淺析橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性

1、<p>　　淺析橋梁設(shè)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(shè)，許多情況卻面臨著嚴重的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)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(guān)，也存在著設(shè)計中不關(guān)心橋梁安全性和耐久性的某些問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：路橋設(shè)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(shè)計提出的要求是適用、經(jīng)濟、安全、美觀。但是設(shè)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(gòu)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(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護。實際上，目前的橋梁設(shè)計中，對于耐久性更多的只是作為一種概

3、念受到關(guān)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(shè)計。 </p><p>　　1.國內(nèi)橋梁設(shè)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(shè)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(guān)心的所有重要問題。 </p><p>　　在規(guī)范中，具體的設(shè)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(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨

4、界狀態(tài)時的承載能力。設(shè)計基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)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(jié)構(gòu)總體的安全儲備，是一個半概率的極限狀態(tài)設(shè)計法?？梢哉J為是對安全性要求的保證。后者控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時應(yīng)力、裂縫和變形小于一定的限值 ，對應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，更多的設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護。因此在國內(nèi)當前橋梁設(shè)計于耐久性只是作為一種概念受到關(guān)注，卻沒有相應(yīng)明確的使用年限的要求或者專門的耐久性設(shè)計。這些設(shè)計傾向在某種程度上造成了當前工程事故頻發(fā)，結(jié)構(gòu)使用性能差、使用壽命短等不良后果；相反國際結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)狀態(tài)和綜合經(jīng)濟性（考慮結(jié)構(gòu)建設(shè)、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(guān)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(jié)構(gòu)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(zhì)量沒有達到規(guī)范和設(shè)計要求，典型的問題包括原材料質(zhì)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(dǎo)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(gòu)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(yù)應(yīng)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(shè)計理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計領(lǐng)域，特別是關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)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(jié)構(gòu)的安全性。 </p><p>　　橋梁工程

9、是一個由許多結(jié)構(gòu)件組成的一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu),各結(jié)構(gòu)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(shè)計人員設(shè)計時考慮片面，結(jié)構(gòu)的整體性、安全和耐久性考慮不夠，造成有的結(jié)構(gòu)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(gòu)件截面過薄和過大。這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性,會嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁雖然滿足了設(shè)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(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題,設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。 </p><p>　　3.提高橋梁設(shè)計中的安全性和耐久性的措施 </p><p>　　3.1成分重視橋梁結(jié)構(gòu)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(zhì)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)耐久性的決定性因素是來自構(gòu)造上（也即設(shè)計上）的缺陷。 </p><p>　　3.2樹立正確的橋梁工程設(shè)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(jié)構(gòu)物，規(guī)模巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)復(fù)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(shè)計、施工質(zhì)量的單一層面上去尋求結(jié)構(gòu)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(jié)經(jīng)驗教訓的基礎(chǔ)上，除強調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)在使用期間的檢測、維修、加固的新技術(shù)，對不同工程結(jié)構(gòu)物的災(zāi)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(shè)計的概念。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)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(jié)構(gòu)壽命期問題。為解決這一問題，在設(shè)計和建造階段就要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)設(shè)計理念：對設(shè)計工程師要求對結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)的振動，還會引起結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zāi)難性的。疲勞損傷過去一直被認為是鋼橋設(shè)計中的核心問題，由鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)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(jié)構(gòu)而言，事實上橋梁結(jié)構(gòu)常常由于某些關(guān)鍵部位的局部疲勞失效而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)，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(jié)構(gòu)在設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在設(shè)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(shè)計有著重要的參考價值與借鑒意義。 </p><p><b>　　4.結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計人員，應(yīng)綜合考慮才使得設(shè)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(jié)找出更適合國情的一套設(shè)計方法和管理經(jīng)驗,從公

18、路橋梁設(shè)計以及結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)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(jié)構(gòu)耐久性應(yīng)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(shè)計中的安全性和耐久性[J].黑龍江交通科技，2008，(04).