橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性淺談

周夏麟

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)在橋梁中的諸多質(zhì)量問(wèn)題成了社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，其中橋梁安全性及耐用性是主要的研究對(duì)象，現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)不能只看短期的效益，還要放眼長(zhǎng)期的效益，也就是要同時(shí)考慮安全性與耐用性，另外追求美觀的同時(shí)還要控制成本。該文主要闡述了現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的安全性與耐用性，希望對(duì)以后的橋梁設(shè)計(jì)者有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì) 安全性 耐久性 負(fù)載

中圖分類(lèi)號(hào)：U442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（b）-0064-02

在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中，國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)為橋梁設(shè)計(jì)時(shí)其強(qiáng)度的重要性高于其耐久性，兩者的考慮因素前者考慮較多，然而在實(shí)際工程中橋梁整體的穩(wěn)定性表現(xiàn)最明顯的就是橋梁在工作時(shí)的耐久性表現(xiàn)；業(yè)主方通常是把大部分的資金投入到前期的建設(shè)上，完工后的保養(yǎng)維修撥款很少。目前，耐久性在我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)中只是一種概念的東西，還沒(méi)有真正深入研究，因?yàn)樗葲](méi)有在使用年限上被明確要求，也沒(méi)有對(duì)耐久性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)。目前工程事故頻發(fā)、結(jié)構(gòu)使用性能差、使用壽命短等這些不良后果在一定程度上都是由這些不良的傾向引起的，同時(shí)這些傾向也不符合現(xiàn)今工程界重耐久性、安全性、適用性的宗旨；還與我國(guó)奉行的科學(xué)發(fā)展觀理念相違背。

1 橋梁安全性、耐久性的影響因素

1.1 施工和管理水平

近些年我國(guó)頻繁出現(xiàn)橋梁突然倒塌等一些重大安全事故，這使得國(guó)家相關(guān)部門(mén)和業(yè)內(nèi)人士對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)關(guān)注度提高。通常我們會(huì)覺(jué)得出現(xiàn)較大的工程質(zhì)量安全事故究其原因是施工方施工方法落后或是項(xiàng)目的管理系統(tǒng)出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象。譬如橋梁道路突然的坍塌或是凹陷，多是由于工程質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計(jì)說(shuō)明上的要求以及國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，這其中涉及材料檢驗(yàn)不合格就投入使用、施工技術(shù)落后不更新等。此外，國(guó)內(nèi)部分工程由于管理者的麻痹大意，使得一些分包企業(yè)在施工作業(yè)時(shí)存在偷工減料的問(wèn)題，這些都是橋梁工程在投入使用后事故發(fā)生的導(dǎo)火索。近些年，很多的橋梁都出現(xiàn)了在正常使用年限內(nèi)橋梁的耐久性下降，這些和工程的質(zhì)量水平都很大的關(guān)系。

1.2 設(shè)計(jì)理念和思路

現(xiàn)如今，對(duì)橋梁工程的事故原因已有所了解，總而言之在橋梁的設(shè)計(jì)上面，業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員還需要做很多的功課。橋梁的主體設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先選用經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，然后再進(jìn)一步去考慮橋梁結(jié)構(gòu)和連接的科學(xué)合理性，同時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以符合國(guó)家的強(qiáng)制性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，保證結(jié)構(gòu)主體的可靠性。見(jiàn)圖1。

多數(shù)的技術(shù)人員認(rèn)為結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)只要滿(mǎn)足規(guī)范要求就可以了，未能對(duì)結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)造、后期保養(yǎng)等以及項(xiàng)目的各個(gè)過(guò)程中的不可預(yù)見(jiàn)問(wèn)題予以重視，有些結(jié)構(gòu)整體的完整性不足，多余部件過(guò)多；有些構(gòu)件連接計(jì)算思路不清晰，導(dǎo)致部分連接點(diǎn)受力集中；有些混凝土的強(qiáng)度以及保護(hù)層厚度不滿(mǎn)足要求，這些影響因素都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體的耐久性造成很?chē)?yán)重的不良影響。目前很多的橋梁設(shè)計(jì)圖紙雖然達(dá)到了規(guī)范里列出的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，但是正常使用年限內(nèi)還是會(huì)出現(xiàn)耐久性問(wèn)題。因此，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)造上提出合理的改進(jìn)措施。

2 現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的改進(jìn)

對(duì)在橋梁設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的安全性、耐久性問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)提出有針對(duì)性的解決措施，這樣才能提高橋梁的耐久性，增強(qiáng)其整體耐久性，保證橋梁在正常使用年限內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故。

2.1 橋梁設(shè)計(jì)理念

（1）提高橋梁設(shè)計(jì)水平。

橋梁設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)每年組織幾次技術(shù)人員的培訓(xùn)再教育，更新技術(shù)人員的設(shè)計(jì)理念，鞏固其理論基礎(chǔ)。除此以外，還應(yīng)該組織設(shè)計(jì)人員去工地現(xiàn)場(chǎng)，了解工程實(shí)際情況，增加工程經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)展一下設(shè)計(jì)思路。

（2）轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路。

隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)要求也越來(lái)越高，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，不能拋開(kāi)實(shí)際情況一味地去追求理論上的滿(mǎn)足要求。理論有時(shí)會(huì)滯后于實(shí)踐，在設(shè)計(jì)時(shí)多理論結(jié)合實(shí)踐，這樣設(shè)計(jì)方案才會(huì)更加科學(xué)合理。

（3）重視橋梁老化。

橋梁屬于室外工程，老化問(wèn)題一直是橋梁的常見(jiàn)問(wèn)題之一，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)多在設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇上注意老化問(wèn)題，降低老化的程度。

2.2 橋梁主體材料

（1）提高混凝土強(qiáng)度。

在橋梁耐久性問(wèn)題上，橋梁主體施工所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是一個(gè)重要因素，在合理范圍內(nèi)提高混凝土的等級(jí)，是設(shè)計(jì)人員優(yōu)先考慮的問(wèn)題。通常情況下，混凝土在攪拌過(guò)程中水灰比的取值對(duì)混凝土的終凝強(qiáng)度影響很大，水灰比與混凝土的強(qiáng)度成反比。因此，在混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)取值時(shí)，應(yīng)當(dāng)將水灰比的取值控制在合理的最小值，以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。此外，混凝土由于自身原因很容易在結(jié)構(gòu)面上出現(xiàn)裂縫，使得外界的具有腐蝕性的物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，對(duì)鋼筋造成腐蝕作用，這會(huì)對(duì)橋梁的耐久性產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，如果適當(dāng)?shù)靥岣呋炷恋拿軐?shí)性，以阻礙外界腐蝕物質(zhì)的進(jìn)入速度，可以在一定程度上提高橋梁的耐久性。因此，在橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注意混凝土的強(qiáng)度、水灰比以及混凝土的密實(shí)度，盡可能降低混凝土裂縫的數(shù)量。

（2）選擇合適的水泥品種。

根據(jù)水灰比和具體的設(shè)計(jì)施工要求，在橋梁設(shè)計(jì)中確定選擇的水泥品種。不同品種的水泥化學(xué)成分不同，對(duì)混凝土的碳化有不同程度的影響，在混凝土配合比相同的情況下，礦渣水泥的綜合性能要好一些，能有效抑制混凝土碳化的速度。

2.3 重視橋梁負(fù)載能力的研究

在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常注重橋梁主體結(jié)構(gòu)中材料的使用量，如鋼筋和混凝土等，這些材料直接影響著橋梁的負(fù)載能力。在橋梁的設(shè)計(jì)初期，相關(guān)技術(shù)人員就要計(jì)算出橋梁在正常使用下的負(fù)載值，以及極限工作情況下的負(fù)載值，兩者之間的差值應(yīng)當(dāng)控制在合理的范圍內(nèi)，其關(guān)系到橋梁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。行駛在橋梁上的車(chē)輛給橋梁施加的是不間斷的動(dòng)荷載，且動(dòng)荷載的值隨著車(chē)輛速度的改變而不斷的變化，一旦車(chē)輛出現(xiàn)超速的情況，就會(huì)造成橋梁耐久性下降。通俗的講，車(chē)輛在行駛過(guò)程中會(huì)和周?chē)目諝庑纬梢粋€(gè)流場(chǎng)，在這樣的環(huán)流下，若是有其他的外界影響因素對(duì)橋梁造成破壞的話(huà)，橋梁的耐久性會(huì)大大下降。橋梁處在自然環(huán)境中，不免會(huì)受到各種自然災(zāi)害的影響，加之車(chē)輛的違規(guī)駕駛必然會(huì)對(duì)橋梁的安全耐久性產(chǎn)生極其不良的影響。此外，還需要考慮到橋梁在施工時(shí)本身主體的密度分布不均勻，有些細(xì)小的安全隱患都將會(huì)給橋梁的整體穩(wěn)定性帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

2.4 大型橋梁水交計(jì)算

橋梁跨度越長(zhǎng)，其橋墩的數(shù)量也就越多，研究橋梁的耐久性，橋墩的研究也不可忽視。在橋墩研究這點(diǎn)，水流是一個(gè)突破口，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)經(jīng)過(guò)橋墩的水流量是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，特別是在計(jì)算自然災(zāi)害的出現(xiàn)概率上，比如出現(xiàn)洪水災(zāi)害，如何盡可能地降低洪水經(jīng)過(guò)橋墩時(shí)對(duì)橋墩的沖擊力，使橋墩的損害程度降到最低。因此，在橋墩的設(shè)計(jì)上，只有合理把握橋墩在空間上的位置分布，加之計(jì)算出水流的流向以及自然災(zāi)害出現(xiàn)的概率，才能科學(xué)合理地進(jìn)行水交計(jì)算。

3 國(guó)外橋梁的借鑒意義

由于國(guó)內(nèi)的一些相關(guān)技術(shù)人員在借鑒國(guó)外的設(shè)計(jì)理念時(shí)，未能充分結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，在工程應(yīng)用上不能與施工工藝相適應(yīng)，往往出現(xiàn)施工技術(shù)跟不上設(shè)計(jì)理念，使得橋梁的整體耐久性大打折扣，比如橋梁在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)斷層式塌陷，橋面上出現(xiàn)了凹陷以及結(jié)構(gòu)面上出現(xiàn)了細(xì)小的縫隙以及常見(jiàn)的橋頭跳車(chē)問(wèn)題。這些問(wèn)題的出現(xiàn)一方面是因?yàn)槭┕挝辉谑┕み^(guò)程中管理不善，質(zhì)量控制不到位，另一方面是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念沒(méi)有跟上。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)理念有些地方確實(shí)不如國(guó)外，還是一味地照抄多數(shù)情況適得其反。橋梁的設(shè)計(jì)缺陷會(huì)對(duì)橋梁的正常使用年限造成十分不良的影響，因此，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)端正態(tài)度，與時(shí)俱進(jìn)，更新設(shè)計(jì)理念，在借鑒國(guó)外設(shè)計(jì)理念的同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)工程的實(shí)際情況，認(rèn)真做好設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們現(xiàn)在已不能單單追求工程的量，而忽視工程的質(zhì)，也不能單單只考慮工程使用初期的可靠，而沒(méi)有考慮長(zhǎng)久使用可能出現(xiàn)的問(wèn)題。所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員須對(duì)橋梁的安全性和耐久性問(wèn)題予以重視，在結(jié)合國(guó)內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，我們還應(yīng)該積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了做好施工期間的質(zhì)量管理工作，還要在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)造著手來(lái)研究結(jié)構(gòu)的耐久性以及評(píng)估其安全性。

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