橋梁設計中的安全性和耐久性問題

劉躍勇

(貴州省交通設計研究院股份有限公司)

橋梁設計中的安全性和耐久性問題

劉躍勇

(貴州省交通設計研究院股份有限公司)

對影響橋梁安全性及耐久性的原因進行了分析，最終針對所存在的問題提出了相關強化策略，為橋梁設計的優化提供一些具有價值的參考憑據。

橋梁設計;安全性;持久性;問題

1 橋梁安全性、耐久性不足的危害

(1)橋梁的安全性與耐久性不足會影響到橋梁運營，維護起來也會有困難，嚴重的會造成慘重的人員傷亡和經濟損失。(2)據國際相關統計橋梁工程事故數據，嚴重的工程事故80%都是人為因素造成的，主要體現在橋梁結構的安全、質量和管理方面。一旦橋梁結構病變不能及時地維護或是拆除，那么工程就會不定時地出現垮塌，造成嚴重的損失。(3)惡劣的環境社會影響。很多新建以及改建的橋梁在不斷立項同時，不斷進行加固維修或是拆除使用年限橋的工程，例如我國某大橋，它是高速上的一座預應力連續梁橋，跨徑組成為3聯4×40 m，橋梁全長495.43 m，該橋因為承載能力降低，不能滿足使用要求，經專家多次論證后，需進行拆除。

2 影響橋梁安全性及耐久性的原因分析

2.1 設計理念較為落后

社會經濟的發展，帶動了我國橋梁事業的發展，以此同時橋梁施工技術水平也逐漸提升。然而，由于受到傳統設計理念的影響，導致我國橋梁在設計方面存在滯后的現象。橋路的設計不但需要對建設成本加以考慮，還需要對設計的可靠性及安全性加以考慮，保證設計的可靠性及安全性，才能使橋路質量得到有效增強，進一步才能夠保證人民的人身財產安全。然而現狀下，部分設計工作人員卻沒有對橋梁材料強度的規范性加以考慮，在施工設計過程中沒有結合安全性能以及構造體系等要素進行優化設計，進一步使橋梁的整體質量受到很大程度的考驗。

2.2 施工管理水平普遍較低

在我國橋梁建設過程中，普遍存在施工管理水平低的現象。在施工管理過程中，普遍存在選材不規范、不科學的現象，使得實際設計很難達到預期的標準。與此同時，還存在偷工減料的現象，從而導致橋梁的整體質量大大降低。除此之外，由于施工人員綜合素質較低，沒有有效的施工技術作保障，在施工過程中，存在盲目施工、不按相關規范流程施工的現象，進一步使橋梁的整體質量飽受考驗。

3 在開展橋梁設計工作中提升橋梁安全性與耐用性的途徑

3.1 提高對橋梁結構上耐久性問題的認識

(1)耐久性設計的總體流程。

有關混凝土結構服務壽命設計計算的方法是基于破壞概率的統計理論發展來的，參數考慮的出發點是將時間性能與承載性能結合為一個參數，那就是總荷載中包括環境對結構的作用，例如機械荷載與氣候作用，氣候主要包括陽光、溫度、水分、污染物等;總性能包括承載力、密實性、裂縫、表面平整度等。首次在實際的耐久性設計中融入統計理論，對于混凝土結構壽命的安全系數的提升具有重要的意義。在進行混凝土耐久性參數設計中，將靜態與動態性能參數有機地結合在一起，提出了基于使用壽命的耐久性設計方法。普通力學的設計靜態、疲勞、動態結構尺寸，結構的初步尺寸、配筋量、混凝土的強度確定下來，耐久性設計要對結構的服務壽命和設計壽命確定下來，還要對橋梁工程建設的外部環境進行分析后確定耐久性設計。同時要確定劣化機理，根據劣化機理來確定耐久性的模型。混凝土劣化與鋼筋、銹蝕程度是確定耐久性設計的參數，優化混凝土結構體系，結構要精細，同時混凝土保護層也要優化。

(2)建筑結構耐久性設計考慮因素的分析。

對于橋梁結構的耐久性研究主要是對影響橋梁結構耐久性的因素進行分析，影響橋梁結構耐久性的材料因素有:材料性能的退化、結構的變形等。出于全壽命的經濟性的耐久性設計方法是根據材料的物理化學特性變化進行，一旦物理化學特征發生變化，說明橋梁結構耐久性不足。物理變化如混凝土結構出現裂縫、鋼筋以及鋼結構構件腐蝕都會使結構的耐久性降低，因此，分析材料的性能對于橋梁結構的耐久性研究有著重要的意義，同時還能對混凝土結構耐久性設計方法進行完善，材料性能的退化是研究的主要內容。首先，從建筑材料分析，哪種材料更加有利于結構耐久性之前，要分析混凝土結構的碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕程度，混凝土耐久性的基本要求如表1所示。其次是鋼結構以及構件的耐久性設計方法，要對構件進行模擬實驗銹后構件的承載能力進行計算，通過計算的結果確定構件的使用周期有多久。

表1 結構混凝土耐久性的基本要求

(3)耐久性設計具體實施方法。

①結構的使用壽命以及機構極限的耐久性。要根據橋梁工程的設計年限以及結構耐久性等級來確定機構的使用壽命和耐久性，在我國橋梁工程中，對于使用壽命問題沒有標準的規定，不同的橋梁工程的使用壽命都沒有唯一固定的范圍，在進行耐久性設計時，不要忽視橋梁結構在運行中，由于外界因素的影響到結構耐久性，雖然在設計中已經對耐久性能的確定依據強度的極限狀態。耐久性設計要考慮到的耐久性極限，包括適用性、安全性、經濟性，適用性極限的結構需要全面維修恢復使用功能，安全性極限要確保結構能夠承受最大的承載力分界值。經濟性極限是指橋梁結構中不能通過修復恢復正常使用的部分，喪失使用功能的同時，就不再具有經濟性。②通過勘察分析影響結構耐久性的因素。在橋梁工程開始前，要對橋梁施工現場進行勘察，對于所在地的氣候以及地質條件、環境進行分析，通過查找相關資料，研究分析這些因素會對橋梁結構影響作用下的退化機理，最后確定結構耐久性。③建立耐久性模型，并計算耐久性參數。耐久性模型的建立以及計算公式，需要在分析影響耐久性因素的基礎上進行。將影響參數帶入計算公式計算機構的耐久度。例如，建立基于材料碳化的結構耐久度的計算，需要考慮材料的碳化深度、剩余碳化深度、環境因子，結構應力等多種因素。④耐久度的確定要通過不斷地修改耐久性設計公式以及模型，耐久性參數會影響到結構的應力，因此，在設計耐久性時，要考慮到應力效益，例如混凝土保護層厚度、鋼筋的銹蝕程度等，耐久性的參數要適時地進行修正。

3.2 超載橋梁管理與設計

通常情況下，超載橋梁所指的是以下三種橋梁:首先是針對那些修建時間比較久的橋梁而言的;其次是針對橋梁自身的承載負荷量而言的;最后是針對通過橋梁車輛的違規超載行為而言的。以上問題產生的原因有:首先是橋梁荷載的設計問題;其次是管理問題。而要想從根上解決這一問題就需要同時抓好這兩個問題。首先是要求交管部門要強化管理與維護;其次要求相關部門要針對問題探尋原因，總結經驗與不足，從而實現在設計上的進步。

3.3 強化對橋梁工程施工質量的監管

當前我國橋梁在設計方面主要呈現出的問題為:使用性能差、安全性能以及耐用性能得不到保障。而這些問題產生的原因一方面來自施工質量與施工監理;另一方面則是來自于橋梁的設計問題。因此，這就要求我國橋梁工程要在提升施工工藝與施工技術的基礎上，進一步加強對工程施工質量的監管，與此同時，要借鑒國外在橋梁設計方面的先進經驗，實現我國橋梁設計技術的提升，從而使我國橋梁的安全性與耐久性得到保障。

4 結束語

綜上所述，橋梁的耐久性與安全性不僅關系到了橋梁的使用效益，還直接影響到人們的生命安全，因此，為了確保橋梁的質量，就需要從設計環節上就抓好橋梁安全性與耐久性問題。這就要求首先要提高對橋梁結構上耐久性問題的認識;再次同時抓好超載橋梁的設計與管理工作，最后要強化對橋梁施工質量的監管，并積極借鑒國外先進的設計理念，從而在提升我國橋梁的安全性與耐久性的基礎上，確保實現橋梁工程的綜合效益。

［1］ 李新琴，楊俊慧.橋梁設計中的安全性和耐久性分析［J］.交通標準化，2012，11(15):13－15.

［2］ 徐凱東，李博.橋梁設計中搞得安全性與耐久性問題［J］.黑龍江交通科技，2009，3(2):72－73.

［3］ 趙逵.橋梁設計中的安全性與耐久性研究［J］.中國新科技新產品，2011，8(4):151.

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2015－05－22