提高橋梁設計可靠性措施探討

楊 光

(大連市市政設計研究院有限責任公司)

提高橋梁設計可靠性措施探討

楊 光

(大連市市政設計研究院有限責任公司)

為了研究橋梁設計可靠性提高的措施，首先研究了可靠性理論在橋梁設計中的應用現狀，接著找出了橋梁設計出現可靠性較低的主要原因，最后提出了提高橋梁設計的可靠性的主要措施。

橋梁設計；措施；可靠性

1 橋梁出現可靠性問題的主要原因

1.1 較低的橋梁設計標準

我國在上世紀60年代至70年代建設的橋梁，由于當時的社會經濟發展水平較低，對橋梁的等級要求也較低。出于節省資源和實用的目的，橋梁的設計荷載標準也降低。但隨著經濟建設的發展，社會對橋梁承壓等級越來越高，而大部分城市如今卻仍使用以前低設計標準的公路橋梁。隨著交通量的日益增多和繁重，之前所設計的橋梁已不適合現階段的交通需要，其本身的可靠性問題隨時可能發生，對人類的生命造成一定威脅。

1.2 較差的施工和管理水平

在建及剛建不久卻發生諸如突然破壞與倒塌事故的橋—梁，很多是因為施工質量沒有達到規范和設計要求，管理混亂所致。其中以材料強度不足和施工工藝不合理等原因為主，而偷工減料、以次充好等嚴重管理問題，可造成對橋梁安全性有致命的損害后果。

1.3 不合理的橋梁設計

在設計過程，設計者只考慮橋梁的結構強度計算結果滿足規范要求，卻忽視從結構體系、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因素等方面綜合計算橋梁的可靠性。設計人員的經驗欠佳，能動性不太強。用靜態思維去解決不斷進步發展的技術問題，橋梁在不同的環境和使用條件下和不同的設計對象都會對結構體系得出不同的布局和構造要求，規范再詳細也不能代替應由設計人員解決的各種問題，規范更新再快也適應不了新技術、新材料、新工藝快速發展對結構設計提出的各種新要求，目前的設計可視為靜態設計，過于偏重設計建成時期結構的工作和服務能力而對使用期實際的性能表現隨時間的劣化缺乏相應的考慮。從經濟性上講，考慮建造成本多，而不夠重視營運的維護成本和與使用壽命相對應的成本效益，因此，合理可靠的結構設計除了滿足規范要求外，還要求設計人員具有對結構本性的確認識。豐富的經驗和準確的判斷。從而在設計時對橋梁整體結構全壽命使用過程進行全面綜合分析和計算，提高結構的可靠性。

1.4 耐久性考慮不足

目前國內的橋梁設計中有這樣的一種傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少，對于耐久性更多的只是作為一種概念受到關注而已，既沒有提出明確的使用年限要求，也沒有進行專門的耐久性設計，即從材料、結構，環境及設計程序來保證耐久性，并確定在何種維護和使用條件下，橋梁具有哪種程度的耐久性。

2 提高橋梁可靠性的措施

2.1 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，一般我國橋梁設計基準期都是一百年，但在設計時很難保證設計數據的可靠性，因此通常要經過大量的數值模擬來確定。壽命期定后橋梁建設的規劃、設計、施工、運行(包括養護、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。

2.2 對橋梁結構可靠性的設計和現場的施工應減輕甚至隔絕環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，防止水向下滲漏，造成環境對橋梁的破壞后果。

2.3 從理論研究和規范方面應更加重視結構的耐久性問題。橋梁在建造和使用過程中，會受到環境、甚至化學物質的侵蝕并承受各種荷載及人為因素等外部作用，同時橋梁本身所采用的材料性能也會不斷疲勞、損傷、劣化，導致結構部分不同程度的損傷和劣化，橋梁早期開裂等，大量病害實例證明除了施工和材料方面的原因外，影響耐久性的決定性因素是結構設計上的缺陷造成，長期以來，人們一直偏重于結構計算方法研究，而忽視對總體構造和細節處理方面的關注，對如何從結構和設計角度及如何以設計和施工人員易接受操作方式來改善橋梁耐久性卻很少研究。結構耐久性設計與常規的結構設計有著本質區別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析方向發展。

2.4 充分重視現有運營環境的超載問題。橋梁的超載一方面使疲勞應力幅度加大，損傷加劇，甚至結構破壞。另一方面橋梁內部損傷不能恢復，使受力狀態發生變化，從而使橋梁的可靠性降低。橋梁超載主要表現為舊橋超齡負載運營，通行車流量超過設計預測值，車輛的違規超載，這些問題除了交管部門要加強管理外，對超載帶來的后果進行研究分析成為一種迫切需要在國內這種特定的運輸環境中，超載已是一種社會問題，不可在短時間內制止，設計上在考慮經濟的情況下，應變被動適應改為主動適用，在荷載組合設計計算時研究分析，應充分考慮合理的超載外力，從而有效地提高橋梁承可靠性。

2.5 加強重視疲勞損傷的研究。橋梁結構所承受外力大部分是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力及應變，引起結構的累積疲勞損傷。橋梁所采用的材料本身就不是均勻和連續的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷逐漸發展擴大形成損傷。如在運營時得不到有效控制，會引起材料結構的脆性斷裂，帶來和后果往往是災難性的。對疲勞損傷的研究不僅僅對整個結構而言，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失效。近年來，疲勞損傷的研究雖然進入混凝土結構，但對于使用后期受腐蝕的鋼筋構件中的動態性能和疲勞性的研究還需要加強。

2.6 借鑒國外的優秀經驗和成果。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可靠性安全性和耐久性的設計。

2.7 橋梁附屬設備的設計

橋梁附屬設備包括伸縮縫、支座、排水系統、照明系統等，這些部分雖然在工程造價中僅占很少的一部分，但也發揮著重要的作用。現已建成的大多數橋梁的排水系統設計相當簡單，僅僅是使用排水管將水引出橋面而已。降雨時，橋下成了“水簾洞”，這對于一些立交橋和高架橋而言更是不合理的，大量的橋面污水直接擊打著地面，污水落地后肆意流淌，有些甚至直接流入良田。這樣的設計絲毫未考慮環保的因素。現在采用綠色設計對以上設計進行優化。一是選擇排水系統的材料。傳統的材料是鑄鐵，這種材料易銹蝕且造價高，同時不利于不可再生資源的節約。有鑒于此，可考慮使用PVC管等材料，這些材料具有輕質、節能、抗腐蝕的特點。二是設計排水系統的數量。由于設計人員對排水系統缺乏足夠的重視，往往是按大概的間距進行設置，這樣會造成排水不暢或排水系統過多，違反了綠色設計的原則。應根據當地的降水情況進行水力計算來準確設置足夠數量的排水系統。三是排水系統將水引離橋面后，還應對水流進行疏導直至地面。為保證橋梁的美觀，在有條件的情況下可考慮將排水系統埋入橋梁結構內，但應確保檢修方便。另外可將若干橋面排水管通過連接管連通，再接入同一套疏導系統，并起到美觀、低能耗且形式簡潔的作用。四是引到地表的水還應再引入合適的排水溝，最好設置沉淀池，以減少污染。

3 結語

橋梁設計中的可靠性關系到橋梁質量好壞，有關這方面的問題應引起橋梁設計人員的高度重視。要積極尋找解決橋梁的可靠性問題的有效方法，同時也可借鑒國外優秀的設計經驗和做法，同時要加強橋梁設計的施工管理和設計人才的培養。

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1007-6344（2015）03-0168-01