橋梁設計中的安全性和耐久性研究

肖會闖

（舟山市交通規(guī)劃設計院，浙江舟山316000）

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展，橋梁建設工程項目不斷增加，特別是高水平橋梁工程的出現(xiàn)，雖然對社會經(jīng)濟發(fā)展以及文化交流起到了推動效果，但其中的安全性問題以及耐久性問題仍需要及時解決，否則一旦發(fā)生問題就會造成非常嚴重的后果。一般情況下，導致橋梁建設發(fā)生問題的原因在設計環(huán)節(jié)，需要設計人員進一步思考，在橋梁設計工作中怎樣提高橋梁建設的安全性以及耐久性，使橋梁質(zhì)量得到全面提高。

1 橋梁設計過程中存在的問題

目前，在設計橋梁工程時，需要體現(xiàn)經(jīng)濟實用性、橋梁安全性以及橋梁美觀性，但是在實際情況下，還需要注意橋梁的承載力。橋梁承載力，指的是橋梁最大的承載力，在設計橋梁時，需要保證荷載效應在任何條件下都低于結(jié)構(gòu)自身抗力。荷載安全系數(shù)需要在橋梁各種極限條件下計算。在設計橋梁時，橋梁的經(jīng)濟性以及美觀性無法使用明確的標準進行衡量。雖然在設計方案中，需要對經(jīng)濟性以及美觀性進行考慮，但是經(jīng)濟性主要考慮的是橋梁的造價，沒有將后期維護成本以及維修成本納入其中，評價經(jīng)濟性的方式較為單一。例如，更換斜拉橋拉索，一般情況下，橋梁的使用年限可以達到100年，而拉索的使用壽命只有30年，需要多次更換拉索。一部分橋梁設計工作，在設計時傾向橋梁的強度，但是對于橋梁的耐久性沒有給予足夠的重視，更重視橋梁在極限條件下的強度，對極限使用狀態(tài)沒有給予足夠的重視。在橋梁使用過程中，橋梁表現(xiàn)出的性能更為重要。但如果忽視耐久性設計，就會導致橋梁結(jié)構(gòu)逐漸變差，使用壽命也會隨之縮短[1]。

2 橋梁設計無法滿足安全性以及耐久性要求的原因

2.1 施工以及管理原因

橋梁倒塌事故的發(fā)生，使人們對橋梁安全越來越重視，一般情況下導致橋梁出現(xiàn)安全事故的原因與施工和管理有關(guān)。如果橋梁在投入使用后，短時間內(nèi)就發(fā)生安全事故，這是由于橋梁設計有問題，橋梁設計沒有達到橋梁建設標準，或者在使用過程中使用的建設材料質(zhì)量不符合要求，工藝方式?jīng)]有達到標準。此外，一部分橋梁工程存在偷工減料的問題，對橋梁使用安全造成嚴重的影響。

很多橋梁在沒有達到使用年限前，就出現(xiàn)質(zhì)量問題，壽命的縮短可能與劣化、病害有關(guān)，橋梁產(chǎn)生安全性以及耐久性的問題，與施工質(zhì)量有著密切的關(guān)系。例如，在施工過程中，鋼筋保護層沒有鋪設到位，導致厚度不足，使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。在施工過程中出現(xiàn)的問題，雖然在短時間內(nèi)不會造成影響，但是隨著時間的推移，會對橋梁的耐久性造成嚴重的損害。

2.2 橋梁設計以及結(jié)構(gòu)問題

除施工、管理外，橋梁設計問題也是導致橋梁出現(xiàn)安全問題的原因，首先需要制定經(jīng)濟適宜、技術(shù)條件允許的設計方案，然后對橋梁結(jié)構(gòu)進行設計，制定合理的連接設計方案，保證結(jié)構(gòu)體系安全、可靠。

大多數(shù)設計人員在設計橋梁時，更重視橋梁的安全性，但是沒有對結(jié)構(gòu)設計以及材料等方面給予足夠的重視，導致橋梁自身結(jié)構(gòu)受力不均勻，一部分支撐點的鋼筋保護層厚度不足，使用的配筋直徑較小，使整體結(jié)構(gòu)的耐久性降低，影響整個橋梁的安全使用。而且也有一部分橋梁雖然可以滿足強度要求，但在使用幾年后，耐久性就出現(xiàn)問題，影響橋梁的安全使用。耐久性是影響橋梁是否能夠長期安全使用的主要原因，因此在設計過程中，需要從多個角度著手，采取有效的措施，提高橋梁的耐久性[2]。

在不同的使用環(huán)境，橋梁設計要求也有區(qū)別，設計人員需要對結(jié)構(gòu)本身有正確的了解，然后結(jié)合自身的設計經(jīng)驗，根據(jù)當前區(qū)域的實際施工情況，選擇最為合適的施工材料以及施工技術(shù)要求。

2.3 橋梁設計、施工以及管理銜接不到位

為提高橋梁的安全性以及耐久性，需要在橋梁設計過程中，加強質(zhì)量控制。在施工過程中做好橋梁的設計、施工、管理三個環(huán)節(jié)的銜接。但從目前的建設情況來看，三個環(huán)節(jié)之間，仍然存在銜接不到位的問題，很多橋梁出現(xiàn)事故的原因與施工質(zhì)量有關(guān)。在實際施工過程中，施工使用的材料沒有達到設計標準，施工工序不合理，最終造成橋梁的整體工程質(zhì)量較低，銜接工作不到位，直接影響橋梁整體建設質(zhì)量。導致質(zhì)量不合理的原因有很多，常見的原因與后期養(yǎng)護不到位，材料選擇不合理有關(guān)，使橋梁的使用耐久性受到影響。

2.4 橋梁設計理念較為落后

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，橋梁事業(yè)也得到極大的進步，對橋梁的要求也越來越高，需要不斷細化橋梁設計理念，更新施工技術(shù)。雖然我國引進了很多先進的橋梁施工技術(shù)，但是受到傳統(tǒng)設計思路的影響，我國橋梁設計的整體水平仍處于較為落后的狀態(tài)。在設計橋梁時，需要充分考慮多方面因素的影響，保證橋梁的施工質(zhì)量，防止質(zhì)量不到位導致的嚴重后果，真正發(fā)揮橋梁的作用。從實際施工情況來看，我國的橋梁設計人員對新材料以及技術(shù)等方面的認知仍然較為薄弱，無法結(jié)合最新的內(nèi)容進行更好的設計，導致實際設計中，橋梁的耐久性以及安全性出現(xiàn)問題。

3 提高橋梁設計耐久性以及安全性的措施

3.1 加強設計結(jié)構(gòu)耐久性

橋梁建設工程的建造在使用過程中勢必會受到外部因素影響，除日常的車荷載外，還會受到地震等自然危害以及結(jié)構(gòu)疲勞性等因素的影響，而且建設橋梁使用的材料本身的性能也會隨著使用時間的增長而不斷退化，部分結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不同程度的損壞。例如，在大跨橋上，設計修建多個斜拉橋，雖然沒有發(fā)生塌陷等安全事故，但是斜拉橋使用的拉索耐久性較差，需要定期更換。

影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的原因有很多，頻繁發(fā)生的耐久性問題，也使更多人注意到結(jié)構(gòu)耐久性對橋梁使用的影響。從橋梁病害上來看，一部分橋梁除施工問題以及施工材料問題外，影響結(jié)構(gòu)耐久性的原因也與構(gòu)造問題有關(guān)，也就是在橋梁設計中存在問題。

20世紀開始，我國橋梁設計便已經(jīng)重視耐久性對橋梁使用造成的影響，在橋梁設計中主要通過材料以及統(tǒng)計分析等方面提高橋梁的耐久性，設計以及施工上的角度仍存在不足，設計人員比較傾向于通過結(jié)構(gòu)計算的分析與研究，但是對于橋梁細部處理以及整體構(gòu)造的分析較弱。

在橋梁設計中，需要將結(jié)構(gòu)耐久設計作為主要設計原則之一，對結(jié)構(gòu)布局以及細節(jié)構(gòu)造進行統(tǒng)一設計，使每一個結(jié)構(gòu)可以隨時檢查、維修，保證橋梁的使用安全，減少維修成本，提高橋梁設計的長期利益，對于橋梁設計來說，耐久性設計直接影響橋梁的安全性以及經(jīng)濟性。

3.2 加強疲勞損傷分析

為提高橋梁的使用安全，需要分析橋梁的疲勞損傷程度。在橋梁使用過程中，結(jié)構(gòu)體系承受的荷載為動荷載，主要與車輛荷載以及風荷載有關(guān)。在動荷載的影響下，會使橋梁的整體結(jié)構(gòu)受到應力影響，結(jié)構(gòu)上會出現(xiàn)振動。在振動影響下，會使橋梁的部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞性損傷。而且橋梁工程使用的材料不是連續(xù)、均勻的，在持續(xù)受到動荷載的影響后，會使橋梁出現(xiàn)缺陷，而且這些缺陷會不斷地擴大，最終導致橋梁出現(xiàn)損傷，使材料出現(xiàn)裂縫。如果沒有及時解決裂縫問題，最終會導致整個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂，通過檢測很難及時發(fā)現(xiàn)早期疲勞損傷，但是疲勞損傷造成的后果是極其嚴重的。

對橋梁的疲勞損傷進行分析，發(fā)現(xiàn)導致橋梁容易發(fā)生疲勞損傷的原因與橋梁設計以及鋼混、純鋼結(jié)構(gòu)腐蝕有關(guān)。在橋梁設計上，鋼橋的結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生疲勞損傷導致結(jié)構(gòu)裂痕。在混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼混結(jié)構(gòu)也很容易發(fā)生腐蝕，對橋梁使用安全造成影響。除整體結(jié)構(gòu)損傷外，關(guān)鍵位置的局部疲勞損傷也會對橋梁的使用造成嚴重影響。

3.3 加強橋梁超載管理

對橋梁超載情況進行分析，導致超載的主要原因分為以下三種：橋梁超齡負載、橋梁通行量超載以及車輛違規(guī)超載。在出現(xiàn)橋梁超載后，會導致橋梁結(jié)構(gòu)疲勞負載加重，加快橋梁損傷，最終導致橋梁被破壞。此外，超載造成的損傷無法恢復，會對橋梁的正常使用造成影響，使橋梁的耐久性以及安全性降低。所以，相關(guān)部門需要加強超載管理。

在設計橋梁時，橋梁冗余設計是重點內(nèi)容，做好冗余設計才可以保證橋梁整體施工的質(zhì)量，使橋梁結(jié)構(gòu)不會受到外來因素的影響。從我國現(xiàn)狀來看，由于人口較多，導致交通量較為擁擠，需要不斷提高橋梁結(jié)構(gòu)設計的安全性以及耐久性，減少局部損傷傷害。而且加強冗余設計也可以提高對地震自然災害的抗性。在橋梁設計工作中，也需要重視結(jié)構(gòu)的整體性，很多橋梁結(jié)構(gòu)為桿系結(jié)構(gòu)，在設計時，重視整體性設計，能夠保證橋梁承重均勻以及結(jié)構(gòu)美觀，提高橋梁的剛度以及穩(wěn)定性。

3.4 規(guī)范設計標準，積極引進新的設計思路

在橋梁設計過程中，為提高橋梁的耐久性以及安全性，需要不斷優(yōu)化設計標準，使橋梁能夠安全使用。此外在設計上，積極學習新的設計理念以及耐久性設計因素，加強對耐久性設計的重視。

4 結(jié)語

在橋梁設計工作中，橋梁結(jié)構(gòu)耐久性以及安全性非常重要。很多因素都會導致橋梁的正常使用出現(xiàn)問題，因此需要加強對相關(guān)影響因素的分析和控制，從根本上提高橋梁的耐久性以及安全性。在設計環(huán)節(jié)，需要加強對橋梁耐久性的認知，做好耐久性因素分析。在設計中針對耐久性因素以及安全性因素進行妥善掌控，規(guī)避其中不利因素，減少工程事故的發(fā)生，延長橋梁的使用壽命，充分考慮橋梁的結(jié)構(gòu)建設以及后期維護等方面需要注意的問題。