公路橋梁設計中的安全性及橋梁耐久性研究

吳亞飛 李云龍

淄博俊發重型鋼結構工程有限公司 山東 淄博 255000

我國每年交通事故造成了大量的人員傷亡，造其中公路橋梁工程建設的耐久性以及安全性出現問題是導致交通事故出現的重要原因。所以，這就要求工程設計人員在公路橋梁工程的設計過程中，充分重視其耐久性和安全性，以保證公路橋梁安全有著較可靠的保障。

1 我國公路橋梁設計安全性及耐久性現狀及其重要意義

1.1 我國公路橋梁設計安全性及耐久性現狀

目前，公路橋梁設計中存在的問題對公路橋梁建設的發展造成了嚴重的制約。橋梁的強度設計一向受到重視，在設計中也得到了全面的考慮，然而橋梁的耐久性卻被嚴重的忽視了。強度極限會對橋梁的安全性和可靠性造成較大的影響，但是如果橋梁的強度極限得到了滿足，使用極限也必須引起我們的重視，這也會對橋梁的整體生命周期有著密切的關系。另外，在公路橋梁計中，對于公路橋梁建成后的可維護性也沒有重視起來。不僅橋梁的設計和施工會對公路橋梁的使用壽命產生影響，公路橋梁的后期維修養護工作也是影響橋梁使用壽命的重要因素，因此如果橋梁的維修養護工作不到位，不僅其使用壽命會明顯縮短，更容易造成安全事故的發生。所以，為了使得這些問題得到有效的解決，必須在橋梁的設計環節入手，對橋梁的設計進行優化，在設計過程中融入安全性和耐久性理念，從而使得公路橋梁的安全有著可靠的保障。

1.2 我國公路橋梁設計安全耐久的重要意義

公路橋梁是公路跨越河流、山谷具備承載力的專門工程，可以把不同地面交通很好的連接起來。在改革40年來，隨著我國公路建設的迅速的發展，其規模、數量都得到了迅速的提高。在社會經濟迅速發展的背景下，對公路橋梁的質量、功能的于要求也在不斷提升。特別是公路橋梁的安全性與耐久性會對橋梁的后期的使用產生深遠的影響，更是在橋梁設計中起到了重要作用。公路橋梁安全性受到了橋梁結構和承載能力的影響，我們在評價橋梁質量時，需要從其結構合理性、結構重要系數等方面著手進行評定，針對橋梁的應力、扭矩通過安全模型、采集數據樣本進行分析。公路橋梁的耐久性就是一般情況下橋梁可以正常使用的時間、頻率和次數。還可以從理論的視角對建筑橋梁的材料、工藝展開分析。因此，公路橋梁的安全性、穩定性是同一問題的不同層面，這兩個層面任何一個出現問題，都會對橋梁的使用帶來嚴重的后果。

2 我國公路橋梁設計中存在的問題

2.1 設計理念滯后

我們縱觀全球的公路橋梁設計可以發現，路橋建筑工程架構的施工水平一直在不斷的提高，橋梁架構也有了比較健全的規劃流程。不過國內受到原有體制的影響，在公路橋梁設計中一直沒有融入全新的規劃理念與流程，絕大部分公路橋梁的設計依舊沿用傳統的規劃理念，因此國內橋梁架構規劃設計人員的的思想整體相對比較保守。在規劃公路橋梁架構的過程中，設計人員往往只關注工程運作的安全性，即選擇的安全系數比較優異，但是對整個項目的耐用性沒有引起足夠的重視，而且路橋工程規劃人員缺乏調控意識，這也造成了公路橋梁項目規劃無法滿足工程建設的真實需求。

2.2 設計方案審核不嚴格

公路橋梁設計是一項比較復雜的系統工程，為了公路橋梁的質量有可靠的保證，施工之前必須嚴格審核設計圖紙和施工方案，進而對公路橋梁設計效果進行嚴格的管控。在審核設計方案的過程中，施工材料、結構安全、橋梁設計的整體性進都是必須嚴格審核的內容，我們必須保證施工內容與公路橋梁建設規定相符合[1]。與此同時，還應對設計方案中存在的漏洞和不足進行嚴格檢查，并馬上就地整改和完善。在公路橋梁設計中，如果不嚴格按照標準對設計方案進行審核，造成其中存在的問題不要能被及時的發現，這樣設計方案的科學性與合理性就失去了可靠的保證。在公路橋梁的具體設計中，設計與審核沒有被嚴格區分開來，未聘請專業的審核人員對設計方案進行審核，造成設計方案存在問題無法得到有效的解決，這都對公路橋橋梁的安全性和耐久性造成了不利的影響。

2.3 公路橋梁結構體系設計不科學

公路橋梁在設計過程中，必須以其具體結構為基礎，使得橋梁結構與連接構件合理的連接起來。與此同時，也寫橋梁設計選擇的施工材料質量沒有保證，造成橋梁的結構體系的安全系數不合格，使得橋梁的整體以及局部材料安全不可靠，使公路橋梁結構構造不符合設計標準，進而全面對橋梁的耐久性與安全性造成了不利的影響。在具體的設計過程中，對橋梁結構的整體性、結構構件的安全系數沒有從宏觀上統籌考慮[2]。在計算受力情況的時候，對計算結果沒有嚴格的審核，設計方案中沒有明顯的受力標識，造成路橋一些構件的受力失去了可以承受的標準。一些橋梁工程的上下部結構設計不符合安全標準，都是公路橋梁缺乏的耐用性和安全性的重要原因。

3 公路橋梁設計中安全性和耐久性存在問題的原因

公路橋梁工程建設質量的指標存在多樣性，安全性和耐久性是兩個非常關鍵的指標。橋梁的混凝土結構老化、結構的耐久性下降都是其耐久性差的重要表現。如果橋梁結構的密實性較差，在設計沒有設定混凝土合格的標準參數，施工過程中又沒有嚴格的監督，就會造成橋梁出現裂縫。還有一個碳化問題，如果橋梁的結構內部出現損傷，鋼筋表層出現破損，就會被銹對結構的耐久性產生不良的影響。如果出現這些問題，就說明路橋設計存在問題，對工程施工建設產生不利的影響。在公路橋梁設計過程中，公路橋梁結構的靜態設計往往是設計階段重點考慮的問題，需要對橋梁的力學、物理、材料等方面的因素統籌考慮，但是對建成以后的后期維護往往沒有引起應有的重視，這也是一些橋梁的耐久性和安全性不足的重要原因。隨著當代建筑科技的不斷進步，公路橋梁合計的理念也在不停的變化，對橋梁的安全性考慮較多，因此在設計中往往會選擇較大安全系數，但這對橋梁結構的耐久性是非常不利的，公路橋梁的設計是一項復雜的系統工程，橋梁的技術工藝、經濟性、安全性的數據參數必須嚴格的加以控制，這樣才會使得橋梁的建設質量有著可靠的保障[3]。在公路橋梁設計過程中，設計團隊習慣于借助提升結構強度來加大結構的安全性，但是對于結構的耐久性、材料性能、結構布局和橋梁建成后的環境和人為因素沒有全面的加以考慮，一些細節問題沒有按照規范進行科學的設計，這都對公路橋梁后續工程質量造成了非常不利的影響，是公路橋梁的耐久性和安全性存在問題的重要原因。

4 公路橋梁安全性和橋梁耐久性設計的意見和建議

4.1 設計理念

要注重在公路橋梁設計中引進和培養專業、創新人才，要用最前瞻的理論影響他們的設計理念，多提供理論聯系實踐的機會，確保他們設計出最佳的方案。在具體的設計中，他們要把注重橋梁安全耐久的設計理念貫穿始終，將橋梁的安全耐久使用作為重要的設計指導原則，嚴格按照規范標準進行設計，必要的時候可以對一些標準進行調整。設計理念必須與施工技術密切結合，嚴格規范設計指標，在保證橋梁安全耐用的基礎上，兼顧結構強度。安全耐用是建筑工程本質內容，與工程質量存在密切的關系，與我國公路交通事業發展的命脈密切相關。因此我們必須用最科學的設計理念作指導，保障公路橋梁的質量與安全穩固不出任何問題。

4.2 材料選用

對于公路橋梁來說，混凝土的使用可以對其安全性和耐久性最重要的影響。混凝土的種類極為復雜，因此我們在選擇材料的過程中要注意發揮其特性，保證橋梁的安全性和耐久性，高性能混凝土是公路橋梁建設的首選。與傳統混凝土相比，高性能混凝土性能突出，使用起來更加高效，而我們在設計中也要融入綠色觀念，選擇更具時代特征的綠色高性能混凝土。不緊要關注其耐久力，能夠有力的支撐橋梁，而且要注重其環保性能，這也有利于提升橋梁的耐久性，傳統混凝土中需要對硅質原料和鈣質原料高溫煅燒才能生產出來，生產工藝復雜，需要消耗大量的資源，如果我們在設計中選擇綠色高性能混凝土，其生產采用無熟料水泥或是免燒水泥，不僅節約了大量的成本，而且在堅固性和耐久性方面更勝一籌。

4.3 樁基設計

樁基的設計關系到公路橋梁安全性和耐久性，所以，在橋梁的設計過程中，設計師必須充分把握樁基結構設計細節，認真考慮其穩定性和安全性參數。公路橋梁需要承受的荷載是較大的，設計時要對施工地的地質參數提前調查了解，然后得出樁基最大承載力，這就對后期的設計有了數據可以參考。同時也要在設計方案中注明樁基需要實施靜荷載測試，以保證橋梁的安全耐久性符合要求。

4.4 抗震設計

抗震設計是公路橋梁工程建設另一項重要的內容，一般橋梁工程設計細則中都會對抗震設計要求做出明確的規定，這就給橋梁的結構整體設計中以明確的參考。尤其是在橋梁的深基礎設計中，樁基建設必須滲透液化土層，這樣樁基埋設的穩定性在橋梁施工過程中才會有可靠的保障。對于淺基礎的小橋工程，要做好基礎設計工作，橋梁結構縱向的強度要求提前設計清楚，避免梁端在建成后發生位移，對橋梁的安全性耐久性帶來不必要的干擾[4]。

4.5 疲勞損傷設計

公路橋梁投入使用后，外界環境變化會對其安全性耐久性帶來較大的影響，同時隨著橋梁承受載荷的持續增加，人為和自然因素也會使得橋梁結構內部產生循環應力，導致橋梁結構發生共振，進而出現嚴重的疲勞損傷現象。這一問題如果得不到有效的解決，就會導致橋梁的損傷持續發酵，一旦突破了橋梁承受力的最大值，橋梁就會出現裂縫等安全問題，嚴重甚至會造成橋梁坍塌，對橋梁的耐久性和安全性造成了嚴重的破壞。公路橋梁的疲勞損傷在前期是比較隱蔽的，而而且是一個日積月累的漫長過程，但對使用安全產生的影響是比較嚴重的。如果能我們可以實時監測公路橋梁的疲勞損失情況，路橋結構的裂縫等安全問題就可以得到有效的解決，橋梁的安全和耐久性就有了可靠的保障。因此，在公路橋梁設計的過程中，疲勞損傷問題必須引起我們的高度重視，橋梁的結構設計要對整體的構件變化加以關注，要做好構件的腐蝕和疲勞損傷的分析工作，并在設計方案中對這些問題進行優化改進。

4.6 預防超載設計

公路橋梁一旦投入使用，其需要承載的負荷數量是較大的，在橋梁的使用過程中，極易發生超載問題，這也是公路橋梁設計安全耐久必須考慮的一個重要問題。一般來說，車輛的違規行駛、車流量超標、使用年限超標等因素都是造成公路橋梁超載的重要原因[5]。雖然選擇優質的混凝土有利于提高橋梁的安全耐久性，但一旦超載情況出現，就會對公路橋梁的耐久性產生嚴重的負面影響。如果超載問題經常出現，橋梁的結構就會出現累積性損傷，嚴重的話就會造成橋梁報廢不能使用。此外，公路橋梁在進入使用環節，必須提前設計好能夠承受的最大車輛行駛的流量，如果流量超標，橋梁的結構應力也會隨之發生改變，結構部件的彎矩出現改變，橋梁結構產生形變出現裂縫，或者是逆向無法恢復的損傷，對橋梁保持耐久性和安全性但是非常不利的[6]。所以，在設計公路橋梁的過程中，預防超載問題是一個需要重點關注的問題。在橋梁的設計必須提前制定好并加入預防超載措施，這樣橋梁的結構設計就會更加的科學合理，一旦出現超載問題也可以得到很好的解決，做好預案對橋梁的耐久性和安全性起到可靠的保證作用。

4.7 關鍵技術優化設計

為了在公路橋梁設計過程中提升其耐久性和安全性，我們在設計環節要盡量選用先進的技術，運用到橋梁的設計過程中，可以顯著的提升橋梁安全和耐久性的設計水平。根據工程建設中的嚴格要求，對相關的參數進一步明確，設計方案中體現出對施工工藝的合理化選擇，積極的使用先進的技術，使設計中的關鍵環節得到不斷的改進優化，充分運用大數據和信息化手段對橋梁的耐久性和安全性進行分析，并對其進行量化處理，使得橋梁的安全性和耐久性的設計質量有了可靠的保障[7]。

5 總結

由上可知，我國公路橋梁在安全性及耐久性設計方面還存在一些不容忽視的問題，很多因素會對其設計的安全性及耐久性產生影響，我么必須將其視為一項系統工程，從諸多方面采取有效的措施，全面優化我國我國公路橋梁安全性和耐久性設計，有效強化我國公路橋梁的安全性和耐久性，最終推動我國公路橋梁安全性和耐久性達到更高的水平，為我國路橋工程事業的發展做出自己應有的貢獻。