公路橋梁設計中的安全性和耐久性分析

黃 亮

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

公路橋梁設計中的安全性和耐久性分析

黃 亮

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

隨著我國經濟的迅速發(fā)展,同時也帶動了我國交通事業(yè)的迅速騰飛。改革開放以來，我國的橋梁工程獲得了巨大的發(fā)展，隨著公路交通網的不斷的完善,大量的山區(qū)和交通不便的地區(qū)都修建了高速公路。但是應該看到我國的交通事業(yè)還存在著一些問題,其中比較突出的就是橋梁設計中的安全性和耐久性的不足,嚴重的影響了我國交通事業(yè)的發(fā)展。因此,要必須分析橋梁設計中存在的安全性和耐久性出現的問題并加以預防和解決。

橋梁設計；安全性；耐久性

前言

隨著我國經濟建設的高速發(fā)展，我國公路工程的建設規(guī)模也不斷發(fā)展和壯大。其中橋梁結構作為交通動脈以及生命線工程極其重要的組成部分，在國家經濟建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，因此提高橋梁結構的安全性和耐久性是保障人民生命財產安全的前提。而橋梁設計是決定橋梁工程安全性和耐久性的關鍵因素，對橋梁設計的研究具有重要的現實意義。

1.橋梁設計安全的構成

橋梁的安全性和耐久性是橋梁設計的主要影響因素。安全性是指結構防止破壞倒塌的能力，是橋梁最重要的質量指標，橋梁結構的安全性主要取決于結構的設計與施工,但與結構的正確使用(維護、檢測)有關[5]。耐久性是指結構抵抗外界環(huán)境、有害化學物質侵蝕的能力。

1.1 橋梁結構的安全性

橋梁結構的安全性主要體現在結構的整體牢固性和承載能力兩個方面[1]：

1)橋梁結構的整體牢固性是指結構不應出現與其原因不相稱的破壞后果，即在橋梁結構出現局部破壞的情況下，避免發(fā)生大范圍連續(xù)破壞倒塌的 能力。

2)橋梁結構構件承載能力是指橋梁結構承受風荷載，自重荷載，車輛荷載，溫度，濕度等作用的能力。

1.2 橋梁結構的耐久性

橋梁的耐久性是指在其使用過程中抵抗外界環(huán)境和內部自身所產生的侵蝕破壞的能力。橋梁在建造和使用過程中，會受到環(huán)境、有害化學物質的侵蝕及人為因素等外部作用，以及材料的自身性能不斷退化，最終導致結構不同程度的損傷和劣化，從而影響了橋梁結構的安全性。

2.我國公路橋梁工程的安全性和耐久性現狀

2.1 橋梁安全事故

據不完全統計，2007年至2011年之間，至少37座大型橋梁發(fā)生垮塌。統計分析近年橋梁的坍塌事故及原因。這些事故的發(fā)生，除地震、洪水、船撞、施工階段人為失誤等突發(fā)性因素外，引起橋梁結構整體性能衰退的因素主要包括：結構損傷、材料老化和超限荷載等。這些因素往往也是事故發(fā)生的重要原因。橋梁結構的安全性和耐久性問題日益顯著，對大型橋梁設計階段的安全性和耐久性進行研究已經是刻不容緩的問題。

2.2 橋梁安全性與耐久性問題研究現狀

橋梁安全性與耐久性研究在與橋梁病害的斗爭中已取得許多進展。主要體現在如下方面。

1)高性能材料。目前主要是研究混凝土碳化和鋼筋銹蝕問題。這些研究大多是從材料和統計分析角度進行的[2]，對如何從結構應用角度改善橋梁耐久性缺乏研究。

2)荷載標準。橋梁汽車荷載標準經歷了從小到大發(fā)展過程，目前規(guī)范采用公路－I級、特殊車列等，雖然荷載標準提高了不少，但相對國外車輛荷載還很低。

3)設計方法。當前橋梁規(guī)范要求按承載能力和正常使用極限狀態(tài)來進行橋梁結構設計，從定性和定量的形式上保證了橋梁安全性和適用性要求。橋梁設計傾向考慮強度更多而考慮耐久性少，耐久性更多的只是作為概念上受到關注，未進行全壽命設計。

4)施工工藝。在鋼束張拉、管道壓漿、鋼筋、鋼絞線保護和焊接工藝等方面取得豐碩的成果。

5)養(yǎng)護檢測。已逐步撰寫、修訂和完善相應的養(yǎng)護、檢測規(guī)程，制訂了定期養(yǎng)護、檢測的時間和方法。

3.橋梁安全性、耐久性差的主要原因

3.1 設計理論和結構構造體系不完善

要想確保橋梁的安全性和耐久性，首先要有科學可靠的橋梁設計。當前橋梁設計為了追求橋梁造型的美觀，或是為了滿足規(guī)范安全度的需要，而欠缺對橋梁結構體系以及日后使用維護的考慮。所以很多橋梁工程雖然在設計時滿足規(guī)范要求，但在幾年以后會出現耐久性問題。

3.2 施工和管理水平低

國內外大量的橋梁在遠沒有達到預期使用壽命時,出現了影響正常使用的病害與劣化;特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問題,這也與施工質量低下有重要關系,典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現場的嚴重的構件開裂問題(主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護不當及預應力施加不合理等)[3]。

3.3 管理機制不完善，執(zhí)法法規(guī)不嚴格

當前，雖然橋梁建設管理有一整套規(guī)章制度。但屢屢出現橋梁坍塌事故還是暴露出管理上的漏洞及制度不完善等問題。工程質量事故的責任落實情況不到位，事故造成的人員傷亡、損失的財產未得到合理賠償，責任者未受到相應的處罰，這些管理機制和法規(guī)執(zhí)行方面存在的問題。

4.提高橋梁結構安全性與耐久性的對策和建議

4.1 合理選擇結構設計方案

合理的結構設計方案，可以有效提高橋梁的安全性和耐久性。橋梁的結構設計形式主要分為大跨度橋梁和標準跨徑橋。在橋梁設計當中，應盡量采用標準跨徑橋梁的設計方案，可以方便施工、節(jié)省造價、標準化規(guī)范化施工。在進行橋梁設計時要充分考慮到疲勞損傷和超載對結構的影響，以便提前采取預防措施對其進行處理。

4.2 在設計過程中科學使用材料

鋼筋混凝土的質量和合理使用對橋梁的安全性具有極其重要的作用。鋼筋混凝土的質量直接影響到結構的適用性、安全性和耐久性?；炷恋哪途眯灾饕Q于混凝土的材料組成，其中水灰比、水泥用量、強度等級均對耐久性有較大影響。通過優(yōu)化混凝土配合比設計可以提高混凝土抗腐蝕能力和耐久性。

4.3 橋梁設計中重視耐久性

橋梁建成使用期內需要經受風霜雨雪的考驗，重壓力的折磨，在現代社會甚至還有酸性物質的侵蝕等等，這些因素都應該在設計師的考慮范圍內。尤其是對于大型橋梁大型工程的設計，其要求使用年限長，而且大型跨河跨江橋梁車流量大，沖擊也大，加上這些橋梁位置基本都是重要的交通通道在使用年限內超負荷使用時常出現，其設計就應該特別注意[4]。

4.4 學習借鑒國外橋梁設計經驗

國內的橋梁由于設計理念原因導致對橋梁耐久性考慮不足，而這個在橋梁設計上的不足優(yōu)惠影響橋梁的使用壽命。歐洲一些國家比如德國在橋梁設計上對這方面的研究就很先進也很成熟，我們完全有理由借鑒其豐富的經驗，正如鄧小平所言“不管黑貓白貓能抓住老鼠就是好貓”，不管其設計如何，能解決橋梁使用中的這些問題我們就有必要學習研究。

5.結語

橋梁安全性和耐久性已成為迫切需要解決的問題，我們應該積極借鑒國外成功的經驗和做法，除了加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計，同時也需要研究疲勞和超載等因素對于橋梁結構耐久性的影響。

[1]徐凱東,李博.橋梁設計中的安全性和耐久性

[2]吳海軍.橋梁結構耐久性設計方法研究[D].上海:同濟大學，2007.

[3]魏松,陳祥晨.橋梁結構安全性與耐久性問題的思考[J].工程質 量.2010,(9)

[4]吳浩峰.疲勞損傷對道橋的危害[J].橋梁?？?008

[5]Ang AH-S, Tang WH. Probability concepts in engineering planning and design. New York: Wiley; 1984.

TU7

B

1007-6344（2016）08-0074-01

黃亮(1993-)，男，江西撫州人，在讀研究生，主要從事橋梁健康監(jiān)測方面的工作