道橋設計技術(shù)的近況及改善措施

張青峰

摘要：當今社會，國內(nèi)對道橋設計技術(shù)的要求很嚴謹，特別是其安全使用性能和持續(xù)耐久性能在道橋建筑業(yè)內(nèi)已經(jīng)成為一種概念受到人們關(guān)注，既沒有對橋梁的使用壽命提出確切的要求，又沒有對其耐久性進行專門的設計。由于橋梁安全性和耐久性設計沒有受到設計師的重視，導致當前橋梁事故頻發(fā)、使用壽命短以及結(jié)構(gòu)性能差等問題的發(fā)生。因此，道路橋梁的安全性和耐久性設計成為現(xiàn)階段優(yōu)化橋梁設計的重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：道路橋梁設計；設計技術(shù)現(xiàn)狀；改善措施

1 道路橋梁設計原則

關(guān)于道路橋梁建設過程中，對于建筑用地資源是否合理利用，設計技術(shù)是否先進，是否尊重依靠實際，在很大程度上取決有道路橋梁設計水平和質(zhì)量，在進行道路橋梁設計時應堅持以下原則：1）嚴格執(zhí)行國家現(xiàn)行的道路橋梁設計規(guī)范以及國家批準技術(shù)標準；2）設計時要注意因地制宜，以節(jié)省建設資金為目的，在切實滿足建設要求的同時，就地取材，節(jié)約各種資源，縮短建設工期；3）在設計時，積極將設計標準化，盡量采用“可靠性設計方法”以及“結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計”等現(xiàn)代設計方法；4）積極采用新技術(shù)、新手段以及更加經(jīng)濟、合理的新材料。

2 道路橋梁設計近況

道路橋梁在設計時，不規(guī)范或者在施工過程中不注意施工質(zhì)量的控制，均會成為道路橋梁的安全隱患。道路橋梁的機構(gòu)安全性主要體現(xiàn)在橋梁結(jié)構(gòu)整體的牢固性以及構(gòu)件的承載能力兩個方面。橋梁結(jié)構(gòu)的整體性是指在橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部破壞時，要避免發(fā)生大規(guī)模倒塌，結(jié)構(gòu)安全性好的橋梁，能夠在應對地震、爆炸等災害時發(fā)揮較大的作用，能夠有效減輕災害的損失度。橋梁構(gòu)件的承載能力是指橋梁要具有承載一定車輛、地震、超載以及一些人為因素等外來作用力的能力，對橋梁承載能力造成最大威脅的就是負荷超載，負荷超載會造成橋梁承受應力變大，導致結(jié)構(gòu)破壞，還有可能造成橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷而不能恢復，使橋梁在正常負載情況下發(fā)生變化，橋梁的安全性遭到破壞。

橋梁結(jié)構(gòu)設計的首要目的是選擇經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)建和連接的設計，但是在實際設計工作中，關(guān)于橋梁安全性設計上存在許多問題，如在設計上，設計師態(tài)度不嚴謹，計算失誤等均會縮短道路橋梁的使用壽命，并出現(xiàn)安全隱患；設計人員常常只滿足于規(guī)范對強度計算上的安全度需要，對于橋梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)之間的連接以及結(jié)構(gòu)的維護往往被忽視；設計時對計算圖式以及橋梁受力路線不明確，造成局部受力過大的現(xiàn)象；設計師對橋梁結(jié)構(gòu)的整體性以及延性考慮不足，冗余性小。

2.1 道路橋梁耐久性設計

所有事物均有自己的壽命，道路橋梁也是一樣，如果不進行必要的維護工作，就會大大縮短道路橋梁的使用壽命。而在現(xiàn)實生活中，道路橋梁的耐久性常常被忽視，設計師往往將各種載荷作用下道路橋梁的結(jié)構(gòu)強度作為重點，道路橋梁的耐久性要求考慮較少，并沒有具體設計計算出道路橋梁的使用壽命。在道路橋梁實際建造和使用過程中，會受到各種各樣的環(huán)境因素、有害化學物質(zhì)的侵蝕以及各種人為因素的外部作用，導致到路橋梁結(jié)構(gòu)材料的功能不斷退化，影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。不少橋梁、雖然滿足了設計規(guī)范的強度要求，僅用了5～10年就因為耐久性出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。實際上關(guān)于道路橋梁耐久性設計方面存在一些問題，如混凝土等級強度過低，保護層厚度過小，橋梁結(jié)構(gòu)件截面過薄，鋼筋直徑過細等問題，均削弱了道路橋梁的使用耐久性。加之在道路橋梁使用過程，中對其結(jié)構(gòu)及功能也沒有做出全方位檢測控制，影響結(jié)構(gòu)的安全性，造成道路橋梁事故的發(fā)生。

3 道路橋梁設計改善措施

3.1 合理選擇道路橋梁的設計方案

合理選擇道路橋梁設計方案，能夠大大提高橋梁的安全性和耐久性。道路橋梁結(jié)構(gòu)設計的主要形式包括大跨徑橋梁和標準跨徑橋梁兩種。大跨度橋梁設計具有較強的個性特征，可以根據(jù)不同的控制因素實施不同的設計方案，與之相反的標準跨徑橋梁則具有較多的共性特征。由于標準跨徑橋施工方便、造價經(jīng)濟標準化，能夠預制裝配等優(yōu)點，在實際設計過程中常常選擇標準跨徑橋的設計方案。

3.2 科學選擇道路橋梁結(jié)構(gòu)材料

道路橋梁具有較強的安全性和耐久性的關(guān)鍵就是鋼筋混凝土的質(zhì)量及合理使用。鋼筋混凝土的質(zhì)量能夠直接影響到道路橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性以及耐久性?；炷恋哪途眯灾饕Q于混凝土的材料組成，其中影響較大的是水灰比、強度等級以及水泥用量等。設計時要嚴格遵守橋規(guī)JTGD62，其對道路橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的設計要求做了基本規(guī)定，明確規(guī)定了在不同的使用環(huán)境下選擇不同鋼筋混凝土的要求，對于混凝土耐久性影響較大的水灰比、最低強度等級、水泥用量、最大氯離子含量和堿含量等均作了明確的規(guī)定。因此，提高橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵一方面要加大混凝土保護層厚，以保護鋼筋免于銹蝕，另一方面要防止和控制混凝土出現(xiàn)裂縫。

除要遵照以上規(guī)范的要求進行設計外，還要采取構(gòu)造措施，從根本上控制和防止混凝土在使用和施工過程中出現(xiàn)大范圍的非工作裂縫。在實際中，提高水平防收縮鋼筋的配筋率和箍筋間距的規(guī)定，能夠有效防止和控制混凝土收縮裂縫的出現(xiàn)。

3.3 加強道路橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性設計

橋梁在使用和建造過程中，必然會受到各種外來因素的作用，如環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕、車輛、超載、人為因素、地震、風力等，同時橋梁自身結(jié)構(gòu)材料性能也會不斷退化，這些因素均會造成橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的損壞。尤其是大跨徑橋梁，很多大跨徑橋梁由于拉索的耐久性問題而不得不進行提前換索，這樣不僅影響了橋梁的正常使用，還會造成一些不必要的經(jīng)濟損失。因此，在進行橋梁設計時，提高對橋梁的安全性和耐久性設計的重視，有效避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，提高道路橋梁的使用壽命。

3.4 杜絕橋梁超載

道路橋梁超載情況有三種：第一，車輛違規(guī)超載；第二，早期修建的橋梁時間過長，常常是超載運營；第三，橋梁車流量超過原設計時的標準。其中，車流量超載和車輛違規(guī)超載在道路橋梁超載運輸中比較普遍，道路橋梁由于老齡化而負載運行以及車流量超載主要是設計載荷的變化以及交通量的增加兩方面使橋梁超載；車輛違規(guī)超載主要是由于車輛的使用者違法超載運行。道路橋梁超載運行一方面能夠引發(fā)橋梁疲勞，造成橋梁疲勞應力加大，引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)破壞事故的發(fā)生。另一方面由于超載造成橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷不可修復，導致橋梁在正常載荷下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，最終造成橋梁的安全性遭到破壞。

3.5 借鑒國外的優(yōu)秀經(jīng)驗和成果

現(xiàn)階段，我國橋梁在設計方面存在的問題主要是橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用方面性能較差，如橋梁的線形不平順、接頭容易跳車、振動過大以及結(jié)構(gòu)易開裂等，且存在橋梁安全性和耐久性問題。對于我國橋梁在設計上出現(xiàn)的這些問題，我們應當參考國外先進的橋梁設計技術(shù)，認真研究優(yōu)秀設計以及優(yōu)秀施工的經(jīng)驗?？梢圆杉{歐洲國家對橋梁結(jié)構(gòu)性能的設計經(jīng)驗，包括結(jié)構(gòu)變形、對橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的處理以及消除或者減小振動的方法、手段等，進一步增強橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性設計。

4 結(jié)語

綜上所述，橋梁的安全性和耐久性設計已經(jīng)成為決定橋梁質(zhì)量的關(guān)鍵問題，關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)造，結(jié)構(gòu)材料以及結(jié)構(gòu)維護等方面的問題需引起橋梁設計人員的高度重視。要積極借鑒國外成功的設計經(jīng)驗和施工方法，在設計上不僅要考慮建造成本，注重橋梁建成時的工作性能 ，還要重視運營期間的維護成本以及使用壽命相對應的成本效益，并且加強橋梁的設計理念及結(jié)構(gòu)體系的安全性和耐久性設計，加快推進我國道路橋梁基礎(chǔ)設施建設的健康發(fā)展。