公路橋梁設計的安全性和耐久性分析

張俊生

（中南勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430000）

0 引言

就公路橋梁設計來說，需要滿足經濟、安全、適用、美觀等要求，必須始終確保公路橋梁具有良好的耐久性與安全性。在實際的公路橋梁設計工作中，主要是按照正常使用和承載能力這兩種極限狀態來開展。以承載能力的設計為例，需要確保公路橋梁在服務功能喪失臨界值時的承載能力，在設計時要確保荷載效應小于或者等于結構抗力的設計值。在確定結構總體的安全水平時，設計人員需要考慮較多的因素，如荷載安全系數、工作條件系數、材料安全系數。在整個公路橋梁的設計中，安全性與耐久性設計是始終需要重點考慮的問題。但當前階段，這方面的設計還存在著一定的問題，如設計理論與結構構造體系不盡完善、后續的施工管理水平較低等。基于公路橋梁設計的安全性和耐久性所存在的問題，本文展開了具體的分析探討，現作如下的論述。

1 公路橋梁設計的安全性與耐久性問題產生的原因

從當前公路橋梁的安全性與耐久性設計來看，存在一種較為不利的傾向，即很多的設計人員在設計過程中過多地考慮強度，但是考慮耐久性不足，重視強度極限狀態，而忽視或輕視了使用極限狀態，這就導致公路橋梁的結構設計存在較多的問題。可以說，在當前的公路橋梁設計中，耐久性設計多是被作為一種概念，未能夠得到充分的重視。一方面沒有明確提出使用年限的相關要求，另一方面沒有進行專門的耐久性設計，這就導致公路橋梁的結構措施與設計程序均易出現問題，從而引發工程事故，縮短公路橋梁工程的使用壽命[1]。結合當前公路橋梁的安全性與耐久性所存在的問題，主要的原因可以歸結為兩點：一是當前的設計理論與結構構造體系尚不完善，二是施工與管理水平較低。

從設計層面上來說，結構設計工作最為重要的便是選擇最為科學與有效的結構方案，而后進行結構分析，完成構件與連接的相關設計。在實際的設計過程中，有較多的設計人員只是單純進行結構強度方面的安全設計，并未全方位地從結構體系、結構材料、結構維護、結構耐久性這些方面來考慮。因此，導致公路橋梁的結構出現較多的問題：比如結構的延展性與整體性不足，存在冗余性小的缺陷；再比如受力路線不明確，存在局部受力過大的問題。這些問題的存在均會大大削弱公路橋梁結構的耐久性，使公路橋梁的安全性與耐久性受到較大的影響。

再從施工管理的層面上來說，有很多的公路橋梁在設計階段，因為存在問題無法達到規范標準，導致后續的施工質量也受到影響，出現材料強度不足和施工工藝不合格的問題。更為不利的是，一些公路橋梁項目還存在偷工減料和以次充好的問題，嚴重影響了公路橋梁的安全。在公路橋梁工程的施工管理過程中，若是在水泥選用、混凝土配合比確定、混凝土振搗處理、混凝土養護這些方面存在問題，雖然短期內不會影響公路橋梁的正常使用，但結構的長期耐久性會受到較大的影響，繼而對整個公路橋梁的使用造成危害。

2 提升公路橋梁設計的安全性和耐久性的策略

2.1 做好設計中的勘察工作

在開展公路橋梁的安全性與耐久性前，設計人員需要先做好實地勘察工作，從而獲取全面詳細的勘察資料，以此為后續的設計工作提供支持。在實際開展勘察工作時，設計人員需要把握好三個方面的要點：一是要收集公路橋梁具體形態的信息，并做好重要信息數據的分析，以此來選擇和評估施工材料，制定出詳實有效的施工養護方案；二是要結合公路橋梁所處的位置來確定施工線路，在規定的施工成本范圍內，最大限度提升公路橋梁的安全性與耐久性；三是在正式開展公路橋梁的安全性與耐久性設計時，要充分明確荷載，制定出應對突發事件的預案，確保荷載始終在可控狀態。

2.2 做好疲勞損傷的設計工作

對于公路橋梁來說，所出現的各種荷載均會呈現為一定循環變化的應力，容易導致整個公路橋梁的結構出現振動，最終誘發疲勞損傷問題。當疲勞損傷不斷累加后，公路橋梁容易出現裂縫，導致公路橋梁的結構出現斷裂或坍塌，而且早期的疲勞損傷無法及時有效地發現，對公路橋梁質量會造成很大的影響。因此，在整個公路橋梁的早期設計中，必須將疲勞損傷的設計作為重點來對待，始終給予高度的關注，有效提升公路橋梁結構的穩定性。從當前公路橋梁的疲勞損傷設計研究來看，重點是考慮混凝土橋梁結構的特性，避免某一個構件和部位出現疲勞損傷，以此來保證公路橋梁整個結構的穩定性和安全性。

2.3 認真考慮超載問題

在公路橋梁的運行狀態下，出現超載問題是較為常見的，會造成較大的危害。超載現象也可以表現在多個方面，總的來說，公路橋梁的超載問題集中表現在以下三個方面：

2.3.1 公路橋梁在實際運行的過程中，實際荷載能力遠超過預期荷載能力，導致公路橋梁存在超負荷運行的情況。之所以出現這一問題，主要是在公路橋梁的設計與施工環節，荷載能力未能滿足預期的荷載要求，并未能對這一問題做到及時感知。

2.3.2 車輛超載的問題較為常見。通常情況下，當車輛荷載低于公路橋梁的實際荷載量時，便不會對橋梁的質量與使用壽命造成太大的影響，但若是車流量相對密集且存在超載情況時，則公路橋梁的質量與使用壽命會受到較大的影響。以大貨車的超載為例，會對公路橋梁的承載能力帶來較大的影響，容易誘發大面積塌陷的問題。

2.3.3 在公路橋梁的長時間使用過程中，超荷載的問題使公路橋梁的整體荷載能力下降，安全性與耐久性隨之受到影響。

針對公路橋梁所出現的超載現象，必須在設計階段認真對待，嚴格遵守國家和行業的相關規范標準，有效提升公路橋梁的整體荷載能力。具體來說，在設計過程中要充分考慮公路橋梁的實際運行特點與需求，確保預期的設計要求可以完全達到，始終確保公路橋梁處于荷載范圍內。另外，在公路橋梁的設計與后續管理中，要做好相應的教育宣傳與管理工作，比如加大超載現象危害性的教育宣傳力度，最大限度減少車輛超載問題的出現。

2.4 做好施工的相關控制工作

在公路橋梁的施工過程中，為保證和提升安全性與耐久性，需要重點做好保護層厚度控制、鋼筋配置控制這兩個方面的工作。

從保護層厚度控制這一方面來說，在公路橋梁安裝階段需要認真檢查鋼筋的質量，確保鋼筋的合格率在設計要求內，可以參照《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204—2015），其中明確規定抽樣結果中無法滿足規定的最大極限范圍，必須加以改正，結合鋼筋厚度來確定出偏差數值[2]。對于公路橋梁的梁板與拱橋的偏差數值來說，需要控制在±7mm，墩臺偏差數值需要控制在±8mm，固定樁的標準偏差范圍需要控制在±10mm。

從鋼筋配置控制這一方面來說，所出現的鋼筋銹蝕問題會直接影響鋼筋的結構性能，尤其是會降低鋼筋材料的抗壓能力。當公路橋梁的受力面積減少時，承受應力的極限值會減弱，在實際應用過程中會有較大的安全隱患。可以說，鋼筋銹蝕問題所造成的影響是較大的，整個公路橋梁的耐久性會隨之受到影響。對此，設計人員需要認真考慮鋼筋保護層厚度，同時在施工過程中使用混凝土技術，以此來全面改善公路橋梁的安全性與耐久性。對于沿海地區的公路橋梁設計，要非常注重結構設計，并搭配高性能的混凝土，從而有效提升公路橋梁的抗壓能力與抗沖刷能力。就當前所使用的高性能混凝土來說，屬于一種新型的復合材料，操作技術較為煩瑣，對施工人員的專業能力也有較高的要求，若是施工人員采用傳統的施工方式，或者施工技術未能滿足公路橋梁項目的要求，則很容易影響高性能混凝土的穩定性能與密實度。為此，在高性能混凝土使用過程中，要始終注重施工技術的科學性，以此來保證和提升公路橋梁的安全性與耐久性[3]。

2.5 做好后期的維護工作

在公路橋梁的運行過程中要做好定期監測與維護工作，對于所發現的問題要及時解決，以此來避免安全隱患。具體來說，在公路橋梁的運行過程中，必須組織專業人員做好維護保養工作，尤其是要對公路橋梁所出現的裂縫做好修復，防止出現崩塌問題。從當前公路橋梁的維護工作來看，在維護制度建設和專業人員配備方面所取得的成效均是值得肯定的，可以較好地解決公路橋梁運行過程中所存在的安全隱患，有效避免了較多的問題。除此之外，在后期的維護工作中，要多使用信息技術來開展監測工作，無論隱患大小均要及時上報處理。通過開展一系列的專業診斷工作，確定公路橋梁運行過程中所存在的問題，發揮好信息技術的優勢。

3 結語

基于公路橋梁安全與耐久的重要性，必須在設計和施工過程中給予高度的重視。為保證和提升公路橋梁的安全性與耐久性，需要重點從設計勘察、疲勞損傷設計、超載問題優化、施工控制這些方面著手，以此有效解決公路橋梁設計中的安全隱患。