公路橋梁設計中的安全性和耐久性探討

摘要】隨著我國社會經濟的不斷發(fā)展，建設工程如雨后春筍得到了蓬勃發(fā)展。公路橋梁工程是各類型公路工程的重要部分，歷年來備受人們的關注和重視。公路橋梁設計是公路橋梁工程建設的重要內容，是工程建設開展實施的重要依據，也是提高公路橋梁工程安全性和耐久性的關鍵舉措。本文主要分析了如何提高公路橋梁設計的安全性和耐久性。

【關鍵詞】公路橋梁設計；安全性；耐久性

公路橋梁工程完善我國交通運輸的基礎前提，在我國工程建設中占據著舉足輕重的重要地位。公路橋梁工程是指公路跨越水域、山谷或者跨過其他交通路線的工程建設，為了確保交通順暢，或者自然景觀的保護。公路橋梁工程建設容易遭受自然環(huán)境侵蝕、交通荷載、化學物質作用等因素的損害，造成交通事故等安全隱患現象發(fā)生。公路橋梁設計是工程建設的整體規(guī)劃，合理的設計方案能夠提高工程項目的質量，確保工程建設有序的開展，滿足人們對公路橋梁安全性和耐久性的需要。筆者結合多年來的工作經驗，探討了提高公路橋梁設計中的安全性和耐久性的幾點思考。

一、公路橋梁設計設計存在的主要問題

（1）方案設計不合理。不可否認，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題存在不少需要改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。許多設計人員往往只滿足于規(guī)范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性小；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄。這些都削弱了結構耐久性，會嚴重影響結構的安全性。

（2）施工不規(guī)范。國內外多座橋梁出現安全性和耐久性差的現象，一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質量沒有達到規(guī)范和設計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

（3）設計理論不夠完善。國內的結構設計過程中，考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計，這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發(fā)，結構使用性能差，使用壽命短的不良后果。可以說，目前國內的設計可視為靜態(tài)的設計，它只定義了設計建成時刻結構具有的工作能力和性能，而對營運期間性能隨時間的劣化及其實際的性能表現缺乏足夠的認識和考慮；換言之，從經濟性的角度講是只考慮了建造成本，而忽視了營運期的維護成本和與使用壽命相對應的成本效益。

二、公路橋梁設計中安全性和耐久性缺失的原因

（1）設計原因。在公路橋梁設計過程中，結構方案的科學性、合理性、經濟性最為重要，其次就是對結構與相應構件的設計，通過選擇可靠性、規(guī)范性的指標及安全系數，確保公路橋梁結構的安全性。但是在實際設計過程中，很多設計人員僅重視安全性的設計標準，但是對結構構造、結構耐久性等關注不足，以至于在施工及使用過程中存在質量隱患。

（2）施工原因。對于橋梁投入使用短期內就發(fā)生的破壞或病害與劣化等，往往是由于工程質量不達標而造成，如施工材料缺陷、施工技術不到位、管理手段缺乏、預應力施加不合理等，對橋梁安全性和耐久性造成嚴重威脅。

（3）存在許許多多的不規(guī)范操作。在我國，時常出現有公路橋梁耐久性能以及安全性能極差的現象，通常情況下，我們認為這是因為施工過程中，操作過于野蠻，以及相關管理人員在進行相關的管理過程中，管理散漫、腐敗所致。針對橋梁建成后在較短時間內便發(fā)生的倒塌或者是突然性的破壞等事故，大多情況下是因為施工個過程中，施工的操作以及相關管理并沒有達到規(guī)范要求，一般情況下，其主要的原因便是因為材料本身的以次充好以及施工工藝落后等原因。當然，也有較多的施工隊伍在實際施工過程中，偷工減料所導致的，這些都嚴重的導致了整個橋梁工程的安全性受損。

（4）設計理論思想還存在欠缺性。就我國公路橋梁施工建設中的結構設計而言，設計人員所在乎的，更多是橋梁本身的強度大小，而忽略了橋體本身的耐久性能；同時，對于橋梁本身的強度極限過分的在乎，但是忽視了橋梁使用壽命的極限值，但是在整個橋梁的生命周期中，起著最主要因素的確是結構本身體現出來的性能優(yōu)劣，這就導致橋梁在建成以后，存在許許多多的安全隱患，使得橋梁得不到有效地安全保障。

三、提高橋梁安全性、耐久性的措施

（1）加強對橋梁壽命期的理解。我國在工程建設方面，將逐步從最初的單純設計滿足載荷強度的設計原則轉變到既滿足載荷強度需求又滿足橋梁壽命需要的設計思路。符合國際上造橋對壽命期的要求。加強橋梁使用壽命的理解，應首先要研究確定結構重要性的方法例如，一般我國設計的公路橋梁若不是高速公路則只需設計50年壽命，而高速公路或其他造價較高的橋梁設計時則需100年甚至要150年。但這些壽命來源并不可靠，需經過大量模擬實驗證明壽命期定后橋梁建設的規(guī)劃、設計、施工、運行（包括養(yǎng)護、維修、管理）也需要綜合考慮，以便修建的橋梁壽命在預想之中。

（2）減輕環(huán)境因素的影響。對橋梁結構耐久性的設計和現場的施工應減輕甚至隔絕環(huán)境因素對混凝土和鋼筋的影響。特別在靠近氯離子侵蝕嚴重的海邊，其環(huán)境因素對橋梁的影響后果更不容忽視。橋面應有一定的坡度或設置排水管道，在混凝土橋面板與路面層之間設置可靠防水層，防比水向下滲漏，造成環(huán)境對橋梁的破壞后果。

（3）重視橋梁疲勞損傷問題的研究。橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環(huán)變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上還存在有許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這此微小缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果這些宏觀裂紋得不到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂旱期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果是災難性的對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個結構而言，事實上橋梁結構常常由于某些關鍵部位的局部疲勞失效而導致整個結構的失效。

（4）借鑒國外的優(yōu)秀經驗和成果。國內橋梁設計存在的主要問題是結構正常使用性能差，例如橋梁的線形不平順、振動過大、接頭易跳車、結構開裂和變形過大等。而國內橋梁的耐久性

和安全性也比較差。對于橋梁出現的這些問題，我們應認真考慮國外有關橋梁方面的技術，應認真研究其優(yōu)秀的設計和施工經驗例如歐洲國家對結構物的性能設計經驗，包括對結構的變形、裂縫的處理，消除或減小振動的方法等，這些設計都將加強橋梁的安全性和耐久性的設計。

綜上所述，公路橋梁工程在安全性與耐久性方面的設計欠缺己經成為設計人員必須正視并且急需解決的一個大問題，這不僅需要我們立足于國內大量的公路橋梁工程實例所積累起來的經驗與教訓，還需要我們能夠積極而又謙虛地對國際上的成功經驗和與慣例做法進行良好的借鑒，從而最終將我國的公路橋梁設計提升到一個新的臺階。因此，當前的公路橋梁工程在其設計過程中，不但要對其工程造價進行層層把關，而且也要對整個公路橋梁結構的工作性能和使用功能格外重視，同時還要密切關注在其運營過程中的維修與日常維護的費用以及對應于其使用壽命的相應的經濟效益。另外，對于公路橋梁設計而言，歸根結底，還是應當進一步豐富公路橋梁工程的相關設計理念，提高橋梁的整個結構體系以及單一構件的相關技術措施，并對超載、疲勞荷載等理論基礎較為淺薄的情祝進行更深入的研究。

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