公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及橋梁耐久性研究

吳亞飛 李云龍

淄博俊發(fā)重型鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司 山東 淄博 255000

我國(guó)每年交通事故造成了大量的人員傷亡，造其中公路橋梁工程建設(shè)的耐久性以及安全性出現(xiàn)問(wèn)題是導(dǎo)致交通事故出現(xiàn)的重要原因。所以，這就要求工程設(shè)計(jì)人員在公路橋梁工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分重視其耐久性和安全性，以保證公路橋梁安全有著較可靠的保障。

1 我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)安全性及耐久性現(xiàn)狀及其重要意義

1.1 我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)安全性及耐久性現(xiàn)狀

目前，公路橋梁設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題對(duì)公路橋梁建設(shè)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的制約。橋梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)一向受到重視，在設(shè)計(jì)中也得到了全面的考慮，然而橋梁的耐久性卻被嚴(yán)重的忽視了。強(qiáng)度極限會(huì)對(duì)橋梁的安全性和可靠性造成較大的影響，但是如果橋梁的強(qiáng)度極限得到了滿足，使用極限也必須引起我們的重視，這也會(huì)對(duì)橋梁的整體生命周期有著密切的關(guān)系。另外，在公路橋梁計(jì)中，對(duì)于公路橋梁建成后的可維護(hù)性也沒(méi)有重視起來(lái)。不僅橋梁的設(shè)計(jì)和施工會(huì)對(duì)公路橋梁的使用壽命產(chǎn)生影響，公路橋梁的后期維修養(yǎng)護(hù)工作也是影響橋梁使用壽命的重要因素，因此如果橋梁的維修養(yǎng)護(hù)工作不到位，不僅其使用壽命會(huì)明顯縮短，更容易造成安全事故的發(fā)生。所以，為了使得這些問(wèn)題得到有效的解決，必須在橋梁的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)入手，對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)計(jì)過(guò)程中融入安全性和耐久性理念，從而使得公路橋梁的安全有著可靠的保障。

1.2 我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)安全耐久的重要意義

公路橋梁是公路跨越河流、山谷具備承載力的專門工程，可以把不同地面交通很好的連接起來(lái)。在改革40年來(lái)，隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅速的發(fā)展，其規(guī)模、數(shù)量都得到了迅速的提高。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，對(duì)公路橋梁的質(zhì)量、功能的于要求也在不斷提升。特別是公路橋梁的安全性與耐久性會(huì)對(duì)橋梁的后期的使用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，更是在橋梁設(shè)計(jì)中起到了重要作用。公路橋梁安全性受到了橋梁結(jié)構(gòu)和承載能力的影響，我們?cè)谠u(píng)價(jià)橋梁質(zhì)量時(shí)，需要從其結(jié)構(gòu)合理性、結(jié)構(gòu)重要系數(shù)等方面著手進(jìn)行評(píng)定，針對(duì)橋梁的應(yīng)力、扭矩通過(guò)安全模型、采集數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分析。公路橋梁的耐久性就是一般情況下橋梁可以正常使用的時(shí)間、頻率和次數(shù)。還可以從理論的視角對(duì)建筑橋梁的材料、工藝展開(kāi)分析。因此，公路橋梁的安全性、穩(wěn)定性是同一問(wèn)題的不同層面，這兩個(gè)層面任何一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)橋梁的使用帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

2 我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 設(shè)計(jì)理念滯后

我們縱觀全球的公路橋梁設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，路橋建筑工程架構(gòu)的施工水平一直在不斷的提高，橋梁架構(gòu)也有了比較健全的規(guī)劃流程。不過(guò)國(guó)內(nèi)受到原有體制的影響，在公路橋梁設(shè)計(jì)中一直沒(méi)有融入全新的規(guī)劃理念與流程，絕大部分公路橋梁的設(shè)計(jì)依舊沿用傳統(tǒng)的規(guī)劃理念，因此國(guó)內(nèi)橋梁架構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的的思想整體相對(duì)比較保守。在規(guī)劃公路橋梁架構(gòu)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往只關(guān)注工程運(yùn)作的安全性，即選擇的安全系數(shù)比較優(yōu)異，但是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的耐用性沒(méi)有引起足夠的重視，而且路橋工程規(guī)劃人員缺乏調(diào)控意識(shí)，這也造成了公路橋梁項(xiàng)目規(guī)劃無(wú)法滿足工程建設(shè)的真實(shí)需求。

2.2 設(shè)計(jì)方案審核不嚴(yán)格

公路橋梁設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了公路橋梁的質(zhì)量有可靠的保證，施工之前必須嚴(yán)格審核設(shè)計(jì)圖紙和施工方案，進(jìn)而對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)效果進(jìn)行嚴(yán)格的管控。在審核設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，施工材料、結(jié)構(gòu)安全、橋梁設(shè)計(jì)的整體性進(jìn)都是必須嚴(yán)格審核的內(nèi)容，我們必須保證施工內(nèi)容與公路橋梁建設(shè)規(guī)定相符合[1]。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)方案中存在的漏洞和不足進(jìn)行嚴(yán)格檢查，并馬上就地整改和完善。在公路橋梁設(shè)計(jì)中，如果不嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核，造成其中存在的問(wèn)題不要能被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，這樣設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性就失去了可靠的保證。在公路橋梁的具體設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)與審核沒(méi)有被嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)，未聘請(qǐng)專業(yè)的審核人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核，造成設(shè)計(jì)方案存在問(wèn)題無(wú)法得到有效的解決，這都對(duì)公路橋橋梁的安全性和耐久性造成了不利的影響。

2.3 公路橋梁結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)不科學(xué)

公路橋梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須以其具體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，使得橋梁結(jié)構(gòu)與連接構(gòu)件合理的連接起來(lái)。與此同時(shí)，也寫(xiě)橋梁設(shè)計(jì)選擇的施工材料質(zhì)量沒(méi)有保證，造成橋梁的結(jié)構(gòu)體系的安全系數(shù)不合格，使得橋梁的整體以及局部材料安全不可靠，使公路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而全面對(duì)橋梁的耐久性與安全性造成了不利的影響。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全系數(shù)沒(méi)有從宏觀上統(tǒng)籌考慮[2]。在計(jì)算受力情況的時(shí)候，對(duì)計(jì)算結(jié)果沒(méi)有嚴(yán)格的審核，設(shè)計(jì)方案中沒(méi)有明顯的受力標(biāo)識(shí)，造成路橋一些構(gòu)件的受力失去了可以承受的標(biāo)準(zhǔn)。一些橋梁工程的上下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合安全標(biāo)準(zhǔn)，都是公路橋梁缺乏的耐用性和安全性的重要原因。

3 公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性和耐久性存在問(wèn)題的原因

公路橋梁工程建設(shè)質(zhì)量的指標(biāo)存在多樣性，安全性和耐久性是兩個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)老化、結(jié)構(gòu)的耐久性下降都是其耐久性差的重要表現(xiàn)。如果橋梁結(jié)構(gòu)的密實(shí)性較差，在設(shè)計(jì)沒(méi)有設(shè)定混凝土合格的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，施工過(guò)程中又沒(méi)有嚴(yán)格的監(jiān)督，就會(huì)造成橋梁出現(xiàn)裂縫。還有一個(gè)碳化問(wèn)題，如果橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)損傷，鋼筋表層出現(xiàn)破損，就會(huì)被銹對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生不良的影響。如果出現(xiàn)這些問(wèn)題，就說(shuō)明路橋設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，對(duì)工程施工建設(shè)產(chǎn)生不利的影響。在公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，公路橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)設(shè)計(jì)往往是設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，需要對(duì)橋梁的力學(xué)、物理、材料等方面的因素統(tǒng)籌考慮，但是對(duì)建成以后的后期維護(hù)往往沒(méi)有引起應(yīng)有的重視，這也是一些橋梁的耐久性和安全性不足的重要原因。隨著當(dāng)代建筑科技的不斷進(jìn)步，公路橋梁合計(jì)的理念也在不停的變化，對(duì)橋梁的安全性考慮較多，因此在設(shè)計(jì)中往往會(huì)選擇較大安全系數(shù)，但這對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是非常不利的，公路橋梁的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，橋梁的技術(shù)工藝、經(jīng)濟(jì)性、安全性的數(shù)據(jù)參數(shù)必須嚴(yán)格的加以控制，這樣才會(huì)使得橋梁的建設(shè)質(zhì)量有著可靠的保障[3]。在公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)習(xí)慣于借助提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)加大結(jié)構(gòu)的安全性，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久性、材料性能、結(jié)構(gòu)布局和橋梁建成后的環(huán)境和人為因素沒(méi)有全面的加以考慮，一些細(xì)節(jié)問(wèn)題沒(méi)有按照規(guī)范進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，這都對(duì)公路橋梁后續(xù)工程質(zhì)量造成了非常不利的影響，是公路橋梁的耐久性和安全性存在問(wèn)題的重要原因。

4 公路橋梁安全性和橋梁耐久性設(shè)計(jì)的意見(jiàn)和建議

4.1 設(shè)計(jì)理念

要注重在公路橋梁設(shè)計(jì)中引進(jìn)和培養(yǎng)專業(yè)、創(chuàng)新人才，要用最前瞻的理論影響他們的設(shè)計(jì)理念，多提供理論聯(lián)系實(shí)踐的機(jī)會(huì)，確保他們?cè)O(shè)計(jì)出最佳的方案。在具體的設(shè)計(jì)中，他們要把注重橋梁安全耐久的設(shè)計(jì)理念貫穿始終，將橋梁的安全耐久使用作為重要的設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要的時(shí)候可以對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)理念必須與施工技術(shù)密切結(jié)合，嚴(yán)格規(guī)范設(shè)計(jì)指標(biāo)，在保證橋梁安全耐用的基礎(chǔ)上，兼顧結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。安全耐用是建筑工程本質(zhì)內(nèi)容，與工程質(zhì)量存在密切的關(guān)系，與我國(guó)公路交通事業(yè)發(fā)展的命脈密切相關(guān)。因此我們必須用最科學(xué)的設(shè)計(jì)理念作指導(dǎo)，保障公路橋梁的質(zhì)量與安全穩(wěn)固不出任何問(wèn)題。

4.2 材料選用

對(duì)于公路橋梁來(lái)說(shuō)，混凝土的使用可以對(duì)其安全性和耐久性最重要的影響?；炷恋姆N類極為復(fù)雜，因此我們?cè)谶x擇材料的過(guò)程中要注意發(fā)揮其特性，保證橋梁的安全性和耐久性，高性能混凝土是公路橋梁建設(shè)的首選。與傳統(tǒng)混凝土相比，高性能混凝土性能突出，使用起來(lái)更加高效，而我們?cè)谠O(shè)計(jì)中也要融入綠色觀念，選擇更具時(shí)代特征的綠色高性能混凝土。不緊要關(guān)注其耐久力，能夠有力的支撐橋梁，而且要注重其環(huán)保性能，這也有利于提升橋梁的耐久性，傳統(tǒng)混凝土中需要對(duì)硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料高溫煅燒才能生產(chǎn)出來(lái)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要消耗大量的資源，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選擇綠色高性能混凝土，其生產(chǎn)采用無(wú)熟料水泥或是免燒水泥，不僅節(jié)約了大量的成本，而且在堅(jiān)固性和耐久性方面更勝一籌。

4.3 樁基設(shè)計(jì)

樁基的設(shè)計(jì)關(guān)系到公路橋梁安全性和耐久性，所以，在橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師必須充分把握樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，認(rèn)真考慮其穩(wěn)定性和安全性參數(shù)。公路橋梁需要承受的荷載是較大的，設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)施工地的地質(zhì)參數(shù)提前調(diào)查了解，然后得出樁基最大承載力，這就對(duì)后期的設(shè)計(jì)有了數(shù)據(jù)可以參考。同時(shí)也要在設(shè)計(jì)方案中注明樁基需要實(shí)施靜荷載測(cè)試，以保證橋梁的安全耐久性符合要求。

4.4 抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)是公路橋梁工程建設(shè)另一項(xiàng)重要的內(nèi)容，一般橋梁工程設(shè)計(jì)細(xì)則中都會(huì)對(duì)抗震設(shè)計(jì)要求做出明確的規(guī)定，這就給橋梁的結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)中以明確的參考。尤其是在橋梁的深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁基建設(shè)必須滲透液化土層，這樣樁基埋設(shè)的穩(wěn)定性在橋梁施工過(guò)程中才會(huì)有可靠的保障。對(duì)于淺基礎(chǔ)的小橋工程，要做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，橋梁結(jié)構(gòu)縱向的強(qiáng)度要求提前設(shè)計(jì)清楚，避免梁端在建成后發(fā)生位移，對(duì)橋梁的安全性耐久性帶來(lái)不必要的干擾[4]。

4.5 疲勞損傷設(shè)計(jì)

公路橋梁投入使用后，外界環(huán)境變化會(huì)對(duì)其安全性耐久性帶來(lái)較大的影響，同時(shí)隨著橋梁承受載荷的持續(xù)增加，人為和自然因素也會(huì)使得橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞損傷現(xiàn)象。這一問(wèn)題如果得不到有效的解決，就會(huì)導(dǎo)致橋梁的損傷持續(xù)發(fā)酵，一旦突破了橋梁承受力的最大值，橋梁就會(huì)出現(xiàn)裂縫等安全問(wèn)題，嚴(yán)重甚至?xí)斐蓸蛄禾?，?duì)橋梁的耐久性和安全性造成了嚴(yán)重的破壞。公路橋梁的疲勞損傷在前期是比較隱蔽的，而而且是一個(gè)日積月累的漫長(zhǎng)過(guò)程，但對(duì)使用安全產(chǎn)生的影響是比較嚴(yán)重的。如果能我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公路橋梁的疲勞損失情況，路橋結(jié)構(gòu)的裂縫等安全問(wèn)題就可以得到有效的解決，橋梁的安全和耐久性就有了可靠的保障。因此，在公路橋梁設(shè)計(jì)的過(guò)程中，疲勞損傷問(wèn)題必須引起我們的高度重視，橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要對(duì)整體的構(gòu)件變化加以關(guān)注，要做好構(gòu)件的腐蝕和疲勞損傷的分析工作，并在設(shè)計(jì)方案中對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

4.6 預(yù)防超載設(shè)計(jì)

公路橋梁一旦投入使用，其需要承載的負(fù)荷數(shù)量是較大的，在橋梁的使用過(guò)程中，極易發(fā)生超載問(wèn)題，這也是公路橋梁設(shè)計(jì)安全耐久必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，車輛的違規(guī)行駛、車流量超標(biāo)、使用年限超標(biāo)等因素都是造成公路橋梁超載的重要原因[5]。雖然選擇優(yōu)質(zhì)的混凝土有利于提高橋梁的安全耐久性，但一旦超載情況出現(xiàn)，就會(huì)對(duì)公路橋梁的耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。如果超載問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，橋梁的結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)累積性損傷，嚴(yán)重的話就會(huì)造成橋梁報(bào)廢不能使用。此外，公路橋梁在進(jìn)入使用環(huán)節(jié)，必須提前設(shè)計(jì)好能夠承受的最大車輛行駛的流量，如果流量超標(biāo)，橋梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)力也會(huì)隨之發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)部件的彎矩出現(xiàn)改變，橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變出現(xiàn)裂縫，或者是逆向無(wú)法恢復(fù)的損傷，對(duì)橋梁保持耐久性和安全性但是非常不利的[6]。所以，在設(shè)計(jì)公路橋梁的過(guò)程中，預(yù)防超載問(wèn)題是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。在橋梁的設(shè)計(jì)必須提前制定好并加入預(yù)防超載措施，這樣橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)更加的科學(xué)合理，一旦出現(xiàn)超載問(wèn)題也可以得到很好的解決，做好預(yù)案對(duì)橋梁的耐久性和安全性起到可靠的保證作用。

4.7 關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了在公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中提升其耐久性和安全性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要盡量選用先進(jìn)的技術(shù)，運(yùn)用到橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以顯著的提升橋梁安全和耐久性的設(shè)計(jì)水平。根據(jù)工程建設(shè)中的嚴(yán)格要求，對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)一步明確，設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)出對(duì)施工工藝的合理化選擇，積極的使用先進(jìn)的技術(shù)，使設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)得到不斷的改進(jìn)優(yōu)化，充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)和信息化手段對(duì)橋梁的耐久性和安全性進(jìn)行分析，并對(duì)其進(jìn)行量化處理，使得橋梁的安全性和耐久性的設(shè)計(jì)質(zhì)量有了可靠的保障[7]。

5 總結(jié)

由上可知，我國(guó)公路橋梁在安全性及耐久性設(shè)計(jì)方面還存在一些不容忽視的問(wèn)題，很多因素會(huì)對(duì)其設(shè)計(jì)的安全性及耐久性產(chǎn)生影響，我么必須將其視為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從諸多方面采取有效的措施，全面優(yōu)化我國(guó)我國(guó)公路橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)，有效強(qiáng)化我國(guó)公路橋梁的安全性和耐久性，最終推動(dòng)我國(guó)公路橋梁安全性和耐久性達(dá)到更高的水平，為我國(guó)路橋工程事業(yè)的發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。