提高橋梁設計耐久性的策略探討

袁 智 （中國公路工程咨詢集團有限公司，湖北 武漢 430040）

在橋梁的建設當中，耐久性是評價其建設質量的一個重要指標，所以從橋梁建設的設計階段開始，我們就必須要全面、深入的考慮到耐久性問題，因為這決定著后期的建設施工。為此我們必須要對橋梁設計加強研究、探討與實踐，不斷提高橋梁設計的耐久性。

1 提高橋梁設計耐久性的必要性分析

橋梁設計，是對橋梁建設施工的一個整體、全面、細致規劃，從科學、技術的層面，對施工給出了明確的標準、指導和組織，所以橋梁設計對橋梁的最終建設質量影響是非常大的。在橋梁建設質量的評價指標當中，耐久性是非常關鍵的一項，其原因在于以下幾點：第一，橋梁的建設周期通常較長，且經濟、物質、人力的投入非常大，所以整體成本是相當高的，如果橋梁建成之后，其耐久性較低，就必然會縮短其有效、安全使用年限，增加橋梁的管理、維護成本，這會使得橋梁的整體投入成本進一步增加，降低其建設效益[1]；第二，橋梁作為交通道路體系當中的一個重要組成部分，安全是其必須要提供和滿足的通行條件，但這同樣需要橋梁的耐久性作為基礎，如果橋梁的耐久性較低，時常發生路面或是其他損壞，就會嚴重影響通行安全，非常容易引起交通事故，造成生命、安全受損；第三，橋梁的建設屬于基礎設施工程，是為社會整體服務的，關系著市場、經濟、文化的建設與發展，如果橋梁的耐久性過低，經常出現損壞或是其他方面的問題，便會造成極其不良的社會影響，阻礙市場、經濟、文化的建設與發展。

所以，在橋梁的設計過程當中，我們必須要全面、深入的考慮到其耐久性問題，切實的提高橋梁設計耐久性，這樣才能延長橋梁的使用年限，降低其管理、維護成本，保障交通安全，促進地方市場、經濟、文化發展，使橋梁的建設能夠發揮出更大的綜合效益。

2 提高橋梁設計耐久性的策略

2.1 綜合考慮各方設計意見

橋梁的設計和普通的藝術設計之間，存在很大的差異和不同，普通的藝術設計，更多的關注的是設計師個人思想、情感的表達，但是橋梁的設計卻需要以實用、安全、耐久為主，為了達到這樣的設計目標，作為橋梁的設計人員必須要綜合考慮各方設計意見，這一點是非常重要的[2]。例如，除了道路橋梁設計專家的意見之外，還應當與施工單位、監理單位等加強溝通和討論，他們的現場經驗豐富，對如何提高橋梁設計的耐久性具有自己的一些實際看法，這些看法都是值得考慮的，例如材料的應用、防腐技術的選擇等等，這些意見對于提高橋梁設計的耐久性來說都是具有參考價值的。

2.2 科學設計混凝土結構

如今的橋梁絕大多數都為混凝土結構，其自身本身就具有非常多的性能優勢，在耐久性方面尤為突出。不過從實際的情況來看，如果對混凝土結構的設計不合理的話，即使是鋼筋混凝土也會受到加速的老化和破壞，出現裂縫，使得混凝土結構非常容易受到內部滲透與侵蝕，這就會使得混凝土結構的受損速度進一步加快，這樣的情況如果出現在橋梁的設計當中，就必然會使得橋梁設計的耐久性大大的降低。所以，我們必須要提高對混凝土結構設計的重視，科學設計混凝土結構裂縫，在使用水平防縮箍筋和鋼筋方面多加注意，盡量防范、減少裂縫。

2.3 更新橋梁設計理念

其實在很早的時候，我國便對橋梁設計當中的耐久性問題展開了研究，并且研究成果也是較為突出的，對橋梁設計乃至施工的實踐都起到了有價值的指導作用。不過，當前的設計理念以及材料、技術等都在不斷的發展和進步，此前所應用的一些設計理論、設計方法，隨時都可能被新出現的技術所替代，并體現出更強的耐久性。所以作為設計人員，在潛心設計實踐的同時，還要加強相關的學習、了解，不斷的更新自身的思想、理念，提高自身對新方法、新技術的把握和實踐應用能力。而且，在設計橋梁的過程中需要站在創新的角度，在研究橋梁耐久性問題的時候結合維修、運營、施工以及設計等環節，從而不斷推動橋梁事

車輛初始速度取值0 m/s，根據式（2）計算得a=0.3 m/s2，故計算溜車最大時速v=12.2 m/s。

利用動量平衡原理和動量守恒定律的基本原理，充分利用橡膠空心輪胎和砂袋墻碰撞消能方式，推算防撞設施的安全性，汽車質量取20t，撞擊前速度經計算為12.2m/s。根據模擬試驗可先進行如下假設：

①碰撞時間非常短 (通常約為 0.1～0.2 5s)，沖力很大，即 t→0，F→∞；

②沖量存在，即I=∫Fdt；

③在碰撞過程中，汽車的運動學結構特征保持不變，汽車變形產生的幾何尺寸變化可不予考慮，即汽車為剛體[6]。

④作用在碰撞系統上外力（如摩擦力）同沖力相比很小，可忽略不計。

在以上假設條件下，根據因碰撞的動量原理方程式（不考慮摩擦力）[7]：

式中，m1和m2分別為參與碰撞汽車和防撞設施的質量（kg）；

v1和v1’分別為汽車碰撞前后的速度（m/s）；

v2和v2’分別為防撞設施碰撞前后的速度（m/s），顯然v2=0。

則由式（5）可導出：

下面關鍵是求得v1’，參考我國規范規定船舶靠岸時有效撞擊能量損失公式[8]：

=（0.25/2）×10000×12.2×12.2

=372100J

則根據 E2=（1/2）m1(v1’)2=372100，可計算出：v1’=6.1m/s，砂堆按 80t計，將其代入（6）式可計算得：v2’=1.22 m/s。即沖撞完成后汽車和砂堆理論上共同以1.22m/s的速度前行，實際上在砂堆強大摩擦力的阻礙下，汽車完全可以停止。

經驗算，采用砂袋筑墻+廢棄輪胎緩沖防護的方案可行。

5 結語

緊急避險防撞設施的設計關鍵是在斜井中出現溜車時，車輛與防撞設施碰撞后能夠停止，達到緊急避險的目的，減少施工運輸中的安全隱患。本文根據以往大坡度斜井施工過程中各類交通運輸風險管理方面的經驗，結合天臺山隧道3#斜井工程實際情況，通過力學模型計算，使設置的防撞設施結構及布置型式做到防護安全、經濟有效。本設計的成功實踐，也為其它斜井安全運輸提供了有益參考。