試論公路橋梁設(shè)計(jì)安全的探討

【摘 要】本文對(duì)影響橋梁安全性、耐久性原因進(jìn)行分析 ，提出了提高安全性、耐久性的措施。

【關(guān)鍵詞】橋梁；安全性；耐久性

引言：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，也帶動(dòng)了我國(guó)交通事業(yè)的迅速騰飛。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的公路交通獲得了巨大的發(fā)展，隨著公路交通網(wǎng)的不斷的完善，大量的山區(qū)和交通不便的地區(qū)都修建了高速公路。但是應(yīng)該看到我國(guó)的交通事業(yè)還存在著一些問(wèn)題，其中比較突出的就是公路橋梁的安全性和耐久性不足，嚴(yán)重的影響了我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展。

1、橋梁設(shè)計(jì)安全的構(gòu)成

對(duì)注重結(jié)構(gòu)工程安全性的橋梁設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō) ，安全性和耐久性是設(shè)計(jì)質(zhì)量永恒不變的追求。所謂安全性是指結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力 ，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和結(jié)構(gòu)的整體牢固性。耐久性是指結(jié)構(gòu)抵抗由外界環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)的安全性

橋梁結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的整體牢固性和構(gòu)建的承載能力兩個(gè)方面。橋梁結(jié)構(gòu)的整體牢固性是指結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)與其原因不相稱(chēng)的破壞后果 ，即在橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部破壞的情況下 ，避免發(fā)生大范圍連續(xù)破壞倒塌的能力。結(jié)構(gòu)安全性良好的橋梁 ，依靠結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)良的延性和必要的冗余度 ，在對(duì)付地震、爆炸等災(zāi)害或因人為差錯(cuò)導(dǎo)致的災(zāi)難方面 ，能夠發(fā)揮較大作用 ，有效減輕災(zāi)害損失。

橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力是指橋梁結(jié)構(gòu)具有的承受車(chē)輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來(lái)作用的能力。負(fù)荷超載 ，是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的最大威脅 ，

主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷或超載 ，會(huì)使橋梁應(yīng)力幅度加大、損傷加劇 ，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞事故。

（2）由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù) ，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化 ，從而可能危害橋梁的安全性。

1. 2 橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性

在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中 ，人們往往把重點(diǎn)放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求 ，而對(duì)環(huán)境因素作用下的耐久性要求則相對(duì)考慮較少 ，實(shí)際上這樣做存在很大的弊端。因?yàn)闃蛄涸诮ㄔ旌褪褂眠^(guò)程中 ，一定會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕及人為因素等外來(lái)作用 ，加之橋梁所采用材料的自身性能不斷退化 ，各種因素的綜合作用最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部分不同程度的損傷和劣化 ，從而影響了橋梁各結(jié)構(gòu)的耐久性。因此切實(shí)改善橋梁耐久性是十分必要的 ，必須要對(duì)其給予高度的重視。

2 橋梁安全性、耐久性差的原因

2.1 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案 ，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì) ，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。但是 ，在實(shí)際工作中 ，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題上我們還有許多可以改進(jìn)的地方 ，主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要 ，而忽視對(duì)結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)注。

（2）在橋梁設(shè)計(jì)、施工到使用的全部過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤 ，比較普遍的有：對(duì)結(jié)構(gòu)整體性和延性不足；計(jì)算圖式和受力路線不明確 ，造成局部受力過(guò)大；混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄等等 ，這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性 ，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 施工和管理水平?jīng)]有達(dá)標(biāo)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外多座出現(xiàn)安全性和耐久性問(wèn)題 ，最終發(fā)生惡性事故的橋梁進(jìn)行認(rèn)真研究 ，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致事故的最主要原因是野蠻施工和管理腐敗 ，施工和管理水平?jīng)]有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求 ，從而對(duì)橋梁安全造成致命的損害。施工方面的問(wèn)題體現(xiàn)在材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格；而管理方面存在偷工減料、以次充好等問(wèn)題 ，性質(zhì)更為嚴(yán)重 ，產(chǎn)生的危害也更大。

3、提高安全性、耐久性的措施

3.1 合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 ，可以有效提高橋梁的安全性和耐久性。橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式主要分為大跨度橋梁和標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋。大跨徑橋梁由于控制因素不同 ，方案也各不相同 ，具有較強(qiáng)的個(gè)性特征 ，而標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋則更多的是具有共性特征。在實(shí)際工作當(dāng)中 ，很少采用大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)方案 ，標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋因?yàn)榫哂惺┕し奖恪⒃靸r(jià)經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制裝配等諸多優(yōu)點(diǎn) ，應(yīng)用最為廣泛。

3.2 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 ，科學(xué)使用材料

鋼筋混凝土的質(zhì)量和合理使用對(duì)橋梁的安全性具有極其重要的作用。鋼筋混凝土的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性。混凝土的耐久性主要取決于混凝土的材料組成 ，其中水灰比、水泥用量、強(qiáng)度等級(jí)均對(duì)耐久性有較大影響。橋規(guī) JTGD62明確規(guī)定了不同使用環(huán)境下 ，結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求、對(duì)影響混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量和堿含量做出了限制規(guī)定 ，這是橋規(guī) JTGD62 對(duì)公路橋涵結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基本要求 ，設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。

提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最關(guān)鍵的是以下兩方面：一是加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚 ，保護(hù)鋼筋免于銹蝕；二是防止和控制混凝土的裂縫 ，控制混凝土的裂縫。除按規(guī)范要求控制正常使用極限狀態(tài)的工作裂縫以外 ，更重要的是要采取構(gòu)造措施 ，從根本上控制混凝土施工及使用過(guò)程非工作裂縫的大量出現(xiàn)。橋規(guī) JTGD62突出強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)水平防縮鋼筋和箍筋在控制裂縫中的作用 ，提高水平防收縮鋼筋的配筋率和箍筋間距的規(guī)定 ，這是防止和控制收縮裂縫的重要構(gòu)造措施。

3.3 提高對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重視程度

由于橋梁在建造和使用過(guò)程中 ，必然會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕 ，承受車(chē)輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來(lái)作用 ，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化 ，這些因素最終將導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)各部分發(fā)生不同程度的損傷和劣化。特別是在大跨徑橋梁領(lǐng)域 ，目前我國(guó)已有多座大跨徑斜拉橋因?yàn)槔鞯哪途眯詥?wèn)題而提前換索 ，不僅影響了橋梁的正常使用更造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)生這類(lèi)現(xiàn)象 ，存在設(shè)計(jì)上的缺陷 ，特別是沒(méi)有進(jìn)行合理的耐久性設(shè)計(jì)是重要因素。我們只有切實(shí)提高對(duì)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的重視 ，才能有效避免此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生 ，有效提高橋梁的使用壽命。

3.4 杜絕橋梁超載

橋梁超載主要有三種情況 ，一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng) ，二是橋梁通行的車(chē)流量超過(guò)原設(shè)計(jì) ，三是車(chē)輛違規(guī)超載。從超載的原因來(lái)看 ，老橋超齡負(fù)載和車(chē)流量超載主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加；車(chē)輛違規(guī)超載主要是車(chē)輛使用者違法超載營(yíng)運(yùn)。在實(shí)際生活當(dāng)中 ，車(chē)流量超載、車(chē)輛違規(guī)超載現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中較為普遍。

橋梁超載危害性極大：一是引發(fā)橋梁疲勞 ，超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇 ，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞事故。二是由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù) ，促使橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化 ，最終危害橋梁的安全性和耐久性。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，安全性、耐久性是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迫切需要解決的問(wèn)題。目前，正

處在大規(guī)模建設(shè)橋梁之際， 我們要充分認(rèn)識(shí)到橋梁結(jié)構(gòu)耐久性、安全性對(duì)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、節(jié)約能源、資源和保護(hù)環(huán)境所帶來(lái)的積極和負(fù)面影響，積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，從橋梁構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系和設(shè)計(jì)理念的角度做好耐久安全性的設(shè)計(jì)研究工作。

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