淺析橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性

1、<p>　　淺析橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性</p><p>　　摘要：我國(guó)橋梁正在擴(kuò)大規(guī)摸施工建設(shè)，許多情況卻面臨著嚴(yán)重的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性問(wèn)題，從而引發(fā)倒塌事故。這些不僅與施工不當(dāng)和管理不當(dāng)有關(guān)，也存在著設(shè)計(jì)中不關(guān)心橋梁安全性和耐久性的某些問(wèn)題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：路橋設(shè)計(jì)；安全性和耐久性；問(wèn)題 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U

2、445文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)橋梁設(shè)計(jì)提出的要求是適用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀。但是設(shè)計(jì)中考慮的強(qiáng)度多而耐久性少，重視強(qiáng)度極限狀態(tài)不重視使用極限狀態(tài)，而機(jī)構(gòu)的整個(gè)使用周期中最重要的卻是使用時(shí)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(hù)。實(shí)際上，目前的橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)于耐久性更多的只是作為一種概

3、念受到關(guān)注，既沒(méi)明確提出適用年限的要求，也沒(méi)有進(jìn)行專門(mén)的耐久性設(shè)計(jì)。 </p><p>　　1.國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題 </p><p>　　按照國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的要求是適用、經(jīng)濟(jì)、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(wèn)題。 </p><p>　　在規(guī)范中，具體的設(shè)計(jì)過(guò)程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來(lái)進(jìn)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(shí)的承載能力。設(shè)計(jì)基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)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(lái)考慮不確定因素下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲(chǔ)備，是一個(gè)半概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法?？梢哉J(rèn)為是對(duì)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(shí)應(yīng)力、裂縫和變形小于一定的限值 ，對(duì)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(xiàng)要求，但卻沒(méi)有經(jīng)濟(jì)、美觀的具體的指標(biāo)要求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，更多的設(shè)計(jì)是考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性較

5、少；重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用及狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)在整個(gè)生命周期中最重要的卻恰恰是使用時(shí)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(hù)。因此在國(guó)內(nèi)當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)于耐久性只是作為一種概念受到關(guān)注，卻沒(méi)有相應(yīng)明確的使用年限的要求或者專門(mén)的耐久性設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)傾向在某種程度上造成了當(dāng)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(guó)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(shì)；同時(shí)也不符合結(jié)構(gòu)狀態(tài)和綜合經(jīng)濟(jì)性（考慮結(jié)構(gòu)建設(shè)、使用、

6、維護(hù)等整個(gè)周期的費(fèi)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(guó)內(nèi)外若干座橋梁的突然破壞與倒塌事故，已使工程界對(duì)橋梁耐久性、安全性問(wèn)題倍加關(guān)注，施工過(guò)程中施工和管理水平欠規(guī)范(如野蠻施工和管理不當(dāng)?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(gè)方面: </p&

7、gt;<p>　　施工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問(wèn)題包括原材料質(zhì)量低劣和施土工藝不合格等；個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問(wèn)題；混凝土保護(hù)層厚度的控制不嚴(yán)，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(xì)骨料分布不均勻，混凝土振搗不密實(shí)；施工現(xiàn)場(chǎng)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;拆摸時(shí)間控制不好或支模、拆模方法不當(dāng)，也會(huì)引起早期裂縫

8、。 </p><p>　　2.2設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善 </p><p>　　在承認(rèn)施工存在問(wèn)題的同時(shí),也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問(wèn)題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)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(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。 </p><p>　　橋梁工程

9、是一個(gè)由許多結(jié)構(gòu)件組成的一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),各結(jié)構(gòu)件不僅本身要有足夠強(qiáng)度和耐久性，而且組合到整個(gè)橋梁中也要滿足全橋安全性和耐久性，目前一些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)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(guò)小，有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過(guò)大，強(qiáng)度要求過(guò)低，保護(hù)層厚度過(guò)小及構(gòu)件截面過(guò)薄和過(guò)大。這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性,會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求,但僅用了5年～10年就因

10、為耐久性出了問(wèn)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(shí)的一個(gè)安全問(wèn)題,設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。 </p><p>　　3.提高橋梁設(shè)計(jì)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(wèn)題 </p><p>　　橋梁在建造和使用過(guò)程中，一定會(huì)受到環(huán)境的影響及受到有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，也會(huì)承受車(chē)輛、風(fēng)、地震、

11、疲勞等人為因素外來(lái)作用。另外，橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)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(shí)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(lái)自構(gòu)造上（也即設(shè)計(jì)上）的缺陷。 </p><p>　　3.2樹(shù)立正確的橋梁工程設(shè)計(jì)理念 </p><p>　　隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)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(guó)際上稱之為

12、“超級(jí)工程”。這些工程的特點(diǎn)是：投資巨大，技術(shù)復(fù)雜，環(huán)境影響嚴(yán)重，襲擊破壞機(jī)率增大（風(fēng)、浪、地震海嘯、船撞、破壞等等）和維修、養(yǎng)護(hù)、加固難度大。因而，過(guò)去只限于設(shè)計(jì)、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(jì)七十年代后，國(guó)內(nèi)外專家在分析研究認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，除強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造時(shí)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(cè)、維修、加固的新技術(shù)，對(duì)不同工程結(jié)構(gòu)物的災(zāi)害和可接受的危險(xiǎn)水平和評(píng)估

13、進(jìn)行了深入研究，提出了耐久性設(shè)計(jì)的概念。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題也就是經(jīng)濟(jì)、合理的使用年限問(wèn)題，即結(jié)構(gòu)壽命期問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，在設(shè)計(jì)和建造階段就要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念：對(duì)設(shè)計(jì)工程師要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(qiáng)性，可控性及可持續(xù)性。工程師必須清醒承認(rèn)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(guò)20年，拉索的壽命僅10～40年，拉索的護(hù)套壽命不超過(guò)20年，鋼結(jié)構(gòu)的油漆保護(hù)最優(yōu)為20年

14、等等。只有對(duì)這些自身壽</p><p>　　3.3重視對(duì)疲勞損傷的研究 </p><p>　　橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會(huì)引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還會(huì)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(shí)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(huì)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(huì)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(cè)到，但其帶來(lái)的后果往往是災(zāi)難性的。疲勞損傷過(guò)去一直被認(rèn)為是鋼橋設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題，由鋼結(jié)構(gòu)疲勞引起的鋼材開(kāi)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(lái)，疲勞損傷的研究已進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)，但對(duì)于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)件的動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能的研究還需加強(qiáng)。對(duì)疲勞損傷的研究不僅僅指對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)而言，事實(shí)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(gè)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(qiáng)橋梁運(yùn)營(yíng)的全過(guò)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(cè)、維修、運(yùn)營(yíng)管理密切相關(guān)，對(duì)處于露天和惡劣環(huán)境下的橋梁工程來(lái)說(shuō)尤其如此。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)各個(gè)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(shí)施強(qiáng)制性的定期安全檢測(cè)，甚至加固或更換，才能保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的功

17、能。這些后期的運(yùn)營(yíng)管理所搜集的資料，橋梁工程的設(shè)計(jì)有著重要的參考價(jià)值與借鑒意義。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　綜合上述，橋梁安全性和耐久性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，作為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)綜合考慮才使得設(shè)計(jì)真正的合理、經(jīng)濟(jì)、安全、耐久，這些不僅要積極借鑒國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法,還必須認(rèn)真的總結(jié)找出更適合國(guó)情的一套設(shè)計(jì)方法和管理經(jīng)驗(yàn),從公

18、路橋梁設(shè)計(jì)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(xiàn)： </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(xué)學(xué)報(bào)，2009，(02). </p><p>　　[2]張寶全，淺析公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性[J].黑龍江交通科技，2008，(04).