市政橋梁設(shè)計的安全性和耐久性分析

文/周平 中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司 遼寧沈陽 110003

1、市政橋梁安全性、耐久性較差的原因

1.1 橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施不完善

總的來說，橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)受到自然環(huán)境和外部因素的嚴重影響，因此在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)時必須考慮自然因素，橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須結(jié)合實際施工現(xiàn)場完成。但是在實際橋梁設(shè)計過程中設(shè)計人員往往過多的重視剛度問題，而忽視橋梁設(shè)計的安全性和耐久性，大多數(shù)的設(shè)計人員在進行橋梁設(shè)計時只是單個結(jié)構(gòu)計算橋梁的整體耐久性，或是在設(shè)計中選擇的鋼筋混凝土強度并不符合實際要求，且鋼筋截面尺寸較小，難以達到相應(yīng)的尺度，以上等因素都將影響橋梁設(shè)計的穩(wěn)定性和安全性。

1.2 缺乏合理的設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)體系選擇

在市政橋梁設(shè)計中，我們要想提高設(shè)計質(zhì)量，首先就應(yīng)該選擇一個既經(jīng)濟又合理的結(jié)構(gòu)方案，采用規(guī)范的安全系數(shù)或可靠性指標，來保證結(jié)構(gòu)的安全性，但是從目前市政工程橋梁設(shè)計的實際情況來看，很多設(shè)計人員在進行橋梁的設(shè)計時，大部分設(shè)計人員都只顧設(shè)計的獨特性和新穎性，而忽略了其安全性的設(shè)計標準以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系，其設(shè)計指標往往只能滿足規(guī)范上對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度要求，而不考慮從可能出現(xiàn)的問題方面去加強結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性設(shè)計，進而出現(xiàn)了有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足、冗余性小，有的計算圖式和受力路線不明確而造成局部受力過大，有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構(gòu)件截面過薄等，這些都嚴重影響了市政橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性，直接為工程的質(zhì)量埋下了安全隱患，而且目前大多數(shù)設(shè)計人員都僅僅依靠規(guī)范。但針對不同的環(huán)境和使用要求，對于結(jié)構(gòu)體系的選擇也是不一樣的，設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合實際情況，選擇適合且合理的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)體系。

1.3 施工和管理水平低

國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關(guān)注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達到規(guī)范和設(shè)計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

而大量的橋梁在遠沒有達到預(yù)期使用壽命時，出現(xiàn)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(xiàn)嚴重的耐久性不足的問題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)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(xiàn)場的嚴重的構(gòu)件開裂問題。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。

2、提高橋梁安全性和耐久性的措施

2.1 從設(shè)計概念上強化耐久性

在現(xiàn)有的情況下，安全性已經(jīng)在我國的橋梁設(shè)計中成為了關(guān)注的重點，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計的環(huán)節(jié)對橋梁的安全性能進行了大力的規(guī)范，在這種情況下，在設(shè)計環(huán)節(jié)將橋梁的主要重心放在了承載性能上，這樣一來就使得橋梁在結(jié)構(gòu)上保證安全性能，但是依舊習(xí)慣性的忽視了橋梁的耐久性能。面對這種情況，必須要從理念上進行轉(zhuǎn)變，強化耐久性能在橋梁設(shè)計中的重要地位，理清耐久性能與安全性能之間的辯證關(guān)系，做好設(shè)計工作的整體規(guī)劃，強化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性，只有保證橋梁的耐久性能，才能夠從根本上使得橋梁的使用壽命得到延長[3]。

2.2 合理選用高性能材質(zhì)

材質(zhì)的選擇也是提高結(jié)構(gòu)耐久性的有效途徑之一，在選材時選用屈服性能高、強度高、韌性強、焊接性能良好、耐腐蝕性強的鋼筋將會使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性大幅度的提高。在混凝土的選材上也要盡量選用性能較高的混凝土，面層混凝土選用環(huán)氧瀝青混凝土不僅可以提高橋頂路面的耐磨性和密實性，同時也能夠有效的提高路面的強度，減少對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。而對于處于水下的橋基礎(chǔ)部分，則應(yīng)該優(yōu)先選用抗?jié)B性能良好的混凝土，如果情況特殊需采用硅酸鹽水泥，則水泥的標號應(yīng)高于42.5，水泥含量要在370kg/m3，拌合時水灰比不應(yīng)低于0.45。而對于現(xiàn)場拌合的混凝土則應(yīng)該嚴格按照有害裂縫控制標準來制定配合比，如果施工過程需要選用堿性含量較低的水泥時，在集料的選擇上要避免選用堿活性集料，盡量減少含有氧化鎂、硫酸鹽的膨脹性集料，堿性物質(zhì)如生石灰等也要盡量避免混入到集料之中。由于氯離子是造成鋼筋腐蝕的最大因素，因此在拌合混凝土?xí)r要保證氯鹽含量少于水泥含量的1%，且在施工過程中要密實振搗，且不采用蒸汽養(yǎng)護。

2.3 重視對疲勞損傷的研究

市政橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風(fēng)荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。由于市政橋梁所采用的材料并非是均勻性和連續(xù)性的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋，如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的損傷，早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災(zāi)難性的。

結(jié)語：

耐久性能以及安全性能是橋梁的兩大命脈，只有把握好這兩個方面，才能夠使得橋梁得到根本上的優(yōu)化。因此，在橋梁的設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)做好統(tǒng)籌規(guī)劃，并將關(guān)注的重點聚焦到這兩方面的問題上，這樣一來，才使得橋梁工程獲得明顯的改善。