對橋梁設(shè)計安全性和耐久性的思考

顧明道

【摘要】高水平、高性能的橋梁是公路質(zhì)量的一個重要考量要素，因此橋梁設(shè)計的安全性和耐久性就顯得更加的重要。筆者在文中結(jié)合多年的施工實踐，從目前橋梁設(shè)計普遍存在的問題入手，分析原因，尋求公路橋梁安全性與耐久性的設(shè)計方法。

【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計；安全性；耐久性；思考

公路出行還是目前人們出行的最重要方式，隨著我國的公路里程不斷增加，公路橋梁的數(shù)量也不斷增多。要提高公路橋梁的質(zhì)量，必須加強工程前期的設(shè)計，在安全性和耐久性上做足功夫。

一、橋梁設(shè)計安全性和耐久性存在問題及原因分析

1、安全性和耐久性不能很好結(jié)合。在公路橋梁的設(shè)計中，設(shè)計人員往往受功利思想影響，把公路橋梁安全性的設(shè)計放在首位，只要項目安全就行，橋梁建成后耐久性一時也看不出來，因此忽視了耐久性設(shè)計。導(dǎo)致公路橋梁在開通后，由于受到環(huán)境、有害物質(zhì)的侵蝕，加上日久自身性能的退化，耐久性會受到很大影響。

2、設(shè)計人員理論和實踐不能很好結(jié)合。許多設(shè)計人員理論知識豐富，在設(shè)計過程中，也都是按照相關(guān)的規(guī)定與標準進行設(shè)計，但不少設(shè)計還停留在理論的理想層面，與橋梁所在地的實際情況有出入，如不少設(shè)計人員很少考慮到公路橋梁在建設(shè)施工中所選用的建筑材料與施工方法，對公路橋梁的安全與使用壽命也沒有清晰的認識，等等情況不一而足。

3、宏觀的結(jié)構(gòu)化和微觀的精細化不能很好結(jié)合。在公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不少設(shè)計人員注重經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)類型，公路橋梁的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件連接等從宏觀面上看都沒問題，但一些公路橋梁設(shè)計過程中精細化還不夠，如，相關(guān)的計算圖式和受力情況不夠明確，導(dǎo)致橋梁某一部分的受力出現(xiàn)過大的現(xiàn)象等都會對公路橋梁的耐久性產(chǎn)生影響。

二、橋梁設(shè)計中必須重視的要素

1、橋梁設(shè)計中必須重視汽車超載問題。汽車超載一直是公路橋梁的主要危害源。在實際生活中，有早期修建的老橋超齡負載運營；橋梁通行的車流量超過原設(shè)計；車輛違規(guī)超限超載等三種情形。橋梁的超載嚴重危害橋梁的安全性和耐久性。例如，混凝土橋梁在汽車超載下，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部受到損傷，構(gòu)件的開裂彎距降低，剮度下降，產(chǎn)生裂縫或較大的變形。因此要使橋梁設(shè)計具有安全性和耐久性，必須將超載因素重點考量。

2、橋梁設(shè)計中必須重視疲勞損傷問題。橋梁結(jié)構(gòu)所承受的荷載基本上都是動荷載，如車輛荷載和風(fēng)荷載等，這些荷載會在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)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，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微小缺陷會逐漸累積疊加，轉(zhuǎn)變成大的損傷，呈現(xiàn)在材料上的是宏觀裂紋，由于早期疲勞損傷往往不易被檢測到，宏觀裂紋往往得不到有效控制，發(fā)展到最后，超出材料結(jié)構(gòu)的承載極限，會引起脆性斷裂的后果。

3、橋梁設(shè)計中必須重視結(jié)構(gòu)的耐久性。路橋的使用壽命長短是檢驗工程的總體效益高低唯一標準，因此對于橋梁設(shè)計來說，結(jié)構(gòu)耐久性越強，說明設(shè)計越成功。由于橋梁在運行階段容易受到外界環(huán)境、施工工藝以及施工材料等多種因素影響而降低使用壽命，所以設(shè)計人員要對設(shè)計方案中橋梁在運行階段可接受危險水平加以分析與研究，并要對于其在使用階段的可檢測性與可維護性加以論證，這樣才能進一步提高橋梁在使用階段的耐久性。

4、橋梁設(shè)計中必須重視細節(jié)問題。細節(jié)的準確性將大大降低橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕，提高橋梁整體的穩(wěn)定性和耐久性等。針對不同的橋梁設(shè)計可以選擇恰當(dāng)保護層，既能避免橋梁鋼筋不被腐蝕，也可以在橋梁設(shè)計過程中加入排水及防水層作業(yè)設(shè)計，這樣就能提高橋梁的防水性能，即便是雨水天氣也能夠起到很好的保護作用。

三、提高公路橋梁安全性和耐久性的設(shè)計方法

1、做好設(shè)計前的準備工作。為了確保設(shè)計出安全性和耐久性俱佳的公路橋梁，設(shè)計單位在工程中標后，需要及時組建專業(yè)隊伍，實地勘察施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和水文條件，為公路橋梁的設(shè)計提供真實性和可靠性的參考資料，力求為公路橋梁的施工選擇出一條成本小、安全性能高的施工路線。

2、制定科學(xué)合理的設(shè)計方案。我們一定要進行與實際情況相符的科學(xué)化、合理化設(shè)計，制定科學(xué)合理的設(shè)計方案，并按照設(shè)計方案進行施工。因此設(shè)計人員在進行設(shè)計過程中，需要對公路橋梁的施工形態(tài)、施工的具體方案、材料選用、后期養(yǎng)護等方面進行綜合考慮，尤其是對公路橋梁的施工技術(shù)方面的設(shè)計更要嚴謹，要確保公路橋梁的線性弧度、剪力以及基準線的科學(xué)性和合理性，確保公路橋梁結(jié)構(gòu)性能的最大化、最高化，對公路橋梁的負荷承載能力進行科學(xué)、合理的設(shè)定。如，加強公路橋梁表面鋪裝層的防水設(shè)計，在實際施工過程中，對于公路橋梁表面的鋪裝層的混凝土等級要求較高，需采用密實性較強的C30以上等級的混凝土，混凝土鋪裝層內(nèi)應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，以防長期下來混凝土開裂。

3、結(jié)合施工需要進行橋梁設(shè)計。橋梁設(shè)計必須符合實際施工作業(yè)需要，這樣才能充分發(fā)揮橋梁設(shè)計的重要意義，但是由于橋梁施工作業(yè)環(huán)境的特殊性，并不是所有的橋梁設(shè)計都完全符合施工作業(yè)環(huán)境需要，如在一些新疆等的偏遠地區(qū)，由于建筑施工材料匱乏，很難保障設(shè)計中所使用的建筑材料與實際施工作業(yè)相符，這樣就會給施工作業(yè)環(huán)境造成一定的阻礙，降低橋梁設(shè)計在實際施工中的作用。因此在實際材料供應(yīng)上必須保障與實際施工作業(yè)相符，才能從根本上保障其質(zhì)量，使得橋梁設(shè)計在保障質(zhì)量的前提下，也提高了其安全性及耐久性。又如在橋梁的建設(shè)中使用普通鋼筋混凝土，其結(jié)構(gòu)則屬于必然裂縫地帶工作的結(jié)構(gòu)，其會隨著使用時間的加長而出現(xiàn)裂縫，橋面的水能夠滲入裂縫內(nèi)部，直接侵蝕到負彎矩部位，該部位就會出現(xiàn)嚴重的鋼筋銹蝕情況，因此在設(shè)計中要重視防腐材料的應(yīng)用。環(huán)氧樹脂涂層鋼筋即是其中重要的一種，其優(yōu)勢在于能夠有效地預(yù)防腐蝕問題。將其合理運用于一般鋼筋混凝土負彎矩區(qū)的鋼筋中，能夠大幅度地提高結(jié)構(gòu)的耐久性。在設(shè)計外業(yè)調(diào)查時發(fā)現(xiàn)錨頭區(qū)也會出現(xiàn)鋼絲銹蝕的情況，情況嚴重的甚至造成了橋梁的倒塌。該問題也需要予以重視，因此在設(shè)計中張拉完畢后，可以使用環(huán)氧樹脂砂漿將錨頭嚴密封堵，避免出現(xiàn)銹蝕問題。

4、結(jié)合養(yǎng)護進行橋梁設(shè)計。養(yǎng)護作業(yè)對整個橋梁結(jié)構(gòu)的使用有著不可忽視的重要意義，因在使用過程中必須給予足夠的重視，如雨雪天氣或是橋面結(jié)冰、積水等都會對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)成一定威脅，所以要加強這方面的養(yǎng)護，對于設(shè)計的基準期而言橋梁設(shè)計中必須將承重構(gòu)件放在重中之重，對于并非主要構(gòu)件，通常斜拉索護套、支座等壽命只有20-30年，結(jié)構(gòu)的整體工作性能會因后期構(gòu)件更換不及時，養(yǎng)護管理工作不到位受到嚴重影響，也難以確保橋梁的安全性和耐久性。

總之，隨著公路橋梁的安全性與耐久性問題不斷被人們所重視，我國的公路橋梁設(shè)計理 念不斷優(yōu)化，建設(shè)水平不斷提升，大量優(yōu)質(zhì)公路保障了人們的出行，為地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展起到了重要作用。

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