橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討

甘慶麗

（新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要求設(shè)計(jì)者具備豐富、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需要有一定的工程經(jīng)驗(yàn)，任何主觀經(jīng)驗(yàn)上的偏差都可能影響設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。目前，國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題一般都受到了重視，但結(jié)構(gòu)的耐久性問題卻往往被忽視。耐久性與時(shí)間因素相關(guān)，短時(shí)間內(nèi)是無法觀察到的，而耐久性一旦出現(xiàn)問題就難以解決，這就造成了耐久性問題在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較突出。一旦出現(xiàn)問題，后期需要花費(fèi)大量的資金進(jìn)行結(jié)構(gòu)維護(hù)，反而得不償失。結(jié)構(gòu)使用性能偏差、壽命較短、工程事故接連出現(xiàn)等問題違背了工程界中普遍要求的耐久、適用、安全的原則，也不符合結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計(jì)的理念。

1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

前文所述問題的出現(xiàn)主要是因?yàn)槲覈臉蛄航Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理還不夠完善，設(shè)計(jì)重點(diǎn)偏向于橋梁施工過程中的安全性，對使用時(shí)的安全問題考慮不夠。人們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往會追求經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)形式，但卻忽略了更為重要的結(jié)構(gòu)的連接，結(jié)構(gòu)構(gòu)造和維護(hù)，材料的耐久性等問題，同時(shí)施工過程中的人為錯(cuò)誤也影響到了結(jié)構(gòu)的安全，但是這些問題都沒能引起足夠的重視。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各個(gè)因素都應(yīng)符合規(guī)范的要求，并遵守安全制度，以保證結(jié)構(gòu)的安全，這對于橋梁設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。

2 橋梁設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

2.1 重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題

國內(nèi)的設(shè)計(jì)人員經(jīng)過多年的理論研究和工程實(shí)踐，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得了一定的成果。但這些研究更多的是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度出發(fā)，忽略了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改善對提高耐久性的作用。在實(shí)際工程中，由于受到環(huán)境等因素影響，耐久性已成為橋梁設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題，并且耐久性也時(shí)常因?yàn)槭┕すこ讨胁僮鞑划?dāng)而降低。長期以來，設(shè)計(jì)人員更加重視計(jì)算方法的研究，卻忽視了從結(jié)構(gòu)構(gòu)造的細(xì)節(jié)上加以改善。常規(guī)的設(shè)計(jì)是一蹴而就地解決強(qiáng)度問題，但耐久性設(shè)計(jì)涉及到時(shí)間因素，需要?jiǎng)討B(tài)地考慮，本質(zhì)上與常規(guī)設(shè)計(jì)大相徑庭。耐久性問題關(guān)系到橋梁的長久使用和后期維護(hù)，需要引起足夠的重視。耐久性問題雖然在短時(shí)間內(nèi)無法觀察到，但它是存在的，若等到問題出現(xiàn)后再補(bǔ)救，則比較困難。因此橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)對橋梁的長期安全和使用壽命具有重大的意義。

2.2 重視橋梁的疲勞損傷問題

橋梁結(jié)構(gòu)由于其用途和工作場所的不同，主要承受車輛荷載和風(fēng)荷載，這兩種荷載都是動荷載。在動荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力，這會使結(jié)構(gòu)在循環(huán)反復(fù)的振動中不斷積累疲勞損傷。橋梁結(jié)構(gòu)在施工工程中由于各種因素的影響而無法做到內(nèi)部材料的均勻和連續(xù)，這其中隱藏著許多微小的缺陷。這些小缺陷在動荷載作用下會不斷發(fā)展成為大的損傷，當(dāng)損傷積累到一定程度時(shí)會產(chǎn)生肉眼可視的裂紋。隨著裂紋的產(chǎn)生，很有可能在未來某個(gè)時(shí)間突然災(zāi)難性地發(fā)生結(jié)構(gòu)的脆性斷裂，其后果非常嚴(yán)重。因此為了避免災(zāi)難的發(fā)生，要提前做好疲勞損傷的防治工作，對疲勞損傷的研究要給予足夠的重視，防患于未然。

2.3 重視橋梁的超載問題

橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常都是在符合正常使用要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但在橋梁的實(shí)際運(yùn)營中，橋梁荷載并非都是在設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)。因此選取橋梁荷載時(shí)，應(yīng)考慮超載的防治措施。超載會使動荷載應(yīng)力幅值增大，從而加劇損傷的產(chǎn)生和發(fā)展。由于超載造成的損傷超出正常設(shè)計(jì)要求，因而損傷的產(chǎn)生即使在超載消失后仍然無法恢復(fù)。更嚴(yán)重的是超載的突然出現(xiàn)可能會破壞橋梁的結(jié)構(gòu)，引發(fā)嚴(yán)重的事故。超載會危害到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，因此需要加強(qiáng)對橋梁超載問題的研究。

2.4 重視橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能

橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)常應(yīng)用在地震區(qū)，地震作用會對橋梁產(chǎn)生損壞，并且橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮到了動荷載的作用，因此可以在鞏固動荷載措施的基礎(chǔ)上，考慮橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，將兩者合二為一。對橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能要求非常嚴(yán)格，必須保證橋梁的施工質(zhì)量，任何細(xì)節(jié)方面的疏忽都可能成為隱患，比如：要在改進(jìn)操作工藝的基礎(chǔ)上加強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料的整體連續(xù)性；要加強(qiáng)橋梁支座的錨固，并且墩臺和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度要有所提高；通過合理增加配筋，使結(jié)構(gòu)有更好的延性；如果橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中存在著不良土層時(shí)，必須采取措施替換或者加強(qiáng)；當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)中存在對抗震不利的薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，需要采取結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施進(jìn)行處理。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮抗震性能，不僅能使橋梁的動荷載抵抗能力有所加強(qiáng)，而且面對地震災(zāi)害時(shí)具備一定的防護(hù)作用。

2.5 重視環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展

橋梁結(jié)構(gòu)通常會在一定程度上對周邊環(huán)境造成破壞，包括水、空氣、植被、地形地貌等。隨著文明的發(fā)展，人們對環(huán)境越來越重視，因此在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要重視環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)中應(yīng)對橋梁位置的選擇、橋梁跨度、基礎(chǔ)選型、施工方法等多因素做全方位考慮，追求對環(huán)境破壞的最小化。施工過程中盡量減少對植被的破壞，避免水土流失，做好防污染處理等，采取各種可行的措施最大程度地保護(hù)好環(huán)境，并將可持續(xù)發(fā)展理念應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中。

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究方向

3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度分析

許多學(xué)者基于不同的研究理論從不同角度對結(jié)構(gòu)可靠度進(jìn)行了分析，取得了一定的成果。同時(shí)，一些學(xué)者還研究了系統(tǒng)可靠度界定的方法?？傊?，橋梁結(jié)構(gòu)可靠度是一個(gè)復(fù)雜的課題，其中蘊(yùn)含了豐富的內(nèi)容，其研究具有一定的難度，需要專家學(xué)者不斷努力探索。

3.2 人為差錯(cuò)的分析

橋梁結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的很多問題是設(shè)計(jì)和施工過程中參與人員專業(yè)知識或者經(jīng)驗(yàn)不足產(chǎn)生的人為差錯(cuò)所導(dǎo)致的，有許多工程失敗的案例都是如此。關(guān)于人為差錯(cuò)的分析研究目前已經(jīng)成為了研究重點(diǎn)。

3.3 在役結(jié)構(gòu)的可靠度評估與維修決策問題

在役結(jié)構(gòu)的可靠度評估與維修決策問題涉及的學(xué)科范圍廣，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論學(xué)科。在這些理論的基礎(chǔ)上，這一問題的研究更關(guān)系到施工工藝、檢驗(yàn)手段、建筑物的后期維護(hù)狀況等因素。

3.4 模糊隨機(jī)可靠度的研究

隨著對模糊數(shù)學(xué)研究的不斷深入，工程結(jié)構(gòu)模糊隨機(jī)可靠度理論得到了不斷的發(fā)展和完善。科學(xué)、先進(jìn)的理論基礎(chǔ)將對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到推動作用。

4 結(jié)語

隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)項(xiàng)目日益增多，研究橋梁結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)具有重要意義。鑒于此，筆者結(jié)合近年來從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)過程中常見的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題進(jìn)行了分析，旨在為同行提供參考。

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