橋梁設(shè)計(jì)可靠性探討

郭磊

摘要：伴隨著我國(guó)相關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的飛速進(jìn)行，我國(guó)進(jìn)入了快速的發(fā)展的進(jìn)程中，在每個(gè)學(xué)科所應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)水平也得到了相應(yīng)的發(fā)展，在建筑工程方面也是這樣，在橋梁設(shè)計(jì)中，可靠性的問(wèn)題在人們心中占據(jù)的位置越來(lái)越大了，因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系到整座橋的質(zhì)量問(wèn)題，與質(zhì)量掛鉤的問(wèn)題也備受現(xiàn)代人們的關(guān)注。本文首先分析了可靠性理論在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，然后指出了橋梁設(shè)計(jì)出現(xiàn)可靠性較低的主要原因，最后提出了提高橋梁設(shè)計(jì)的可靠性的主要措施。本文在此提出了自己的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì);措施;可靠性

一、橋梁可靠性問(wèn)題分析

1.較低的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)在上世紀(jì)60 年代至70年代建設(shè)的橋梁， 由于當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低， 對(duì)橋梁的等級(jí)要求也較低。出于節(jié)省資源和實(shí)用的目的， 橋梁的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)也降低。但隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)橋梁承壓等級(jí)越來(lái)越高， 而大部分城市如今卻仍使用以前低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的公路橋梁。隨著交通量的日益增多和繁重， 之前所設(shè)計(jì)的橋梁已不適合現(xiàn)階段的交通需要， 其本身的可靠性問(wèn)題隨時(shí)可能發(fā)生， 對(duì)人類(lèi)的生命造成一定威脅。

2.較差的施工和管理水平

在建及剛建不久卻發(fā)生諸如突然破壞與倒塌事故的橋梁，很多是因?yàn)槭┕べ|(zhì)量沒(méi)有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求， 管理混亂所致。其中以材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合理等原因?yàn)橹鳎倒p料、以次充好等嚴(yán)重管理問(wèn)題， 可造成對(duì)橋梁安全性有致命的損害后果。

3.不合理的橋梁設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程， 設(shè)計(jì)者只考慮橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求，卻忽視從結(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)的人為因素等方面綜合計(jì)算橋梁的可靠性。設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)欠佳，能動(dòng)性不太強(qiáng)。用靜態(tài)思維去解決不斷進(jìn)步發(fā)展的技術(shù)問(wèn)題，橋梁在不同的環(huán)境和使用條件下和不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系得出不同的布局和構(gòu)造要求，規(guī)范再詳細(xì)也不能代替應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問(wèn)題， 規(guī)范更新再快也適應(yīng)不了新技術(shù)、新材料、新工藝快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的各種新要求，目前的設(shè)計(jì)可視為靜態(tài)設(shè)計(jì)， 過(guò)于偏重設(shè)計(jì)建成時(shí)期結(jié)構(gòu)的工作和服務(wù)能力而對(duì)使用期實(shí)際的性能表現(xiàn)隨時(shí)間的劣化缺乏相應(yīng)的考慮。從經(jīng)濟(jì)性上講，考慮建造成本多，而不夠重視營(yíng)運(yùn)的維護(hù)成本和與使用壽命相對(duì)應(yīng)的成本效益， 因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿(mǎn)足規(guī)范要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的確認(rèn)識(shí)。豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。從而在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)全壽命使用過(guò)程進(jìn)行全面綜合分析和計(jì)算，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。

4.耐久性考慮不足

目前國(guó)內(nèi)的橋梁設(shè)計(jì)中有這樣的一種傾向： 設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少， 對(duì)于耐久性更多的只是作為一種概念受到關(guān)注而已，既沒(méi)有提出明確的使用年限要求， 也沒(méi)有進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的耐久性設(shè)計(jì)， 即從材料、結(jié)構(gòu)， 環(huán)境及設(shè)計(jì)程序來(lái)保證耐久性， 并確定在何種維護(hù)和使用條件下， 橋梁具有哪種程度的耐久性。

二、提高橋梁可靠性的措施分析

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(mǎn)足載荷強(qiáng)度的設(shè)計(jì)原則轉(zhuǎn)變到既滿(mǎn)足載荷強(qiáng)度需求又滿(mǎn)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)橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期都是100年， 但在設(shè)計(jì)時(shí)很難保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠性，因此通常要經(jīng)過(guò)大量的數(shù)值模擬來(lái)確定。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.對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計(jì)

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， 防止水向下滲漏， 造成環(huán)境對(duì)橋梁的破壞后果。

3.從理論研究和規(guī)范方面應(yīng)更加重視結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題

橋梁在建造和使用過(guò)程中， 會(huì)受到環(huán)境、甚至化學(xué)物質(zhì)的侵蝕并承受各種荷載及人為因素等外部作用， 同時(shí)橋梁本身所采用的材料性能也會(huì)不斷疲勞、損傷、劣化， 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部分不同程度的損傷和劣化， 橋梁早期開(kāi)裂等， 大量病害實(shí)例證明除了施工和材料方面的原因外， 影響耐久性的決定性因素是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷造成， 長(zhǎng)期以來(lái)， 人們一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法研究， 而忽視對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易接受操作方式來(lái)改善橋梁耐久性卻很少研究。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)區(qū)別， 目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析方向發(fā)展。

4.充分重視現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)環(huán)境的超載問(wèn)題

橋梁的超載一方面使疲勞應(yīng)力幅度加大，損傷加劇， 甚至結(jié)構(gòu)破壞。另一方面橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)， 使受力狀態(tài)發(fā)生變化， 從而使橋梁的可靠性降低。橋梁超載主要表現(xiàn)為舊橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)， 通行車(chē)流量超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)值， 車(chē)輛的違規(guī)超載， 這些問(wèn)題除了交管部門(mén)要加強(qiáng)管理外， 對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究分析成為一種迫切需要 在國(guó)內(nèi)這種特定的運(yùn)輸環(huán)境中，超載已是一種社會(huì)問(wèn)題， 不可在短時(shí)間內(nèi)制止， 設(shè)計(jì)上在考慮經(jīng)濟(jì)的情況下，應(yīng)變被動(dòng)適應(yīng)改為主動(dòng)適用， 在荷載組合設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)研究分析， 應(yīng)充分考慮合理的超載外力， 從而有效地提高橋梁承可靠性。

5.加強(qiáng)重視疲勞損傷的研究

橋梁結(jié)構(gòu)所承受外力大部分是動(dòng)荷載， 會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力及應(yīng)變，引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。橋梁所采用的材料本身就不是均勻和連續(xù)的，實(shí)際上存在許多微小的缺陷， 在循環(huán)荷載作用下， 這些微缺陷逐漸發(fā)展擴(kuò)大形成損傷。如在運(yùn)營(yíng)時(shí)得不到有效控制，會(huì)引起材料結(jié)構(gòu)的脆性斷裂， 帶來(lái)和后果往往是災(zāi)難性的。對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅對(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)失效。近年來(lái)， 疲勞損傷的研究雖然進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)， 但對(duì)于使用后期受腐蝕的鋼筋構(gòu)件中的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性的研究還需要加強(qiáng)。

6.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(xiàn)形不平順、振動(dòng)過(guò)大、接頭易跳車(chē)、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)。

三、結(jié)束語(yǔ)

橋梁設(shè)計(jì)中的可靠性關(guān)系到橋梁質(zhì)量好壞， 有關(guān)這方面的問(wèn)題應(yīng)引起橋梁設(shè)計(jì)人員的高度重視。要積極尋找解決橋梁的可靠性問(wèn)題的有效方法， 同時(shí)也可借鑒國(guó)外優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和做法， 同時(shí)要加強(qiáng)橋梁設(shè)計(jì)的施工管理和設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)。

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