公路橋梁設計中的安全性及橋梁耐久性的分析探討

Analysis and Discussion on Safety and Durability of Highway Bridge Design

1 引言

自20世紀末開始，我國公路橋梁工程進入快速發展時期，各類路橋工程的建設規模不斷擴大。隨著公路橋梁工程的運營，使用過程中需要面對各類復雜情況，橋梁耐久性會逐漸降低。而且，隨著各類車輛的增加，橋梁承載能力面臨越來越大的考驗，各部構件的老化速度也在加快。為提升公路橋梁的安全性、耐久性，需要在設計過程中加以重視，采取有效措施解決可能面臨的問題，從而保證公路橋梁工程建設質量。

2 造成公路橋梁設計過程中存在的安全性、耐久性問題的主要原因

2.1 設計理論體系存在缺陷

當前，公路橋梁工程設計理論更多的是針對橋梁靜態結構的設計，各類設計理論體系對路橋工程完工后的性能參數關注比較多。然而，對于橋梁工程材料、結構的物理性能、力學標準隨結構使用發生的變化缺乏分析，對公路橋梁靜態結構設計建造成本關注比較多，對橋梁運營過程中的成本問題重視不夠【1】。

2.2 設計理念更新不及時

我國公路橋梁工程建設水平不斷提升，設計流程、技術也在逐步完善，但由于受傳統設計理念影響，各類新型設計理念的接受程度不足，設計流程還需要不斷完善，造成公路橋梁的結構性設計仍存在較大缺陷。實際開展橋梁工程設計工作中，更多的設計人員只考慮橋梁的安全性，將安全系數調整到較大層級，但對于橋梁結構的整體耐久性考慮不足，對于設計方案的優化意識不足，沒有合理控制橋梁構造體系及應力體系的合理轉變。

2.3 設計方案缺乏科學性

在進行橋梁工程設計時，先要確定一種在經濟方面、技術方面都可行的設計方案，并選擇相關規范和標準要求的安全系數來保障橋梁工程的安全性。但是，我國在橋梁工程的設計方案選擇方面仍存在需要改進的地方。在進行橋梁結構設計時，橋梁工程師一般僅考慮橋梁結構保證安全所需要的強度大小，而對橋梁工程的結構體系、結構材料、結構耐久性以及橋梁工程運營使用期間可能發生的人為因素和不可抗力因素對公路橋梁安全性、耐久性的影響重視程度不夠。比如，在設計橋梁工程施工方案時，橋梁工程師未對橋梁結構表面混凝土材料的厚度做統一規定，可能導致橋梁工程在施工完成后，橋梁結構表面的混凝土出現厚度差異性較大的現象，在橋梁投入運營后可能會因壓力過大而出現混凝土板斷裂或橋梁坍塌等病害，這樣就會在很大程度上降低公路橋梁安全性和耐久性【2】。

2.4 設計規范性不充分

當前，我國對于公路橋梁工程設計的方案、標準中不僅有過去成功的經驗，也有新制定的各類要求，這些項目更多的是對過去工作的總結，而我國橋梁工程建設環境復雜多變，在進行設計時需要對工程實際情況進行分析，改善標準、經驗中的不合理問題才能更好地提升橋梁工程的安全性、耐久性。但實際操作過程中卻不能有效開展工作，導致橋梁設計規范性較差，部分設計人員主觀性較強，不能嚴格依照設計標準、規范開展工作，導致公路橋梁設計規范性差的問題。

3 改善公路橋梁設計安全性、耐久性的方法

公路橋梁工程建設期間，建設單位應從設計環節開始就要關注橋梁工程的安全性、耐久性，向各設計人員提出設計橋梁安全性、耐久性的工作要求，針對已有設計方案進行經濟、技術方面的優化，促進公路橋梁設計方案能夠更好地適應和滿足建設單位需求。一般情況下，改善公路橋梁設計安全性、耐久性的方法主要包括以下4方面。

3.1 做好結構設計準備工作

關注公路橋梁工程前期設計準備工作，選擇具備相應資質的人員、機構對施工區域進行深入、細致的水文、地質勘查工作，充分掌握該區域的水文、地質狀況，了解地下水賦存、區域環境氣候變化等規律。將公路橋梁后續維修保養可能出現的風險問題進行分析，在設計過程中就深入研究、考慮，針對各類問題提前準備解決方案，最大限度地改善橋梁結構設計方法，保證設計安全性、耐久性【3】。

3.2 考慮路橋疲勞損傷問題

公路橋梁運營過程中會遭遇有害物質侵蝕、氣候溫度變化的影響，而且還要承載車輛行駛、超載的荷載，地震、風、雨、雪以及其他各類人為因素。這些要素都會造成橋梁內部出現循環應力，不僅造成橋梁結構出現共振，還會引起橋梁內部出現疲勞損傷問題。疲勞損傷、結構振動不斷積累會破壞橋梁整體，內部損傷的宏觀表現為表層的裂縫，若能及時對公路橋梁進行疲勞、損傷監測，對橋梁結構表面裂縫進行合理控制，就能避免橋梁結構、材料出現斷裂問題。在公路橋梁設計工作過程中，需要重視橋梁結構疲勞損傷問題，關注整體結構變化，關注橋梁結構個別構件可能出現失效的問題，對橋梁混凝土結構的疲勞損傷、鋼筋構件腐蝕問題進行深入研究，以便在設計過程中有針對性地選擇有效措施，及時予以規避。

3.3 關注橋梁頻繁超載問題

公路橋梁實際設計過程中需要了解該工程中的超載原因，以便選擇最優化的處理措施。一般情況下，公路橋梁的超載分為3種情況：公路橋梁運營時間久、超出設計車流量、車輛頻繁違規超載等。公路橋梁內部結構會由于較為頻繁從超載問題積累出較為嚴重的結構性損傷，最終甚至無法進行修復。即使橋梁后續運營通車總量滿足設計車流量標準，且車輛都能合理控制載重量，不存在超載問題，隨外部因素變化，橋梁結構內部的應力分布也會出現各種類型的變化，最終對公路橋梁的安全性、耐久性產生影響。橋梁結構在外部荷載作用下，可能出現面層開裂等問題，即使后續外在荷載卸除，表面的開裂問題已經形成，內部結構出現損壞，無法自行恢復，橋梁構件開裂的彎矩也在減小、強度也在下降，最終出現較大的形變或縫隙，嚴重影響公路橋梁的安全性、耐久性。因此，必須充分關注公路橋梁頻繁出現的超載問題，合理控制車流量，做好車輛違規超載情況的管控【4】。

3.4 研究安全性、耐久性設計關鍵技術

在進行公路橋梁設計過程中，需要深入研究涉及安全性、耐久性的關鍵性技術。嚴格依照工程標準、規范要求，確定公路橋梁的安全性、耐久性參數，明確各類施工技術工藝的選擇標準；通過對公路橋梁結構整體性進行分析，有效控制各類材料的選擇、配制；通過對公路橋梁安全性、耐久性技術進行深入研究，做好數據分析、處理、保存，為實際設計工作提供有力條件。

4 結語

公路橋梁建設單位需要對安全性、耐久性予以充分重視，從根源上進行管控，積極引進先進的設計理念，不斷強化設計環節中的各類安全性、耐久性要素。掌握公路橋梁設計過程中安全性、耐久性問題，采取有效措施進行處理，提高公路橋梁整體建設質量。