度，還可能會(huì)出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的破壞事故。并且因超載帶來(lái)的損傷無(wú)法恢復(fù)，會(huì)讓橋梁在正常狀況下，出現(xiàn)工作狀態(tài)的變化，危害其耐久安全性。如混凝土橋梁在車輛超載下，有可能出現(xiàn)開裂，即使荷載消除后，裂縫閉合，混凝土內(nèi)部也容易出現(xiàn)損傷，其構(gòu)件易開裂，彎矩也變低。為確保橋梁設(shè)計(jì)的安全合理，應(yīng)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)成果，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)，主要包含裂縫、變形、美觀與振動(dòng)等方面的分析設(shè)計(jì)，以確保橋梁在其使用壽命內(nèi)，除具備安全性外，還有良好的耐疲勞、抗腐蝕等使用性能。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路工程規(guī)模和數(shù)量也不斷增加，橋梁相關(guān)工程也逐步增多。為確保橋梁使用壽命及安全性，除保障公路橋梁的施工質(zhì)量外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)公路橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)可能存在的影響因素進(jìn)行綜合分析，從安全角度，考慮橋梁所承受的風(fēng)、車輛、超載與疲勞損傷等因素，以確保橋梁設(shè)計(jì)的合理性，提高公路橋梁使用壽命。

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