探討橋梁設(shè)計(jì)中的安全性影響因素

胡 可

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究股份有限公司)

1 橋梁安全性設(shè)計(jì)

橋梁構(gòu)建的承載性和整體結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性，是橋梁結(jié)構(gòu)的安全性的兩個(gè)重要方面。首先，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須具備足夠的承載性，在各種不同的外來作用下，例如地質(zhì)災(zāi)害、大風(fēng)、暴雨、車輛超載等，橋梁自身的結(jié)構(gòu)必須具備承受這些外來作用力。作為橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力危害因素之一，負(fù)荷性超載主要表現(xiàn)在:超負(fù)荷或者時(shí)間方面的超載，對(duì)橋梁產(chǎn)生的損傷增大，增加了橋梁的應(yīng)力幅度，甚至?xí)斐蓸蛄航Y(jié)構(gòu)破壞，有的甚至是永久性的破壞。在橋梁正常荷載情況下，沒有辦法恢復(fù)橋梁內(nèi)部的各種損傷，在更大程度上，橋梁結(jié)構(gòu)工作的狀態(tài)因?yàn)檐囕v的超載等造成的一定程度的變化，會(huì)影響到橋梁長期運(yùn)行的安全性能。其次，在橋梁的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)局部的損壞時(shí)，能夠避免產(chǎn)生更大損壞后果能力，稱之為橋梁結(jié)構(gòu)的整體堅(jiān)固性。在地質(zhì)災(zāi)害、爆炸以及人為造成的一些危害方面，如果一個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性，就能夠通過橋梁結(jié)構(gòu)必要的冗余度以及良好的延展性，發(fā)揮出橋梁自我規(guī)避能力，最大限度的減少橋梁損壞。

2 橋梁設(shè)計(jì)中的安全性影響因素分析

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)方案確保公路設(shè)計(jì)安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理，其次是與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及安全系數(shù)分析，以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。很多設(shè)計(jì)師忽視結(jié)構(gòu)、材料耐久性，不重視設(shè)計(jì)、施工、使用等方面問題，一味追求安全規(guī)范的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。有的混凝土截面鋼筋的直徑小而且薄，保護(hù)層厚度過小，強(qiáng)度等級(jí)太低;設(shè)計(jì)圖紙中，一些應(yīng)力路徑和計(jì)算模式不清晰，局部受力造成過大;這會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全，減小了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。在橋梁安全性設(shè)計(jì)中，由于影響結(jié)構(gòu)的安全耐久性問題，及時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)格滿足強(qiáng)度要求，使用壽命也只有5至10年的時(shí)間。設(shè)計(jì)應(yīng)該從多方面采取措施，包括結(jié)構(gòu)計(jì)算、建筑材料等，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。

在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布局和結(jié)構(gòu)方面，不同的設(shè)計(jì)對(duì)象、使用條件和使用環(huán)境具有不同的需求。即使橋梁施工結(jié)構(gòu)要求規(guī)范更新得再快，也適應(yīng)不了新技術(shù)和新材料快速發(fā)展的各種新的需求，施工過程各項(xiàng)工藝再規(guī)范，如果在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)師沒有解決好各種問題，還是會(huì)帶來橋梁結(jié)構(gòu)安全性問題。因此，除了滿足標(biāo)準(zhǔn)要求合理可靠，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)本性的認(rèn)識(shí)，還要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師具有更高的經(jīng)驗(yàn)和判斷水準(zhǔn)。

3 下部結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)

3.1 分聯(lián)墩蓋梁

分聯(lián)墩處上部結(jié)構(gòu)的伸縮縫的設(shè)置設(shè)計(jì)，水往往通過伸縮縫滲漏的薄弱環(huán)節(jié)到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是除冰鹽的使用地區(qū)，部分墩長期承受除冰鹽的腐蝕。因此，部分墩頂應(yīng)設(shè)置橫坡，以方便水從橋面排走，并在蓋梁保護(hù)層厚度方面進(jìn)行防腐蝕設(shè)計(jì)。此外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免不利橋墩和樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)影響因素，可以設(shè)置蓋檐滴水槽。

3.2 樁頂

橋梁樁基的安全性直接決定了橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。樁頂與承臺(tái)或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應(yīng)力集中部位。橋梁樁的總體設(shè)計(jì)，同時(shí)也受到地表水、地下水、除冰鹽水、表層土壤(尤其是鹽堿地、土壤有機(jī)質(zhì))的一個(gè)或幾個(gè)因素影響，往往在干濕交替腐蝕環(huán)境，不利于橋梁使用，也對(duì)鋼筋混凝土的耐久性造成一定的威脅。因此，樁基礎(chǔ)的樁頂設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)樁端條件設(shè)計(jì)水平、土壤條件以及環(huán)境水平合理地決策，選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的耐久性設(shè)計(jì)，最終確定保護(hù)層厚度。

3.3 加強(qiáng)構(gòu)造配筋，防止和控制混凝土裂縫

混凝土裂縫的防治，在混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性方面具有重要的作用。控制混凝土裂縫控制裂縫，除了按規(guī)范要求正常使用極限狀態(tài)，還有要求從設(shè)計(jì)上采取結(jié)構(gòu)措施，施工及使用過程中，要能夠預(yù)防和控制混凝土出現(xiàn)大量非工作裂縫。

3.4 注重橋梁的超載

超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅值的增加，造成損傷，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，正常負(fù)載條件變化下工作的橋梁發(fā)生變化，導(dǎo)致橋梁的安全性和可能的危害性。因此，交通管理部門加強(qiáng)對(duì)超載運(yùn)輸管理。

4 橋梁路堤和路面結(jié)構(gòu)層的安全設(shè)計(jì)

在高等級(jí)公路軟土地基的處理上多采用排水固結(jié)法的觀點(diǎn)，從提高軟土路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度等角度，結(jié)合路橋不均勻沉降引起的橋頭跳車現(xiàn)象，從設(shè)計(jì)階段和施工階段，減少軟土路基工后沉降。

在設(shè)計(jì)階段，盡量考慮樓板的建立，在樓板和轉(zhuǎn)彎處的結(jié)構(gòu)，如果可能的話可以伸縮轉(zhuǎn)彎處移位設(shè)計(jì)到橋墩上，減少橋臺(tái)、橋面板的上部結(jié)構(gòu)的變形，連續(xù)擴(kuò)大橋面上部構(gòu)造到搭板內(nèi)。同時(shí)，仔細(xì)分析地基土支承力，以確定如何使橋臺(tái)路堤更為緊湊的設(shè)計(jì)方法。相鄰板一定長度的路基填土內(nèi)，用水泥穩(wěn)定碎石層，一層鋼網(wǎng)，路基剛度逐漸過渡。考慮橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置地質(zhì)情況、路堤長度、填方高度、路堤沉降以及填料來源等問題，盡量避免大河面小跨徑橋涵，選擇好橋位及橋涵跨徑和橋臺(tái)后部防護(hù)工程，設(shè)計(jì)單位要嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范;對(duì)橋頭堡位置設(shè)計(jì)提出設(shè)計(jì)和施工方面意見;并且認(rèn)真詳細(xì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)交底。

5 結(jié)束語

安全性不足是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迫切需要解決的問題。要從設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和橋梁構(gòu)造的角度，積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，做好耐久安全性的設(shè)計(jì)工作。

［1］趙逵.橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性研究［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，(4).

［2］彭?xiàng)澞?，馮建華.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)［J］.深圳土木與建筑，2006，(2).