橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性問題

劉躍勇

(貴州省交通設(shè)計研究院股份有限公司)

橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性問題

劉躍勇

(貴州省交通設(shè)計研究院股份有限公司)

對影響橋梁安全性及耐久性的原因進(jìn)行了分析，最終針對所存在的問題提出了相關(guān)強(qiáng)化策略，為橋梁設(shè)計的優(yōu)化提供一些具有價值的參考憑據(jù)。

橋梁設(shè)計;安全性;持久性;問題

1 橋梁安全性、耐久性不足的危害

(1)橋梁的安全性與耐久性不足會影響到橋梁運營，維護(hù)起來也會有困難，嚴(yán)重的會造成慘重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。(2)據(jù)國際相關(guān)統(tǒng)計橋梁工程事故數(shù)據(jù)，嚴(yán)重的工程事故80%都是人為因素造成的，主要體現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)的安全、質(zhì)量和管理方面。一旦橋梁結(jié)構(gòu)病變不能及時地維護(hù)或是拆除，那么工程就會不定時地出現(xiàn)垮塌，造成嚴(yán)重的損失。(3)惡劣的環(huán)境社會影響。很多新建以及改建的橋梁在不斷立項同時，不斷進(jìn)行加固維修或是拆除使用年限橋的工程，例如我國某大橋，它是高速上的一座預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋，跨徑組成為3聯(lián)4×40 m，橋梁全長495.43 m，該橋因為承載能力降低，不能滿足使用要求，經(jīng)專家多次論證后，需進(jìn)行拆除。

2 影響橋梁安全性及耐久性的原因分析

2.1 設(shè)計理念較為落后

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶動了我國橋梁事業(yè)的發(fā)展，以此同時橋梁施工技術(shù)水平也逐漸提升。然而，由于受到傳統(tǒng)設(shè)計理念的影響，導(dǎo)致我國橋梁在設(shè)計方面存在滯后的現(xiàn)象。橋路的設(shè)計不但需要對建設(shè)成本加以考慮，還需要對設(shè)計的可靠性及安全性加以考慮，保證設(shè)計的可靠性及安全性，才能使橋路質(zhì)量得到有效增強(qiáng)，進(jìn)一步才能夠保證人民的人身財產(chǎn)安全。然而現(xiàn)狀下，部分設(shè)計工作人員卻沒有對橋梁材料強(qiáng)度的規(guī)范性加以考慮，在施工設(shè)計過程中沒有結(jié)合安全性能以及構(gòu)造體系等要素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步使橋梁的整體質(zhì)量受到很大程度的考驗。

2.2 施工管理水平普遍較低

在我國橋梁建設(shè)過程中，普遍存在施工管理水平低的現(xiàn)象。在施工管理過程中，普遍存在選材不規(guī)范、不科學(xué)的現(xiàn)象，使得實際設(shè)計很難達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，還存在偷工減料的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致橋梁的整體質(zhì)量大大降低。除此之外，由于施工人員綜合素質(zhì)較低，沒有有效的施工技術(shù)作保障，在施工過程中，存在盲目施工、不按相關(guān)規(guī)范流程施工的現(xiàn)象，進(jìn)一步使橋梁的整體質(zhì)量飽受考驗。

3 在開展橋梁設(shè)計工作中提升橋梁安全性與耐用性的途徑

3.1 提高對橋梁結(jié)構(gòu)上耐久性問題的認(rèn)識

(1)耐久性設(shè)計的總體流程。

有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)服務(wù)壽命設(shè)計計算的方法是基于破壞概率的統(tǒng)計理論發(fā)展來的，參數(shù)考慮的出發(fā)點是將時間性能與承載性能結(jié)合為一個參數(shù)，那就是總荷載中包括環(huán)境對結(jié)構(gòu)的作用，例如機(jī)械荷載與氣候作用，氣候主要包括陽光、溫度、水分、污染物等;總性能包括承載力、密實性、裂縫、表面平整度等。首次在實際的耐久性設(shè)計中融入統(tǒng)計理論，對于混凝土結(jié)構(gòu)壽命的安全系數(shù)的提升具有重要的意義。在進(jìn)行混凝土耐久性參數(shù)設(shè)計中，將靜態(tài)與動態(tài)性能參數(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，提出了基于使用壽命的耐久性設(shè)計方法。普通力學(xué)的設(shè)計靜態(tài)、疲勞、動態(tài)結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)構(gòu)的初步尺寸、配筋量、混凝土的強(qiáng)度確定下來，耐久性設(shè)計要對結(jié)構(gòu)的服務(wù)壽命和設(shè)計壽命確定下來，還要對橋梁工程建設(shè)的外部環(huán)境進(jìn)行分析后確定耐久性設(shè)計。同時要確定劣化機(jī)理，根據(jù)劣化機(jī)理來確定耐久性的模型?；炷亮踊c鋼筋、銹蝕程度是確定耐久性設(shè)計的參數(shù)，優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)要精細(xì)，同時混凝土保護(hù)層也要優(yōu)化。

(2)建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計考慮因素的分析。

對于橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性研究主要是對影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素進(jìn)行分析，影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的材料因素有:材料性能的退化、結(jié)構(gòu)的變形等。出于全壽命的經(jīng)濟(jì)性的耐久性設(shè)計方法是根據(jù)材料的物理化學(xué)特性變化進(jìn)行，一旦物理化學(xué)特征發(fā)生變化，說明橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足。物理變化如混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、鋼筋以及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件腐蝕都會使結(jié)構(gòu)的耐久性降低，因此，分析材料的性能對于橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性研究有著重要的意義，同時還能對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法進(jìn)行完善，材料性能的退化是研究的主要內(nèi)容。首先，從建筑材料分析，哪種材料更加有利于結(jié)構(gòu)耐久性之前，要分析混凝土結(jié)構(gòu)的碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕程度，混凝土耐久性的基本要求如表1所示。其次是鋼結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的耐久性設(shè)計方法，要對構(gòu)件進(jìn)行模擬實驗銹后構(gòu)件的承載能力進(jìn)行計算，通過計算的結(jié)果確定構(gòu)件的使用周期有多久。

表1 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求

(3)耐久性設(shè)計具體實施方法。

①結(jié)構(gòu)的使用壽命以及機(jī)構(gòu)極限的耐久性。要根據(jù)橋梁工程的設(shè)計年限以及結(jié)構(gòu)耐久性等級來確定機(jī)構(gòu)的使用壽命和耐久性，在我國橋梁工程中，對于使用壽命問題沒有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不同的橋梁工程的使用壽命都沒有唯一固定的范圍，在進(jìn)行耐久性設(shè)計時，不要忽視橋梁結(jié)構(gòu)在運行中，由于外界因素的影響到結(jié)構(gòu)耐久性，雖然在設(shè)計中已經(jīng)對耐久性能的確定依據(jù)強(qiáng)度的極限狀態(tài)。耐久性設(shè)計要考慮到的耐久性極限，包括適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，適用性極限的結(jié)構(gòu)需要全面維修恢復(fù)使用功能，安全性極限要確保結(jié)構(gòu)能夠承受最大的承載力分界值。經(jīng)濟(jì)性極限是指橋梁結(jié)構(gòu)中不能通過修復(fù)恢復(fù)正常使用的部分，喪失使用功能的同時，就不再具有經(jīng)濟(jì)性。②通過勘察分析影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素。在橋梁工程開始前，要對橋梁施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，對于所在地的氣候以及地質(zhì)條件、環(huán)境進(jìn)行分析，通過查找相關(guān)資料，研究分析這些因素會對橋梁結(jié)構(gòu)影響作用下的退化機(jī)理，最后確定結(jié)構(gòu)耐久性。③建立耐久性模型，并計算耐久性參數(shù)。耐久性模型的建立以及計算公式，需要在分析影響耐久性因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行。將影響參數(shù)帶入計算公式計算機(jī)構(gòu)的耐久度。例如，建立基于材料碳化的結(jié)構(gòu)耐久度的計算，需要考慮材料的碳化深度、剩余碳化深度、環(huán)境因子，結(jié)構(gòu)應(yīng)力等多種因素。④耐久度的確定要通過不斷地修改耐久性設(shè)計公式以及模型，耐久性參數(shù)會影響到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，因此，在設(shè)計耐久性時，要考慮到應(yīng)力效益，例如混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋的銹蝕程度等，耐久性的參數(shù)要適時地進(jìn)行修正。

3.2 超載橋梁管理與設(shè)計

通常情況下，超載橋梁所指的是以下三種橋梁:首先是針對那些修建時間比較久的橋梁而言的;其次是針對橋梁自身的承載負(fù)荷量而言的;最后是針對通過橋梁車輛的違規(guī)超載行為而言的。以上問題產(chǎn)生的原因有:首先是橋梁荷載的設(shè)計問題;其次是管理問題。而要想從根上解決這一問題就需要同時抓好這兩個問題。首先是要求交管部門要強(qiáng)化管理與維護(hù);其次要求相關(guān)部門要針對問題探尋原因，總結(jié)經(jīng)驗與不足，從而實現(xiàn)在設(shè)計上的進(jìn)步。

3.3 強(qiáng)化對橋梁工程施工質(zhì)量的監(jiān)管

當(dāng)前我國橋梁在設(shè)計方面主要呈現(xiàn)出的問題為:使用性能差、安全性能以及耐用性能得不到保障。而這些問題產(chǎn)生的原因一方面來自施工質(zhì)量與施工監(jiān)理;另一方面則是來自于橋梁的設(shè)計問題。因此，這就要求我國橋梁工程要在提升施工工藝與施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)對工程施工質(zhì)量的監(jiān)管，與此同時，要借鑒國外在橋梁設(shè)計方面的先進(jìn)經(jīng)驗，實現(xiàn)我國橋梁設(shè)計技術(shù)的提升，從而使我國橋梁的安全性與耐久性得到保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，橋梁的耐久性與安全性不僅關(guān)系到了橋梁的使用效益，還直接影響到人們的生命安全，因此，為了確保橋梁的質(zhì)量，就需要從設(shè)計環(huán)節(jié)上就抓好橋梁安全性與耐久性問題。這就要求首先要提高對橋梁結(jié)構(gòu)上耐久性問題的認(rèn)識;再次同時抓好超載橋梁的設(shè)計與管理工作，最后要強(qiáng)化對橋梁施工質(zhì)量的監(jiān)管，并積極借鑒國外先進(jìn)的設(shè)計理念，從而在提升我國橋梁的安全性與耐久性的基礎(chǔ)上，確保實現(xiàn)橋梁工程的綜合效益。

［1］ 李新琴，楊俊慧.橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012，11(15):13－15.

［2］ 徐凱東，李博.橋梁設(shè)計中搞得安全性與耐久性問題［J］.黑龍江交通科技，2009，3(2):72－73.

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