公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性探討

摘要】隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建設(shè)工程如雨后春筍得到了蓬勃發(fā)展。公路橋梁工程是各類型公路工程的重要部分，歷年來(lái)備受人們的關(guān)注和重視。公路橋梁設(shè)計(jì)是公路橋梁工程建設(shè)的重要內(nèi)容，是工程建設(shè)開(kāi)展實(shí)施的重要依據(jù)，也是提高公路橋梁工程安全性和耐久性的關(guān)鍵舉措。本文主要分析了如何提高公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁設(shè)計(jì)；安全性；耐久性

公路橋梁工程完善我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)前提，在我國(guó)工程建設(shè)中占據(jù)著舉足輕重的重要地位。公路橋梁工程是指公路跨越水域、山谷或者跨過(guò)其他交通路線的工程建設(shè)，為了確保交通順暢，或者自然景觀的保護(hù)。公路橋梁工程建設(shè)容易遭受自然環(huán)境侵蝕、交通荷載、化學(xué)物質(zhì)作用等因素的損害，造成交通事故等安全隱患現(xiàn)象發(fā)生。公路橋梁設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的整體規(guī)劃，合理的設(shè)計(jì)方案能夠提高工程項(xiàng)目的質(zhì)量，確保工程建設(shè)有序的開(kāi)展，滿足人們對(duì)公路橋梁安全性和耐久性的需要。筆者結(jié)合多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，探討了提高公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性的幾點(diǎn)思考。

一、公路橋梁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題

（1）方案設(shè)計(jì)不合理。不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題存在不少需要改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性?。挥械挠?jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過(guò)大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄。這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

（2）施工不規(guī)范。國(guó)內(nèi)外多座橋梁出現(xiàn)安全性和耐久性差的現(xiàn)象，一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問(wèn)題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等；也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問(wèn)題，更是對(duì)橋梁安全造成致命的損害。

（3）設(shè)計(jì)理論不夠完善。國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少；重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命周期中最重要的卻恰恰是使用時(shí)的性能表現(xiàn)；重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護(hù)。實(shí)際上，目前的橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注，既沒(méi)有明確提出使用年限的要求，也沒(méi)有進(jìn)行專門的耐久性設(shè)計(jì)，這些傾向在一定程度上導(dǎo)致了當(dāng)前工程事故頻發(fā)，結(jié)構(gòu)使用性能差，使用壽命短的不良后果?？梢哉f(shuō)，目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)的設(shè)計(jì)，它只定義了設(shè)計(jì)建成時(shí)刻結(jié)構(gòu)具有的工作能力和性能，而對(duì)營(yíng)運(yùn)期間性能隨時(shí)間的劣化及其實(shí)際的性能表現(xiàn)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和考慮；換言之，從經(jīng)濟(jì)性的角度講是只考慮了建造成本，而忽視了營(yíng)運(yùn)期的維護(hù)成本和與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益。

二、公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性和耐久性缺失的原因

（1）設(shè)計(jì)原因。在公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)方案的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性最為重要，其次就是對(duì)結(jié)構(gòu)與相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，通過(guò)選擇可靠性、規(guī)范性的指標(biāo)及安全系數(shù)，確保公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多設(shè)計(jì)人員僅重視安全性的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)耐久性等關(guān)注不足，以至于在施工及使用過(guò)程中存在質(zhì)量隱患。

（2）施工原因。對(duì)于橋梁投入使用短期內(nèi)就發(fā)生的破壞或病害與劣化等，往往是由于工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而造成，如施工材料缺陷、施工技術(shù)不到位、管理手段缺乏、預(yù)應(yīng)力施加不合理等，對(duì)橋梁安全性和耐久性造成嚴(yán)重威脅。

（3）存在許許多多的不規(guī)范操作。在我國(guó)，時(shí)常出現(xiàn)有公路橋梁耐久性能以及安全性能極差的現(xiàn)象，通常情況下，我們認(rèn)為這是因?yàn)槭┕み^(guò)程中，操作過(guò)于野蠻，以及相關(guān)管理人員在進(jìn)行相關(guān)的管理過(guò)程中，管理散漫、腐敗所致。針對(duì)橋梁建成后在較短時(shí)間內(nèi)便發(fā)生的倒塌或者是突然性的破壞等事故，大多情況下是因?yàn)槭┕€(gè)過(guò)程中，施工的操作以及相關(guān)管理并沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求，一般情況下，其主要的原因便是因?yàn)椴牧媳旧淼囊源纬浜靡约笆┕すに嚶浜蟮仍?。?dāng)然，也有較多的施工隊(duì)伍在實(shí)際施工過(guò)程中，偷工減料所導(dǎo)致的，這些都嚴(yán)重的導(dǎo)致了整個(gè)橋梁工程的安全性受損。

（4）設(shè)計(jì)理論思想還存在欠缺性。就我國(guó)公路橋梁施工建設(shè)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)人員所在乎的，更多是橋梁本身的強(qiáng)度大小，而忽略了橋體本身的耐久性能；同時(shí)，對(duì)于橋梁本身的強(qiáng)度極限過(guò)分的在乎，但是忽視了橋梁使用壽命的極限值，但是在整個(gè)橋梁的生命周期中，起著最主要因素的確是結(jié)構(gòu)本身體現(xiàn)出來(lái)的性能優(yōu)劣，這就導(dǎo)致橋梁在建成以后，存在許許多多的安全隱患，使得橋梁得不到有效地安全保障。

三、提高橋梁安全性、耐久性的措施

（1）加強(qiáng)對(duì)橋梁壽命期的理解。我國(guó)在工程建設(shè)方面，將逐步從最初的單純?cè)O(shè)計(jì)滿足載荷強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原則轉(zhuǎn)變到既滿足載荷強(qiáng)度需求又滿足橋梁壽命需要的設(shè)計(jì)思路。符合國(guó)際上造橋?qū)勖诘囊?。加?qiáng)橋梁使用壽命的理解，應(yīng)首先要研究確定結(jié)構(gòu)重要性的方法例如，一般我國(guó)設(shè)計(jì)的公路橋梁若不是高速公路則只需設(shè)計(jì)50年壽命，而高速公路或其他造價(jià)較高的橋梁設(shè)計(jì)時(shí)則需100年甚至要150年。但這些壽命來(lái)源并不可靠，需經(jīng)過(guò)大量模擬實(shí)驗(yàn)證明壽命期定后橋梁建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行（包括養(yǎng)護(hù)、維修、管理）也需要綜合考慮，以便修建的橋梁壽命在預(yù)想之中。

（2）減輕環(huán)境因素的影響。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)的施工應(yīng)減輕甚至隔絕環(huán)境因素對(duì)混凝土和鋼筋的影響。特別在靠近氯離子侵蝕嚴(yán)重的海邊，其環(huán)境因素對(duì)橋梁的影響后果更不容忽視。橋面應(yīng)有一定的坡度或設(shè)置排水管道，在混凝土橋面板與路面層之間設(shè)置可靠防水層，防比水向下滲漏，造成環(huán)境對(duì)橋梁的破壞后果。

（3）重視橋梁疲勞損傷問(wèn)題的研究。橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實(shí)際上還存在有許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這此微小缺陷會(huì)逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果這些宏觀裂紋得不到有效控制，極有可能會(huì)引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂旱期疲勞損傷往往不易被檢測(cè)到，但其帶來(lái)的后果是災(zāi)難性的對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅指對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)而言，事實(shí)上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效。

（4）借鑒國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)和成果。國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)正常使用性能差，例如橋梁的線形不平順、振動(dòng)過(guò)大、接頭易跳車、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和變形過(guò)大等。而國(guó)內(nèi)橋梁的耐久性

和安全性也比較差。對(duì)于橋梁出現(xiàn)的這些問(wèn)題，我們應(yīng)認(rèn)真考慮國(guó)外有關(guān)橋梁方面的技術(shù)，應(yīng)認(rèn)真研究其優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)例如歐洲國(guó)家對(duì)結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，包括對(duì)結(jié)構(gòu)的變形、裂縫的處理，消除或減小振動(dòng)的方法等，這些設(shè)計(jì)都將加強(qiáng)橋梁的安全性和耐久性的設(shè)計(jì)。

綜上所述，公路橋梁工程在安全性與耐久性方面的設(shè)計(jì)欠缺己經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員必須正視并且急需解決的一個(gè)大問(wèn)題，這不僅需要我們立足于國(guó)內(nèi)大量的公路橋梁工程實(shí)例所積累起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，還需要我們能夠積極而又謙虛地對(duì)國(guó)際上的成功經(jīng)驗(yàn)和與慣例做法進(jìn)行良好的借鑒，從而最終將我國(guó)的公路橋梁設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新的臺(tái)階。因此，當(dāng)前的公路橋梁工程在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，不但要對(duì)其工程造價(jià)進(jìn)行層層把關(guān)，而且也要對(duì)整個(gè)公路橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和使用功能格外重視，同時(shí)還要密切關(guān)注在其運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的維修與日常維護(hù)的費(fèi)用以及對(duì)應(yīng)于其使用壽命的相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，對(duì)于公路橋梁設(shè)計(jì)而言，歸根結(jié)底，還是應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步豐富公路橋梁工程的相關(guān)設(shè)計(jì)理念，提高橋梁的整個(gè)結(jié)構(gòu)體系以及單一構(gòu)件的相關(guān)技術(shù)措施，并對(duì)超載、疲勞荷載等理論基礎(chǔ)較為淺薄的情祝進(jìn)行更深入的研究。

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