淺談影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素及優(yōu)化措施

摘? 要：近年來，在我國交通體系中橋梁工程數(shù)量逐年增加，橋梁在投入使用后，使得區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)趨于完善，為通行提供了便捷。但是，各種結(jié)構(gòu)、等級的橋梁常常會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、耐久性不足的問題，不僅造成了嚴重的交通通行事故，也影響了橋梁的經(jīng)濟、社會效益。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究變得非常關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu);耐久性;影響因素;優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：U448? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

在橋梁工程項目中，結(jié)構(gòu)耐久性是人們關(guān)注的一個重要指標，橋梁工程的質(zhì)量評估，并不是只有這一個指標，無論是哪個指標，都需要達到工程標準，方能發(fā)揮橋梁在經(jīng)濟社會中的作用。近年來，我國很多橋梁都面臨著結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題，在設(shè)計使用年限內(nèi)橋梁難以保持其結(jié)構(gòu)耐久性，影響了正常通行。橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素非常多，如果要使結(jié)構(gòu)耐久性達到設(shè)計標準，就需要有關(guān)設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，從這些影響因素出發(fā)，開展有針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化。

1橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究現(xiàn)狀

1.1混凝土斜拉橋開裂

當前橋梁工程中，混凝土斜拉橋開裂是結(jié)構(gòu)耐久性不足的重要表現(xiàn)，尤其是對于一些大跨度橋梁工程而言，混凝土主梁開裂非常常見。根據(jù)實際情況，混凝土斜拉橋開裂主要表現(xiàn)在頂板、底板、腹板及隔板的開裂。一般情況下，結(jié)構(gòu)耐久性不足多是由設(shè)計、構(gòu)造、材料與施工因素等造成的。

1.2混凝土梁式橋下?lián)?/p>

一些橋梁為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，在投入使用以后，結(jié)構(gòu)耐久性不足的突出表現(xiàn)就是主跨的下?lián)铣隽苏藴?。只要在橋梁工程中出現(xiàn)了混凝土梁體的開裂現(xiàn)象，那么結(jié)構(gòu)性問題將難以避免。結(jié)構(gòu)下?lián)蠒鹣淞旱装宓牧芽p增多，使得橋梁的總體結(jié)構(gòu)剛度不足，進而引起更為嚴重的下?lián)?，因此這是一個循環(huán)的過程[1]。根據(jù)國內(nèi)外對橋梁結(jié)構(gòu)的研究：在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工過程中，如果缺乏相應(yīng)的預(yù)防，容易引起結(jié)構(gòu)耐久性不足的問題，針對這一情況，人們更傾向于通過預(yù)拱度的設(shè)置來預(yù)防這一問題。

1.3正交異性鋼橋面的疲勞裂縫

很多橋梁為正交異性鋼橋面，這類橋梁在施工建設(shè)和使用時，常常會由于應(yīng)力的過度集中而引起結(jié)構(gòu)性問題，尤其是當結(jié)構(gòu)存在設(shè)計缺陷、焊接工藝應(yīng)用不當時，應(yīng)力集中的現(xiàn)象將更為突出，再加上在后期存在著反復(fù)的車輛荷載作用，對于橋梁結(jié)構(gòu)的損傷將是非常大的[2]。

2橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不高的原因

2.1設(shè)計不合理

橋梁工程的結(jié)構(gòu)耐久性問題，很多是由結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷所造成的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員并未嚴格考慮結(jié)構(gòu)耐久性因素，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在細節(jié)處理不當?shù)膯栴}。比如，部分設(shè)計人員在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時，雖然開展了規(guī)范化設(shè)計，但是卻缺乏對結(jié)構(gòu)設(shè)計成本的考慮;設(shè)計過程中過于關(guān)注外觀，忽略了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計[3]。

2.2施工質(zhì)量標準低

橋梁工程施工時，要達到結(jié)構(gòu)施工標準，在施工過程中必須加強施工質(zhì)量控制，工程企業(yè)要結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)施工要求，做好施工前期的工藝選擇、流程規(guī)劃工作。但在實際施工過程中，常常存在著各種各樣的施工質(zhì)量問題，雖然在橋梁工程投入使用的短時間內(nèi)不會出現(xiàn)任何問題，但在使用一段時間后，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象將難以避免。施工過程中的以下質(zhì)量問題都會引起結(jié)構(gòu)耐久性不足：如施工人員沒有嚴格按照相應(yīng)的施工標準來進行施工裂縫的處理;預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋拉力處理不當，未正確使用錨固設(shè)備;缺乏后續(xù)的混凝土養(yǎng)護;施工材料不達標。

2.3施工管理制度不完善

橋梁工程項目實施過程中，工程企業(yè)必須要制定完善的施工管理制度，才能夠使各施工人員嚴格根據(jù)各個施工制度來保障施工的規(guī)范性。事實上，很多工程企業(yè)在實際施工過程中，并未建立完善的施工管理制度，導(dǎo)致施工過程中存在不規(guī)范的施工行為，影響了結(jié)構(gòu)耐久性與穩(wěn)定性。施工管理制度的不完善具體表現(xiàn)為：施工企業(yè)過于關(guān)注施工時的成本控制，在工程設(shè)計、施工技術(shù)與養(yǎng)護管理方面的重視程度不足，提升結(jié)構(gòu)耐久性勢必會造成成本的增加，而這也就造成了結(jié)構(gòu)耐久性與成本控制方面的矛盾;施工管理制度中的相關(guān)內(nèi)容并不符合橋梁工程的具體施工情況;施工進度計劃不合理，在施工過程中存在盲目趕工等行為。

2.4超負荷使用

橋梁工程在投入使用后，在正常的使用期限內(nèi)，如果能夠始終保持正常的通行量，橋梁結(jié)構(gòu)就可以保持良好的耐久性。事實上，隨著城市化進程的加快，通行壓力增大，橋梁工程面臨著越來越大的通行量，甚至一些橋梁的通行量超出了設(shè)計標準，長期的超負荷使用使得橋梁結(jié)構(gòu)面臨著各種病害。

3橋梁結(jié)構(gòu)耐久性優(yōu)化措施

3.1影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素分析

在橋梁工程的耐久性優(yōu)化設(shè)計過程中，要想全面提升其結(jié)構(gòu)質(zhì)量，就需要有關(guān)設(shè)計人員在實際設(shè)計工作中，做好結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的分析，從影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素著手，做好相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化與改進，使結(jié)構(gòu)設(shè)計中的諸多細節(jié)性問題得到有效處理，保障結(jié)構(gòu)中各種工藝、技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。

3.2壽命及結(jié)構(gòu)耐久性的極限設(shè)計

在橋梁耐久性設(shè)計時，有關(guān)設(shè)計人員需根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的具體特征，來確定橋梁結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。任何的橋梁工程項目中，設(shè)計人員均需要結(jié)合結(jié)構(gòu)施工要求，來進行耐久性極限基準的選擇，進而在此基礎(chǔ)上開展更為科學(xué)的設(shè)計。

3.3關(guān)注疲勞損傷

在橋梁工程投入使用以后，一些結(jié)構(gòu)性問題往往是由疲勞損失所引起的，因此，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員要從使用的角度出發(fā)，考慮橋梁在投入使用以后可能面臨的疲勞損傷問題，進而在此基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。橋梁工程使用時受到車輛動荷載和重力的影響最大，此時，在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部會出現(xiàn)一定的應(yīng)力，如果這些應(yīng)力無法及時釋放出來，且過度集中將會使橋梁結(jié)構(gòu)面臨損傷。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要根據(jù)這些應(yīng)力的分布情況，來采取有效的應(yīng)力釋放策略，避免應(yīng)力的過度集中。

3.4修正耐久性計算公式及參數(shù)

在橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方面，通過耐久性模型的建立，有關(guān)設(shè)計人員可以在該模型中進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)耐久性模型在建立以后，設(shè)計人員需通過模型中的相關(guān)公式和參數(shù)修正和調(diào)整來進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。因此，其中某一個參數(shù)的改變都會對結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生非常大的影響，比如，鋼筋銹蝕程度、混凝土保護層厚度，均會影響橋梁結(jié)構(gòu)性能。如果要提升耐久性，有關(guān)設(shè)計人員必須要充分分析各種材料參數(shù)對于應(yīng)力效應(yīng)的影響，不斷對每個參數(shù)加以修正。當然，耐久性模型中，同樣需要考慮其他方面的因素，在保障各種結(jié)構(gòu)目標的基礎(chǔ)上，來確定最為合理有效的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工方案。

4結(jié)語

近年來，很多橋梁工程在投入使用以后都會面臨結(jié)構(gòu)耐久性不足的問題，如果要使得橋梁工程能夠在其設(shè)計年限內(nèi)保持最佳運營狀態(tài)，在前期設(shè)計工作中，相關(guān)設(shè)計人員必須要加強結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計和優(yōu)化，最大程度上使橋梁結(jié)構(gòu)滿足工程標準。

參考文獻

[1]吳柳濤.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素及優(yōu)化設(shè)計研究[J].電子工程學(xué)院學(xué)報，2020（4）：201-202.

[2]柏猛.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2018，37（10）：94-96.

[3]李浩新.基于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的研究分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016（1）：354.

收稿日期：2020-07-11

作者簡介：馬軍元（1988—），男，回族，寧夏固原人，本科，工程師，研究方向：公路橋梁。