淺析公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性

陳杰超

義烏市交通設(shè)計(jì)有限公司 浙江省義烏市 322000

摘要：進(jìn)入21新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在穩(wěn)步發(fā)展的背景下，逐步開始對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)工程給予了足夠的重視。比如公路、橋梁工程的建設(shè)，我國(guó)在人力、物力、財(cái)力等多方面都加大了投入。對(duì)于公路橋梁建設(shè)工程來(lái)說(shuō)，要想順利開展，需要做好多方面的工作。其中，公路橋梁的設(shè)計(jì)便顯得尤為重要。然而，還有很多因素會(huì)對(duì)公路橋梁的安全性及耐久性造成影響，比如設(shè)計(jì)理念較為落后、施工管理水平普遍較低等。鑒于此，本文對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及橋梁耐久性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；安全性；耐久性；設(shè)計(jì)；問題；探討

一、公路橋梁設(shè)計(jì)安全性與耐久性現(xiàn)狀分析

公路橋梁結(jié)構(gòu)是不不同于步行橋，它僅用于行人和非機(jī)動(dòng)車。其承擔(dān)的荷載要考慮機(jī)動(dòng)車輛超載和沖擊的影響，而近幾年我國(guó)汽車使用量呈直線上升趨勢(shì)，機(jī)車使用高速公路運(yùn)輸率有所提升，公路橋梁設(shè)計(jì)和施工建設(shè)出現(xiàn)問題，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

因此，必須在公路橋梁設(shè)計(jì)上下功夫，完善公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)公路橋使用的安全性和耐久性?，F(xiàn)階段，在我國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)工作中，主要存在著兩大問題。

其一是安全性和耐久性較差的問題，主要包括維修費(fèi)用高、使用壽命短以及易出現(xiàn)安全事故等內(nèi)容；

其二是橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用性能差的問題，主要包括變形程度大、線形不平順、結(jié)構(gòu)易開裂以及經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)等內(nèi)容，導(dǎo)致此類問題經(jīng)常出現(xiàn)的根本原因就是我國(guó)施工單位的施工質(zhì)量管控水平較差。

因此，設(shè)計(jì)人員必須高度重視此類問題，為保證橋梁結(jié)構(gòu)獲得最佳的使用性能，應(yīng)準(zhǔn)確的掌握施工的材料工藝水平和管理水平，選用最具適應(yīng)性的設(shè)計(jì)方法和安全度。

二、橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性設(shè)計(jì)

2.1問題原因分析

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇不恰當(dāng)，應(yīng)首選經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)構(gòu)件連接方式，并根據(jù)符合要求的指標(biāo)來(lái)保證橋梁整體結(jié)構(gòu)具有良好的安全性和耐久性。

橋梁設(shè)計(jì)普遍存在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料、維護(hù)、耐久性多方面出現(xiàn)人為錯(cuò)誤操作，難以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的安全。

2.2設(shè)計(jì)改進(jìn)方法

（1）重視耐久性設(shè)計(jì)，使用耐久性好的混凝土結(jié)構(gòu)。

混凝土結(jié)構(gòu)是構(gòu)造橋梁的主要基本設(shè)施，其耐久性的差異是橋梁耐久性好壞的體現(xiàn)，選擇耐久性良好的混凝土結(jié)構(gòu)是做好橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。對(duì)此，要設(shè)計(jì)好混凝土級(jí)配、用材和合理安排施工人員，構(gòu)造混凝土結(jié)構(gòu)良好的耐久性，從根本上提升橋梁耐久性。

（2）加強(qiáng)鋼筋混凝土配筋，控制好混凝土建設(shè)質(zhì)量。

遵從于混凝土優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)和施工設(shè)計(jì)，增厚鋼筋混凝土保護(hù)層，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部配筋，防治銹蝕侵害和內(nèi)力破壞，減少施工前后人為破壞，控制施工階段和使用階段出現(xiàn)大量的外力危害，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

（3）優(yōu)化橋面鋪裝層防水設(shè)計(jì)。

橋面鋪裝層防水設(shè)計(jì)關(guān)系到箱梁鋪裝保護(hù)施工質(zhì)量，特別是在連續(xù)梁和懸臂梁的架設(shè)施工中，更應(yīng)做好防水層設(shè)計(jì)，應(yīng)采用良好密實(shí)性的鋼筋混凝土或者復(fù)合纖維混凝土，增強(qiáng)防水效果。與此同時(shí)，加強(qiáng)泄水設(shè)施設(shè)計(jì)，在泄水管周圍構(gòu)造、加強(qiáng)伸縮縫排水設(shè)計(jì)，以防水分滲入箱梁內(nèi)部，腐蝕鋼材。

（4）注重橋梁超載防治。

橋梁超載會(huì)加大疲勞內(nèi)應(yīng)力幅度進(jìn)而加劇損傷，極易造成疲勞和內(nèi)部損壞，造成梁體破裂、斷裂和塌落，破壞橋體結(jié)構(gòu)，誘發(fā)行車安全事故。橋梁超載引起的內(nèi)部損傷無(wú)法恢復(fù)，改變橋梁正常荷載狀態(tài)，大幅度削減橋梁內(nèi)部的承載力。因而，防治橋梁超載破壞非常重要。

2.3措施

2.3.1加固設(shè)計(jì)

為力保橋梁安全性，應(yīng)選擇經(jīng)久耐用的橋梁結(jié)構(gòu)，比如選用剛構(gòu)混合梁體。剛構(gòu)混合梁體具有較大的墩高差，必須調(diào)整橋墩線剛度，改變橋墩內(nèi)部受力分布結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)增大橋墩體型，降低美觀度，增加施工難度。全連續(xù)梁體有過(guò)大的長(zhǎng)度，給墩臺(tái)施加過(guò)大的水平力，增大了墩臺(tái)疲勞和內(nèi)部損壞。

應(yīng)根據(jù)橋梁建設(shè)地點(diǎn)的地形，固接較高的中間高墩和與之同剛度的臨近橋墩，增強(qiáng)梁體彈性，有利于提升橋墩對(duì)各種水平力的承受能力。在矮邊墩上部加設(shè)橡膠支座，建設(shè)連續(xù)梁體，增強(qiáng)高墩和矮墩的受力性能。

2.3.2上部設(shè)計(jì)

選擇橋梁上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)結(jié)合橋梁受力特點(diǎn)、施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。架設(shè)在地勢(shì)平緩、填土低地基中小型公路橋，應(yīng)選用簡(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)。該橋型結(jié)構(gòu)施工技術(shù)簡(jiǎn)單，跨度小，梁體高，適用于平原地帶水流小的地域，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

該橋型結(jié)構(gòu)不適用于海拔較高的山區(qū)公路橋的架設(shè)施工，不但跨徑太小而不能協(xié)調(diào)深溝高跨比，上部構(gòu)造不符合路線半徑小、超高線形大的山區(qū)高速公路特點(diǎn)，而且高墩數(shù)量多，行車條件不符合山區(qū)高速公路建設(shè)特點(diǎn)。

山區(qū)高速公路建設(shè)應(yīng)選用預(yù)制T梁，其跨徑中等，造價(jià)低，施工方便，經(jīng)濟(jì)效益由于整體式箱梁。但開Ⅵ斷面的T梁作為曲線梁，梁體平衡受力能力和抗扭能力都比較差，其彎矩向下部結(jié)構(gòu)施加較大的不平衡力。因此，彎矩較小的曲線橋，應(yīng)選用直梁設(shè)計(jì)，增減翼緣板寬度，調(diào)整曲線橋平面線形，減少曲線T梁橋彎扭作用，彌補(bǔ)T梁受力能力不均衡的缺陷。同時(shí)，加強(qiáng)曲線T梁的橫向連接效力，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)整體性。

2.3.3下部設(shè)計(jì)

橋梁下部結(jié)構(gòu)具有支撐上部結(jié)構(gòu)的能力，在外形上協(xié)調(diào)上部結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要在橋墩設(shè)計(jì)上，要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)和所需墩高選用柱式墩、雙薄壁墩等多種墩型。柱式墩是公路橋梁常用墩型，質(zhì)輕且穩(wěn)定性好，施工快捷，外形美觀。

采用柱式墩的連續(xù)剛構(gòu)橋要采取加重措施，在墩低加大墩座的接地面積并增厚墩座建設(shè)，增強(qiáng)柱式墩承受上部梁體施加的縱向重力和負(fù)載能力，增加質(zhì)重和剛度，減少上下部結(jié)構(gòu)剛度比，減小整體負(fù)彎矩、橋墩彎矩。同時(shí)保證橋墩一定剛性和穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)變形。

三、設(shè)計(jì)規(guī)范控制

3.1完善設(shè)計(jì)規(guī)范，引人耐久性設(shè)計(jì)新概念

目前我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范理念的側(cè)重點(diǎn)仍在于繼續(xù)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的安全性，這種基于承載能力的設(shè)計(jì)方法可以保證結(jié)構(gòu)的安全性，但是卻忽略了耐久性，在橋梁運(yùn)營(yíng)期間，因結(jié)構(gòu)耐久性引起安全性問題的現(xiàn)象已不容忽視，因此必須轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，引人結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)規(guī)范。

所謂結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，其核心內(nèi)容是橋梁的安全、經(jīng)濟(jì)、合理的使用年限問題，也即壽命期問題。歐美等國(guó)家已經(jīng)開始著手制定基于性能的設(shè)計(jì)規(guī)范，這是一種基于耐久性要求、全壽命設(shè)計(jì)和可持續(xù)理念的設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.2保證結(jié)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)、整體性、連續(xù)性

橋梁大多屬于桿系結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體性和連續(xù)性，使構(gòu)件截面變化均勻、平順，這既符合美觀性的要求，也可以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用兀余設(shè)計(jì)可以橋梁更好的面對(duì)那些可能發(fā)生的問題，結(jié)構(gòu)擁有了安全儲(chǔ)備，就對(duì)局部損傷和變形有了較好的抵抗能力，這一點(diǎn)尤其適合我國(guó)超載現(xiàn)象嚴(yán)重的情況。此外，冗余設(shè)計(jì)還可以在某些偶然荷載如地震、爆炸等情況下給于結(jié)構(gòu)抗倒塌的能力。

3.3加強(qiáng)橋梁的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

由于橋梁結(jié)構(gòu)直接暴露于自然環(huán)境下，在設(shè)計(jì)過(guò)程中細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)到位，可以有效防止外界腐蝕性因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的浸蝕。加強(qiáng)橋梁的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)可以有效地提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。如提高構(gòu)件的保護(hù)層厚度，可以有效保護(hù)鋼筋不受浸蝕；加強(qiáng)橋面排水和防水層設(shè)計(jì)，可以有效防止水對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞；對(duì)鋼筋進(jìn)行環(huán)氧涂層，鋼筋陰極保護(hù)，滲透模板等措施，以保障鋼筋不被腐蝕。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性是目前世界研究的熱點(diǎn)項(xiàng)目，也是工程界期待解決的問題。除在施工過(guò)程中合理的選擇方法和加強(qiáng)管理外，設(shè)計(jì)工作在橋梁安全與耐久性使用過(guò)程中扮演著非常重要的角色，因此設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)造措施等方面著手，積極學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)和成果，提高我國(guó)公路橋梁安全性與耐久性設(shè)計(jì)水平。

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