淺析橋梁設計中的安全性和耐久性

1、<p>　　淺析橋梁設計中的安全性和耐久性</p><p>　　摘要：我國橋梁正在擴大規(guī)摸施工建設，許多情況卻面臨著嚴重的橋梁混凝土結構耐久性和安全性問題，從而引發(fā)倒塌事故。這些不僅與施工不當和管理不當有關，也存在著設計中不關心橋梁安全性和耐久性的某些問題。 </p><p>　　關鍵詞：路橋設計；安全性和耐久性；問題 </p><p>　　中圖分類號：U

2、445文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對橋梁設計提出的要求是適用、經(jīng)濟、安全、美觀。但是設計中考慮的強度多而耐久性少，重視強度極限狀態(tài)不重視使用極限狀態(tài)，而機構的整個使用周期中最重要的卻是使用時的性能表現(xiàn)，重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對于耐久性更多的只是作為一種概

3、念受到關注，既沒明確提出適用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計。 </p><p>　　1.國內(nèi)橋梁設計存在的主要問題 </p><p>　　按照國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范，對橋梁設計的要求是適用、經(jīng)濟、安全、美觀，這些要求基本上包含了人們關心的所有重要問題。 </p><p>　　在規(guī)范中，具體的設計過程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進行。前者是控制結構在喪失服務能力臨

4、界狀態(tài)時的承載能力。設計基本原則是要求荷載效應不利組合的設計值。利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素下的結構總體的安全儲備，是一個半概率的極限狀態(tài)設計法。可以認為是對安全性要求的保證。后者控制結構在正常使用狀態(tài)時應力、裂縫和變形小于一定的限值 ，對應于適用性的要求。這從定性和定量的形式上保證了安全性和適用性兩項要求，但卻沒有經(jīng)濟、美觀的具體的指標要求。當前國內(nèi)的結構設計過程中，更多的設計是考慮強度多而考慮耐久性較

5、少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用及狀態(tài)，而結構在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現(xiàn)；重視結構的建造而不重視結構的維護。因此在國內(nèi)當前橋梁設計于耐久性只是作為一種概念受到關注，卻沒有相應明確的使用年限的要求或者專門的耐久性設計。這些設計傾向在某種程度上造成了當前工程事故頻發(fā)，結構使用性能差、使用壽命短等不良后果；相反國際結構工程界卻呈現(xiàn)日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢；同時也不符合結構狀態(tài)和綜合經(jīng)濟性（考慮結構建設、使用、

6、維護等整個周期的費用）的要</p><p>　　2.橋梁安全性、耐久性差的主要原因 </p><p>　　2.1施工和管理水平低 </p><p>　　國內(nèi)外若干座橋梁的突然破壞與倒塌事故，已使工程界對橋梁耐久性、安全性問題倍加關注，施工過程中施工和管理水平欠規(guī)范(如野蠻施工和管理不當?shù)?是造成橋梁結構耐久性不足的重要原因，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面: </p&

7、gt;<p>　　施工質量沒有達到規(guī)范和設計要求，典型的問題包括原材料質量低劣和施土工藝不合格等；個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題；混凝土保護層厚度的控制不嚴，有些直接導致露筋；鋼筋未作防銹處理，其間距疏密不一，粗、細骨料分布不均勻，混凝土振搗不密實；施工現(xiàn)場嚴重的構件開裂問題，主要原因包括:水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護不當及預應力施加不合理等;拆摸時間控制不好或支模、拆模方法不當，也會引起早期裂縫

8、。 </p><p>　　2.2設計理論和結構構造體系不夠完善 </p><p>　　在承認施工存在問題的同時,也不可否認，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經(jīng)濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標以保證結構的安全性。 </p><p>　　橋梁工程

9、是一個由許多結構件組成的一個系統(tǒng)結構,各結構件不僅本身要有足夠強度和耐久性，而且組合到整個橋梁中也要滿足全橋安全性和耐久性，目前一些設計人員設計時考慮片面，結構的整體性、安全和耐久性考慮不夠，造成有的結構整體性延性不足，冗余度過小，有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大，強度要求過低，保護層厚度過小及構件截面過薄和過大。這些都削弱了結構耐久性,會嚴重影響結構的安全性。不少橋梁雖然滿足了設計規(guī)范的強度要求,但僅用了5年～10年就因

10、為耐久性出了問題影響結構安全。結構耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題,設計時要從構造、材料等角度采取措施加強結構耐久性。 </p><p>　　3.提高橋梁設計中的安全性和耐久性的措施 </p><p>　　3.1成分重視橋梁結構耐久性和安全性問題 </p><p>　　橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境的影響及受到有害化學物質的侵蝕，也會承受車輛、風、地震、

11、疲勞等人為因素外來作用。另外，橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。大量的病害實例證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上（也即設計上）的缺陷。 </p><p>　　3.2樹立正確的橋梁工程設計理念 </p><p>　　隨著時代經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類所建造的各種大型工程結構物，規(guī)模巨大，結構復雜，功能眾多。國際上稱之為

12、“超級工程”。這些工程的特點是：投資巨大，技術復雜，環(huán)境影響嚴重，襲擊破壞機率增大（風、浪、地震海嘯、船撞、破壞等等）和維修、養(yǎng)護、加固難度大。因而，過去只限于設計、施工質量的單一層面上去尋求結構的安全性就不夠了。從上世紀七十年代后，國內(nèi)外專家在分析研究認真總結經(jīng)驗教訓的基礎上，除強調結構設計和建造時期的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外，逐步討論了結構在使用期間的檢測、維修、加固的新技術，對不同工程結構物的災害和可接受的危險水平和評估

13、進行了深入研究，提出了耐久性設計的概念。結構耐久性設計所要解決的問題也就是經(jīng)濟、合理的使用年限問題，即結構壽命期問題。為解決這一問題，在設計和建造階段就要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)設計理念：對設計工程師要求對結構設計時應使結構具有六大特性，即可檢性，可修性，可換性，可強性，可控性及可持續(xù)性。工程師必須清醒承認整體結構的壽命和各部件的壽命是不等的，如橡膠支座壽命不超過20年，拉索的壽命僅10～40年，拉索的護套壽命不超過20年，鋼結構的油漆保護最優(yōu)為20年

14、等等。只有對這些自身壽</p><p>　　3.3重視對疲勞損傷的研究 </p><p>　　橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。由于橋梁所采用的材料并非是均勻和連續(xù)的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋。如果宏觀裂紋不得到有效控制

15、，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的。疲勞損傷過去一直被認為是鋼橋設計中的核心問題，由鋼結構疲勞引起的鋼材開裂案例較多，亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來，疲勞損傷的研究已進入混凝土結構，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強。對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個結構而言，事實上橋梁結構常常由于某些關鍵部位的局部疲勞失效而導致整個結構的失效

16、，例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。 </p><p>　　3.4加強橋梁運營的全過程管理 </p><p>　　結構的安全性和耐久性，與使用階段的檢測、維修、運營管理密切相關，對處于露天和惡劣環(huán)境下的橋梁工程來說尤其如此。因為結構在設計壽命期內(nèi)各個組成部件具有不同的耐久性極限，為了保證結構的安全性和耐久性，在其使用期內(nèi)實施強制性的定期安全檢測，甚至加固或更換，才能保證結構在設計壽命期內(nèi)的功

17、能。這些后期的運營管理所搜集的資料，橋梁工程的設計有著重要的參考價值與借鑒意義。 </p><p><b>　　4.結束語 </b></p><p>　　綜合上述，橋梁安全性和耐久性是一項系統(tǒng)工程，作為橋梁結構設計人員，應綜合考慮才使得設計真正的合理、經(jīng)濟、安全、耐久，這些不僅要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法,還必須認真的總結找出更適合國情的一套設計方法和管理經(jīng)驗,從公

18、路橋梁設計以及結構體系和構造的角度等；做好耐久性和安全性。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]李宏毅、陳朝暉等，結構耐久性應用研究現(xiàn)狀綜述[J].重慶建筑大學學報，2009，(02). </p><p>　　[2]張寶全，淺析公路橋梁設計中的安全性和耐久性[J].黑龍江交通科技，2008，(04).