黃 亮

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性分析

黃 亮

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,同時(shí)也帶動(dòng)了我國(guó)交通事業(yè)的迅速騰飛。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的橋梁工程獲得了巨大的發(fā)展，隨著公路交通網(wǎng)的不斷的完善,大量的山區(qū)和交通不便的地區(qū)都修建了高速公路。但是應(yīng)該看到我國(guó)的交通事業(yè)還存在著一些問(wèn)題,其中比較突出的就是橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性的不足,嚴(yán)重的影響了我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展。因此,要必須分析橋梁設(shè)計(jì)中存在的安全性和耐久性出現(xiàn)的問(wèn)題并加以預(yù)防和解決。

橋梁設(shè)計(jì)；安全性；耐久性

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，我國(guó)公路工程的建設(shè)規(guī)模也不斷發(fā)展和壯大。其中橋梁結(jié)構(gòu)作為交通動(dòng)脈以及生命線工程極其重要的組成部分，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，因此提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的前提。而橋梁設(shè)計(jì)是決定橋梁工程安全性和耐久性的關(guān)鍵因素，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.橋梁設(shè)計(jì)安全的構(gòu)成

橋梁的安全性和耐久性是橋梁設(shè)計(jì)的主要影響因素。安全性是指結(jié)構(gòu)防止破壞倒塌的能力，是橋梁最重要的質(zhì)量指標(biāo)，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性主要取決于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工,但與結(jié)構(gòu)的正確使用(維護(hù)、檢測(cè))有關(guān)[5]。耐久性是指結(jié)構(gòu)抵抗外界環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)的安全性

橋梁結(jié)構(gòu)的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的整體牢固性和承載能力兩個(gè)方面[1]：

1)橋梁結(jié)構(gòu)的整體牢固性是指結(jié)構(gòu)不應(yīng)出現(xiàn)與其原因不相稱的破壞后果，即在橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部破壞的情況下，避免發(fā)生大范圍連續(xù)破壞倒塌的 能力。

2)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力是指橋梁結(jié)構(gòu)承受風(fēng)荷載，自重荷載，車(chē)輛荷載，溫度，濕度等作用的能力。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性

橋梁的耐久性是指在其使用過(guò)程中抵抗外界環(huán)境和內(nèi)部自身所產(chǎn)生的侵蝕破壞的能力。橋梁在建造和使用過(guò)程中，會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕及人為因素等外部作用，以及材料的自身性能不斷退化，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同程度的損傷和劣化，從而影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

2.我國(guó)公路橋梁工程的安全性和耐久性現(xiàn)狀

2.1 橋梁安全事故

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2007年至2011年之間，至少37座大型橋梁發(fā)生垮塌。統(tǒng)計(jì)分析近年橋梁的坍塌事故及原因。這些事故的發(fā)生，除地震、洪水、船撞、施工階段人為失誤等突發(fā)性因素外，引起橋梁結(jié)構(gòu)整體性能衰退的因素主要包括：結(jié)構(gòu)損傷、材料老化和超限荷載等。這些因素往往也是事故發(fā)生的重要原因。橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性問(wèn)題日益顯著，對(duì)大型橋梁設(shè)計(jì)階段的安全性和耐久性進(jìn)行研究已經(jīng)是刻不容緩的問(wèn)題。

2.2 橋梁安全性與耐久性問(wèn)題研究現(xiàn)狀

橋梁安全性與耐久性研究在與橋梁病害的斗爭(zhēng)中已取得許多進(jìn)展。主要體現(xiàn)在如下方面。

1)高性能材料。目前主要是研究混凝土碳化和鋼筋銹蝕問(wèn)題。這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析角度進(jìn)行的[2]，對(duì)如何從結(jié)構(gòu)應(yīng)用角度改善橋梁耐久性缺乏研究。

2)荷載標(biāo)準(zhǔn)。橋梁汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了從小到大發(fā)展過(guò)程，目前規(guī)范采用公路－I級(jí)、特殊車(chē)列等，雖然荷載標(biāo)準(zhǔn)提高了不少，但相對(duì)國(guó)外車(chē)輛荷載還很低。

3)設(shè)計(jì)方法。當(dāng)前橋梁規(guī)范要求按承載能力和正常使用極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從定性和定量的形式上保證了橋梁安全性和適用性要求。橋梁設(shè)計(jì)傾向考慮強(qiáng)度更多而考慮耐久性少，耐久性更多的只是作為概念上受到關(guān)注，未進(jìn)行全壽命設(shè)計(jì)。

4)施工工藝。在鋼束張拉、管道壓漿、鋼筋、鋼絞線保護(hù)和焊接工藝等方面取得豐碩的成果。

5)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)。已逐步撰寫(xiě)、修訂和完善相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)規(guī)程，制訂了定期養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)的時(shí)間和方法。

3.橋梁安全性、耐久性差的主要原因

3.1 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不完善

要想確保橋梁的安全性和耐久性，首先要有科學(xué)可靠的橋梁設(shè)計(jì)。當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)為了追求橋梁造型的美觀，或是為了滿足規(guī)范安全度的需要，而欠缺對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系以及日后使用維護(hù)的考慮。所以很多橋梁工程雖然在設(shè)計(jì)時(shí)滿足規(guī)范要求，但在幾年以后會(huì)出現(xiàn)耐久性問(wèn)題。

3.2 施工和管理水平低

國(guó)內(nèi)外大量的橋梁在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí),出現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化;特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問(wèn)題,這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系,典型的問(wèn)題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開(kāi)裂問(wèn)題(主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等)[3]。

3.3 管理機(jī)制不完善，執(zhí)法法規(guī)不嚴(yán)格

當(dāng)前，雖然橋梁建設(shè)管理有一整套規(guī)章制度。但屢屢出現(xiàn)橋梁坍塌事故還是暴露出管理上的漏洞及制度不完善等問(wèn)題。工程質(zhì)量事故的責(zé)任落實(shí)情況不到位，事故造成的人員傷亡、損失的財(cái)產(chǎn)未得到合理賠償，責(zé)任者未受到相應(yīng)的處罰，這些管理機(jī)制和法規(guī)執(zhí)行方面存在的問(wèn)題。

4.提高橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性的對(duì)策和建議

4.1 合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可以有效提高橋梁的安全性和耐久性。橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式主要分為大跨度橋梁和標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋。在橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑橋梁的設(shè)計(jì)方案，可以方便施工、節(jié)省造價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化施工。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到疲勞損傷和超載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，以便提前采取預(yù)防措施對(duì)其進(jìn)行處理。

4.2 在設(shè)計(jì)過(guò)程中科學(xué)使用材料

鋼筋混凝土的質(zhì)量和合理使用對(duì)橋梁的安全性具有極其重要的作用。鋼筋混凝土的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的適用性、安全性和耐久性。混凝土的耐久性主要取決于混凝土的材料組成，其中水灰比、水泥用量、強(qiáng)度等級(jí)均對(duì)耐久性有較大影響。通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)可以提高混凝土抗腐蝕能力和耐久性。

4.3 橋梁設(shè)計(jì)中重視耐久性

橋梁建成使用期內(nèi)需要經(jīng)受風(fēng)霜雨雪的考驗(yàn)，重壓力的折磨，在現(xiàn)代社會(huì)甚至還有酸性物質(zhì)的侵蝕等等，這些因素都應(yīng)該在設(shè)計(jì)師的考慮范圍內(nèi)。尤其是對(duì)于大型橋梁大型工程的設(shè)計(jì)，其要求使用年限長(zhǎng)，而且大型跨河跨江橋梁車(chē)流量大，沖擊也大，加上這些橋梁位置基本都是重要的交通通道在使用年限內(nèi)超負(fù)荷使用時(shí)常出現(xiàn)，其設(shè)計(jì)就應(yīng)該特別注意[4]。

4.4 學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)的橋梁由于設(shè)計(jì)理念原因?qū)е聦?duì)橋梁耐久性考慮不足，而這個(gè)在橋梁設(shè)計(jì)上的不足優(yōu)惠影響橋梁的使用壽命。歐洲一些國(guó)家比如德國(guó)在橋梁設(shè)計(jì)上對(duì)這方面的研究就很先進(jìn)也很成熟，我們完全有理由借鑒其豐富的經(jīng)驗(yàn)，正如鄧小平所言“不管黑貓白貓能抓住老鼠就是好貓”，不管其設(shè)計(jì)如何，能解決橋梁使用中的這些問(wèn)題我們就有必要學(xué)習(xí)研究。

5.結(jié)語(yǔ)

橋梁安全性和耐久性已成為迫切需要解決的問(wèn)題，我們應(yīng)該積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要研究疲勞和超載等因素對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

[1]徐凱東,李博.橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性

[2]吳海軍.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué)，2007.

[3]魏松,陳祥晨.橋梁結(jié)構(gòu)安全性與耐久性問(wèn)題的思考[J].工程質(zhì) 量.2010,(9)

[4]吳浩峰.疲勞損傷對(duì)道橋的危害[J].橋梁?？?008

[5]Ang AH-S, Tang WH. Probability concepts in engineering planning and design. New York: Wiley; 1984.

TU7

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1007-6344（2016）08-0074-01

黃亮(1993-)，男，江西撫州人，在讀研究生，主要從事橋梁健康監(jiān)測(cè)方面的工作