公路橋梁設(shè)計(jì)安全性及耐久性的研究

劉 明

(東營(yíng)市公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山東 東營(yíng) 257091)

0 引 言

作為公路橋梁工程質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，影響安全性與耐久性的因素來(lái)自各方面，有來(lái)自外界的因素，如人為因素及不可抗力因素，以及內(nèi)部因素，如橋梁結(jié)構(gòu)自身的材料性能退化等。受到這些因素的影響導(dǎo)致橋梁的安全性以及耐久性不斷的降低，就會(huì)有各種隱患的存在，甚至導(dǎo)致橋梁發(fā)生病害，產(chǎn)生重大的損失。而現(xiàn)階段在公路橋梁設(shè)計(jì)工作中針對(duì)耐久性與安全性的研究深入程度較淺，對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)安全性及耐久性進(jìn)行研究是非常有必要的，具有重要的意義。

1 公路橋梁設(shè)計(jì)安全性與耐久性現(xiàn)狀研究

1.1 公路橋梁設(shè)計(jì)安全性與耐久性現(xiàn)狀

1.1.1 設(shè)計(jì)理念落后

由于一些歷史原因，我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)理念較為保守，與國(guó)外的先進(jìn)理念相比還是有較大的差距，采用的也是傳統(tǒng)的流程，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)首要考慮的是保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全，往往對(duì)安全系數(shù)的取值特別大[1]，經(jīng)濟(jì)合理性方面較差，對(duì)耐久性方面考慮的也并不充分。而且由于多方面的原因，導(dǎo)致許多從業(yè)人員的設(shè)計(jì)工作按部就班，流水化作業(yè)，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化的意識(shí)不足。

1.1.2 設(shè)計(jì)理論不完善

當(dāng)前的公路橋梁設(shè)計(jì)理論只基于橋梁進(jìn)行靜態(tài)設(shè)計(jì)，針對(duì)橋梁在建設(shè)完工時(shí)的各種力學(xué)性能進(jìn)行簡(jiǎn)單的定義，但是未考慮橋梁的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，即在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)隨著時(shí)間的推移橋梁結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能逐漸變差的情況考慮不足。而且，從成本控制的角度出發(fā)，當(dāng)前橋梁的設(shè)計(jì)理論只針對(duì)橋梁在建設(shè)期間的成本進(jìn)行了考慮，并未對(duì)后期運(yùn)營(yíng)期間的養(yǎng)護(hù)及維修成本進(jìn)行重視。

1.1.3 設(shè)計(jì)方案不合理

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約出發(fā)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制定，并以相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)注的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)安全系數(shù)的選取。但是在目前橋梁設(shè)計(jì)工作中對(duì)設(shè)計(jì)方案的選擇上經(jīng)常考慮不周，對(duì)安全性方面考慮的基本都是比較充分的[2]，但是對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)體系、材料、耐久性以及在建成之后的運(yùn)營(yíng)期間由于人為因素或不可抗力因素等對(duì)橋梁的影響則考慮不到位。這樣就常常會(huì)導(dǎo)致橋梁在建成之后運(yùn)營(yíng)期間由于受到來(lái)自各方的因素影響，安全性及耐久性降低的現(xiàn)象發(fā)生。

1.2 公路橋梁的安全性與耐久性影響因素

1.2.1 設(shè)計(jì)因素

“重研究、輕實(shí)踐”是現(xiàn)階段的公路橋梁設(shè)計(jì)中普遍存在的一種現(xiàn)象，針對(duì)理論方面的研究有一定的深入，但是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并不豐富。作為一名優(yōu)秀的橋梁設(shè)計(jì)師，不僅僅設(shè)計(jì)理論知識(shí)的儲(chǔ)備要豐富，還需要有一定的橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，這樣在設(shè)計(jì)中才能進(jìn)行多方位的考慮。但是在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)候，大部分的設(shè)計(jì)師都很注重對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析，而對(duì)橋梁在施工以及后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中受到來(lái)自各方面因素的影響導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題重視程度不足。同時(shí)，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋梁綜合性能的考慮不充分，主要側(cè)重于其中的幾項(xiàng)指標(biāo)，而對(duì)其他的指標(biāo)重視程度不足。

1.2.2 施工因素

影響橋梁的安全性及耐久性的施工因素主要有以下幾方面：

(1) 施工單位技術(shù)水平不足。施工單位的施工經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平不足就會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行橋梁施工時(shí)對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及重點(diǎn)難點(diǎn)工作做不到位，導(dǎo)致存在質(zhì)量隱患。

(2) 施工操作不規(guī)范。由于施工單位自身技術(shù)交底不到位或者施工過(guò)程中的監(jiān)管不到位，施工人員偷懶等因素的存在，在施工過(guò)程中存在一些如預(yù)應(yīng)力張拉不到位、混凝土養(yǎng)護(hù)不到位等不規(guī)范操作現(xiàn)象。

(3) 偷工減料現(xiàn)象。有些施工單位為追求利益的最大化，在工程質(zhì)量上動(dòng)歪腦筋，采取一些歪門(mén)邪道的手段，偷工減料、以次充好。

2 公路橋梁設(shè)計(jì)安全性與耐久性改進(jìn)措施

2.1 重視勘察工作

勘察資料作為橋梁設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要依據(jù)，其真實(shí)性以及準(zhǔn)確性對(duì)橋梁設(shè)計(jì)工作具有很重要的影響。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)師要根據(jù)橋梁建設(shè)區(qū)域的勘察資料進(jìn)行詳細(xì)的分析，充分考慮已經(jīng)探明的各種不利地質(zhì)因素，在設(shè)計(jì)中要針對(duì)這些因素采取必要的措施以避免其對(duì)橋梁的影響。

2.2 轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念

作為橋梁設(shè)計(jì)工作的重要指導(dǎo)，設(shè)計(jì)理念在橋梁設(shè)計(jì)工作發(fā)揮著重要的作用，傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理念重視結(jié)構(gòu)的安全，存在許多的弊端。對(duì)理論的研究進(jìn)行加強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行完善和轉(zhuǎn)變，對(duì)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念要充分吸收，并與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)要從安全性與經(jīng)濟(jì)實(shí)用性?xún)蓚€(gè)方面出發(fā)，不僅僅要保證橋梁的安全性及耐久性，對(duì)其成本控制方面也要多做考慮。

2.3 重視結(jié)構(gòu)選材

材料對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性方面的影響很大。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要重視結(jié)構(gòu)材料的選擇，并結(jié)合橋梁的設(shè)計(jì)要求以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等因素，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度提出相應(yīng)的要求，確保橋梁的工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.4 重視疲勞損傷設(shè)計(jì)

在運(yùn)營(yíng)期間，橋梁所承受的荷載會(huì)呈現(xiàn)出循環(huán)變化的應(yīng)力，這種應(yīng)力會(huì)觸發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的作用下就會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷[3]，而這種損傷累積到一定程度之后，就會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。橋梁結(jié)構(gòu)的早期疲勞對(duì)結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的破壞能力，一旦造成損害就會(huì)出現(xiàn)很?chē)?yán)重的后果，橋梁坍塌事故的一個(gè)重要起因就是由于結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷導(dǎo)致的。因此在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞損傷問(wèn)題格外注意，防止出現(xiàn)疲勞損傷。

2.5 重視超載現(xiàn)象

雖然交通部門(mén)對(duì)超載現(xiàn)象的治理力度很大，也出臺(tái)了相應(yīng)的管理政策法規(guī)，但是由于我國(guó)地域幅員遼闊，交通網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，因此目前交通運(yùn)輸中的超載現(xiàn)象仍然屢禁不止，盡管出臺(tái)了相應(yīng)的政策并積極采取措施，但是對(duì)超載現(xiàn)象的控制還是有限的。

基于實(shí)際情況，超載現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

(1)橋梁本身的載荷超出了預(yù)期設(shè)計(jì)荷載能力。在進(jìn)行公路的建設(shè)時(shí)，橋梁的設(shè)計(jì)荷載能力在經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)營(yíng)之后由于交通量的增大，橋梁在運(yùn)營(yíng)期實(shí)際承受的荷載已經(jīng)超過(guò)了其預(yù)期設(shè)計(jì)荷載，導(dǎo)致橋梁在超負(fù)荷的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2) 車(chē)輛超載。由于個(gè)別大貨車(chē)為追求經(jīng)濟(jì)利益而超載的運(yùn)輸，一般而言只要車(chē)輛的超載還在橋梁的可承受范圍之內(nèi)，對(duì)橋梁的安全性和耐久性的影響還是在可控制范圍以?xún)?nèi)，但是當(dāng)車(chē)輛超載很多或者頻繁的有超載車(chē)輛駛上橋梁，就會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，極可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞導(dǎo)致其倒塌。近年來(lái)，由于車(chē)輛超載導(dǎo)致橋梁倒塌的事故層出不窮，如圖1所示，在2019年10月10晚，無(wú)錫市G312國(guó)道高架橋由于運(yùn)輸鋼材的車(chē)輛嚴(yán)重超載而倒塌。

圖1 無(wú)錫G312國(guó)道高架橋倒塌事故

2.6 重視后期養(yǎng)護(hù)

在公路的運(yùn)營(yíng)期，做好養(yǎng)護(hù)工作，對(duì)發(fā)現(xiàn)的安全隱患及時(shí)地進(jìn)行維修，能夠規(guī)避掉橋梁的絕大部分問(wèn)題。而且公路橋梁在運(yùn)營(yíng)期間受到的破壞時(shí)來(lái)自各方面的，不僅僅會(huì)受到來(lái)自載重車(chē)輛所導(dǎo)致的破壞，自然環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的侵蝕作用也是一個(gè)重要的破壞因素。因此，對(duì)公路橋梁做到定期的巡檢，及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)可有效地減小其受到的破壞，確保安全性和耐久性。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為公路的重要組成部分，橋梁在交通運(yùn)輸中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)其安全性和耐久性問(wèn)題進(jìn)行研究具有重要的意義。本文以公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性及耐久性為研究對(duì)象，針對(duì)其設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，并從不同的兩個(gè)方面對(duì)影響其安全性和耐久性的因素進(jìn)行了分析，并提出了一些改進(jìn)的措施。能夠?qū)窐蛄涸O(shè)計(jì)工作中安全性和耐久性問(wèn)題提供一些建議和參考，可對(duì)公路橋梁的設(shè)計(jì)工作提供一些指導(dǎo)意見(jiàn)。