橋梁耐久性設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　橋梁耐久性設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：本文利用耐久度來衡量結(jié)構(gòu)保持耐久性的能力，并通過計(jì)算耐久性指標(biāo)來評(píng)判某一時(shí)刻結(jié)構(gòu)耐久性能否滿足設(shè)計(jì)要求。這種方法強(qiáng)調(diào)了各種多因素共同作用、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)建荷載類別以及橋梁壽命周期經(jīng)濟(jì)性對(duì)耐久性的影響，具有概念明確、形式簡(jiǎn)單、便于應(yīng)用等特點(diǎn)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 橋梁結(jié)構(gòu) 耐久性設(shè)

2、計(jì) 可靠度 </p><p>　　中圖分類號(hào)：K928.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)橋梁數(shù)量不斷增多，也暴露出了很多相關(guān)缺陷和不足之處，有些橋梁因?yàn)闆]有達(dá)到設(shè)計(jì)初期預(yù)計(jì)的壽命而出現(xiàn)耐久性能退化的現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能發(fā)生倒塌等一系列毀滅性事故，這無疑給社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損

3、失。所以，橋梁耐久性能的不足和缺陷已經(jīng)被社會(huì)各界關(guān)注，提高耐久性將會(huì)是21世紀(jì)橋梁技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的重要因素之一。 </p><p>　　1.橋梁的設(shè)計(jì)原則與理念 </p><p>　　1.1橋梁設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　小至獨(dú)木橋，大至跨海大橋，它們的設(shè)計(jì)和制作都需要符合三個(gè)原則，安全、耐久、美觀。橋梁是架設(shè)在江河湖海上，使車輛行人等能順利通行的重要手段，確保橋

4、梁的質(zhì)量是首要任務(wù)。橋梁除了穩(wěn)固，還要耐久，這些都涉及都選材和設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。近年來，發(fā)生了幾起橋梁坍塌事件，這引起了人民對(duì)橋梁是否能正常使用，耐久性強(qiáng)弱的關(guān)注。橋梁建設(shè)涉及到人民生活是否得到保障，設(shè)計(jì)者、建設(shè)者及國(guó)家都應(yīng)該加大對(duì)橋梁建設(shè)的監(jiān)管力度，保證橋梁順利完成并正常使用。 </p><p>　　1.2橋梁設(shè)計(jì)理念存在的問題 </p><p>　　當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)日趨成熟，體現(xiàn)在更多的橋梁

5、安全通行，促進(jìn)了各地的交流。但是依然存在著一些問題，過于追求美觀，而忽視了橋梁的整體實(shí)用性。當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)成為建筑界的一個(gè)難題，也是一個(gè)重要的課題。設(shè)計(jì)新穎能讓人民眼前一亮，近幾年來，吊索橋，懸空橫跨大橋等不僅美觀，同時(shí)建設(shè)難度也不斷加大。只在乎外在而忽視了橋梁的實(shí)用性是不可取的，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)安全隱患。節(jié)省材料，造成建筑問題。混凝土是建筑橋梁的主要材料之一，由于材料不足，或質(zhì)量有問題，使橋梁的整體質(zhì)量和安全性較低，一方面是節(jié)省了不少費(fèi)用，

6、但是日后的修復(fù)和保養(yǎng)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期?？紤]到橋梁的強(qiáng)度而忽視了耐久性，考慮到橋梁最大承受力的極限而忽視了使用極限。一座橋梁不僅僅要考慮到可通行車間的多少，也要考慮到此橋能通車多久，如果一座橋梁建設(shè)后不到一年則出現(xiàn)了問題，即使它的損傷是具有可修復(fù)性，也會(huì)對(duì)人民帶來不便，一開始不注意耐久性的設(shè)計(jì)，橋梁完成后，再進(jìn)行設(shè)計(jì)修改是非常艱難的，浪費(fèi)了人力物力，也體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的建筑知識(shí)與能力還未成熟。重視建設(shè)過程而不注重后期的修復(fù)與維護(hù)，不注意后期的

7、修復(fù)與調(diào)整，使事故變成不可預(yù)知性，加大了事故的發(fā)生概率。 </p><p>　　2.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題 </p><p>　　我國(guó)共有公路橋梁310773座，共計(jì)12466143延米。截止2010年，我國(guó)各類橋梁數(shù)量如下表： </p><p>　　表1：我國(guó)各類橋梁數(shù)量表 </p><p>　　近三年全國(guó)的危橋基本保持在1萬余座，占永久性橋梁

8、的3-4%。橋梁營(yíng)運(yùn)過程中，由于頻繁承載，甚至超載，再加上自然因素（如雨、雪等）的影響，以及交通事故等人為事端的侵襲，會(huì)造成橋梁損傷和局部破壞。隨著使用年限的增加，橋梁的損傷種類和損傷部位會(huì)越來越多，其程度也會(huì)越來越嚴(yán)重。如果因設(shè)計(jì)和施工的原因，導(dǎo)致一座先天不足的橋梁，則運(yùn)營(yíng)中更會(huì)問題不斷，難以維持正常使用狀態(tài)。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題和養(yǎng)護(hù)維修工作越來越顯得重要。只有認(rèn)真地、不斷地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的病害進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修才能保持橋梁的各組成部分

9、處于健康狀態(tài)，確保橋梁抵抗自然災(zāi)害的能力。在保證安全運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，最大限度的實(shí)現(xiàn)和延長(zhǎng)橋梁的設(shè)計(jì)和使用壽命。目前，通過了解我國(guó)橋梁的現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)到我國(guó)橋梁的養(yǎng)護(hù)工作不僅浪費(fèi)者大量的人力物力，同時(shí)也造成了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)和交通服務(wù)上的不便。為徹底解決我國(guó)橋梁的耐久性問題，我們必須從橋梁設(shè)計(jì)階段開始重視橋梁的耐久性,認(rèn)真總結(jié)提高橋梁耐久性的方法,確保橋梁的耐久、適用。 </p><p>　　3.提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的主要設(shè)計(jì)方

10、法 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、后期養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營(yíng)維修等都是影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該說是最關(guān)鍵的，如果在設(shè)計(jì)階段就做到關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)合理選取、正確的取用規(guī)范、確定合理的設(shè)計(jì)條件，同時(shí)選擇合乎要求的混凝土和鋼筋材料，就能對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性做到總體的控制和把握。當(dāng)然，施工質(zhì)量是結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)保障，要求嚴(yán)格按施工技術(shù)規(guī)范和正確操作規(guī)程進(jìn)行，滿足設(shè)計(jì)要求。混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)要求在規(guī)范的時(shí)間內(nèi)

11、控制好構(gòu)件的濕度和溫度，嚴(yán)防混凝土出現(xiàn)早期開裂。提高結(jié)構(gòu)的耐久性需要采取綜合的措施，設(shè)計(jì)方面應(yīng)重點(diǎn)從以下方面考慮提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。 </p><p>　　3.1基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)可靠度方法的耐久性設(shè)計(jì) </p><p>　　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)源大致可分為兩大類：自然風(fēng)險(xiǎn)和人為風(fēng)險(xiǎn)。自然風(fēng)險(xiǎn)有地震及地震引起的海嘯、滑坡、山崩、泥石流、洪水等水文地質(zhì)災(zāi)害．臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)和颶風(fēng)、暴風(fēng)雪、嚴(yán)寒、酷熱等

12、氣象災(zāi)害：人為原因有設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤、施工管理的錯(cuò)誤和問題、施工操作的錯(cuò)誤等。從風(fēng)險(xiǎn)事故表現(xiàn)來看大致可以分為三類：①橋梁自身的質(zhì)量事故和質(zhì)最缺陷。②完成主體工程采取必要的臨時(shí)工程的事故而造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。③橋梁施工過程中出現(xiàn)的其它相關(guān)的事故。 </p><p>　　基于隨機(jī)動(dòng)態(tài)可靠度的耐久性設(shè)計(jì)方法是直接計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同時(shí)刻t的抗力效應(yīng)與荷載效應(yīng)兩個(gè)隨機(jī)過程，用蒙特卡羅法等方法水對(duì)應(yīng)時(shí)刻功能函數(shù)的可靠度，從而求出

13、混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)可靠度變化。從理論上講，這種方法很適合混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究。從強(qiáng)度降低的計(jì)算，某一時(shí)刻抗力效應(yīng)隨機(jī)變每計(jì)算、該時(shí)刻功能函數(shù)可靠度計(jì)算到最終回歸出動(dòng)態(tài)可靠度函數(shù)．每個(gè)步驟部可使用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這種研究思路屬于安全耐久性設(shè)計(jì)的范疇，與結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)十分相似?；炷辖Y(jié)構(gòu)耐久性失效的功能隨機(jī)過程為： </p><p>　　Z(t)=R(t)一S(t)；式中：R(t)為結(jié)構(gòu)抗力隨機(jī)過程，S(t)為結(jié)構(gòu)

14、荷載效應(yīng)隨機(jī)過程。 </p><p>　　3.2基于使用壽命的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法其本質(zhì)是基于構(gòu)件強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，強(qiáng)度是反映結(jié)構(gòu)在菜一時(shí)刻承受某種荷載或作用的能力，其基本輸入是結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)等結(jié)構(gòu)的固有特征，其輸出必須滿足外荷載效應(yīng)的要求，設(shè)計(jì)過程實(shí)際足對(duì)輸入?yún)?shù)的反復(fù)調(diào)整。耐久性是反映結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而保持其初始性能的能力，性能隨

15、時(shí)問的變化是耐久性的本質(zhì)特性，其基本輸入是結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)、時(shí)間及使用條件參數(shù)，其中。強(qiáng)度也是性能的一個(gè)重要組成部分。由此可見，耐久性設(shè)計(jì)的基本輸入恰好是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輸出，因此耐久性設(shè)計(jì)必須基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果，其設(shè)計(jì)過程是對(duì)橋梁的初始性能進(jìn)行調(diào)整以滿足時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)的要求，而橋梁初始性能的調(diào)整又建立在結(jié)構(gòu)基本幾何參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整的基礎(chǔ)上。所以，雖然耐久性設(shè)計(jì)是針對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間段的設(shè)計(jì)，而傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是針對(duì)某個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，但其最終的立腳點(diǎn)都在橋梁的

16、基本設(shè)計(jì)參數(shù)上；由于有些影響耐久性的因素并不影響某個(gè)時(shí)刻橋梁的承載力。因此兩者的影響因素并不完全相同，即使影響因素相同也存在著影響有利與不利的不同，及影響程度的不同，可以說二者是既有區(qū)別又有聯(lián)系。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語 </b></p><p>　　橋梁安全性和耐久性不足是當(dāng)代橋梁建設(shè)面臨的主要問題，要積極借鑒國(guó)外及歷史建設(shè)中成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，一方

17、面對(duì)做好橋梁建設(shè)的監(jiān)管，另一方面要提高設(shè)計(jì)者的能力，做好耐久性的設(shè)計(jì)。在專注于橋梁建設(shè)的強(qiáng)度與美觀之外，也要關(guān)注橋梁的耐久性，確保橋梁的安全性。根據(jù)國(guó)家當(dāng)前的發(fā)展路線，已經(jīng)堅(jiān)持環(huán)保節(jié)能，提高橋梁的建設(shè)價(jià)值，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，深刻領(lǐng)會(huì)加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.李芳.現(xiàn)代橋梁建設(shè)的耐久性

18、分析與設(shè)計(jì)[J]北京出版社.2011.9 </p><p>　　2. 張樹仁、王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì)[M].人民交通出版社.2006 </p><p>　　3. 劉秉京.混凝土技術(shù)[M].人民交通出版社.2004 </p><p>　　作者簡(jiǎn)介：1、張彥嶺（1983-），男，2008年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院工程力學(xué)專業(yè)。 </p><