芻議橋梁建設(shè)工程中耐久性設(shè)計(jì)

高晨嬰

摘要：目前，橋梁安全性問題也已成為當(dāng)前社會(huì)各界廣泛關(guān)注的話題。在導(dǎo)致橋梁倒塌的諸多原因中，橋梁設(shè)計(jì)耐久性差成為最主要的因素之一。因此，能否正確認(rèn)識(shí)橋梁設(shè)計(jì)耐久性差的原因是保證橋梁安全性的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：橋梁建設(shè)；耐久性；設(shè)計(jì)

1橋梁結(jié)構(gòu)耐久的重要性

由于橋梁在建造和使用過程中會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化，因此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化。近三十年以來，在大跨橋梁領(lǐng)域修建了大量的斜拉橋，雖然出現(xiàn)倒塌或嚴(yán)重?fù)p害的現(xiàn)象很少，但已經(jīng)有多座橋梁因?yàn)槔鞯哪途眯詥栴}而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟(jì)損失。類似問題很多，一方面主要是由于沒有進(jìn)行合理的耐久性設(shè)計(jì)，大量的病害實(shí)例也證明，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設(shè)計(jì)及構(gòu)造上的缺陷。從上世紀(jì)90年代開始重視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究，也取得了不少成果。但是這些研究大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的，很少有人對(duì)如何從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的角度及如何以設(shè)計(jì)和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性研究。長期以來，人們又一直偏重于結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，卻忽視了對(duì)總體構(gòu)造和細(xì)節(jié)處理方面的關(guān)注。結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)與常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別，目前需要努力將耐久性的研究從定性分析向定量分析發(fā)展。實(shí)際上，國內(nèi)外的研究和實(shí)踐都表明，結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于橋梁的安全運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。

2橋梁耐久性差的主要原因

橋梁對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義，對(duì)推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用，但目前世界各地大規(guī)模的橋梁坍塌事件頻發(fā)，究其原因，筆者認(rèn)為主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的耐久性認(rèn)識(shí)程度和深度不夠。

一般而言，在橋梁的設(shè)計(jì)中，人們最關(guān)心的是橋梁的適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及美觀度，而對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性很少有人問津。這主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中最多考慮的是橋梁的強(qiáng)度，對(duì)于橋梁的耐久性卻很少考慮；第二，一般而言，在橋梁結(jié)構(gòu)的使用生命周期中，最為重要的是其使用極限，實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)：在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)新建成橋梁的承載強(qiáng)度極限比較重視，卻忽視了橋梁的使用極限，這是非常危險(xiǎn)的；第三，在橋梁施工前的設(shè)計(jì)中會(huì)充分考慮到各方面的需要，因此比較重視建造結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而很少考慮在以后的橋梁使用過程中如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)維護(hù)。正是在這樣的背景下進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)，才導(dǎo)致了當(dāng)前橋梁坍塌事故頻發(fā)、橋梁結(jié)構(gòu)使用性能下降、橋梁使用壽命縮短等嚴(yán)重后果，最終成為當(dāng)前橋梁建設(shè)事業(yè)發(fā)展的桎梏。

3橋梁設(shè)計(jì)面臨的問題

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。

許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性，有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性??；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄，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，僅用了5-10年就因?yàn)槟途眯猿隽藛栴}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。不同的環(huán)境和使用條件、不同的設(shè)計(jì)對(duì)象都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出不同的布局和構(gòu)造等方面的要求。規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本應(yīng)由設(shè)計(jì)人員解決的各種問題，規(guī)范更新得再快也適應(yīng)不了新認(rèn)識(shí)、新技術(shù)、新材料快速發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)提出的各種新的要求，因此，合理可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿足規(guī)范的要求外，還要求設(shè)計(jì)人員具有對(duì)結(jié)構(gòu)本性的正確認(rèn)識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)確的判斷。

4關(guān)于提高橋梁設(shè)計(jì)耐久性設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議

基于以上對(duì)目前我國橋梁設(shè)計(jì)耐久性差的原因分析，筆者認(rèn)為，要提高橋梁設(shè)計(jì)耐久性，就必須做好以下幾個(gè)方面的工作。

4.1 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，提高對(duì)橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耐久性重視程度。首先需要認(rèn)識(shí)到的是：橋梁經(jīng)過設(shè)計(jì)、建造并進(jìn)入使用的過程中，會(huì)受到周圍環(huán)境的影響（包括車輛負(fù)載、自然災(zāi)害以及人為因素等），而且橋梁建設(shè)中所采用的材料性能也會(huì)不斷地退化，最終橋梁各部分結(jié)構(gòu)將會(huì)造成不同程度的損毀。只有對(duì)橋梁耐久性問題有了正確的認(rèn)識(shí)，才能在設(shè)計(jì)時(shí)融入耐久性意識(shí)。就目前這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀來看，雖然自上世紀(jì)九十年代開始對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行了研究，但多停留在建筑材料與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析層面上，真正從結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的角度來改善橋梁耐久性的研究甚少。因此，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，提高對(duì)橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的耐久性重視程度和研究深度，成為改進(jìn)我國橋梁設(shè)計(jì)耐久性差的關(guān)鍵所在。

4.2 加大資金投資力度，引進(jìn)高新技術(shù)。對(duì)于橋梁工程施工而言，資金的投入在很大程度上決定其安全施工的進(jìn)程。只有加大資金的投入力度，才能為橋梁設(shè)計(jì)提供保障，才能減少橋梁事故的發(fā)生，從而為整個(gè)交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航；同時(shí)，要改進(jìn)橋梁耐久性差的缺陷，還必須依靠科技進(jìn)步帶來的先進(jìn)技術(shù)。在新的歷史時(shí)期，站在科技創(chuàng)新的制高點(diǎn)上，積極創(chuàng)建高質(zhì)量、高效率的施工工藝。要從實(shí)際出發(fā)，整合自身現(xiàn)有的資源，積極探索高新技術(shù)，充分發(fā)揮科技優(yōu)勢(shì)，探究橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)的新思路。在保證安全基礎(chǔ)之上的橋梁建設(shè)，才能符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，因此，在橋梁設(shè)計(jì)與施工過程中要以質(zhì)量達(dá)標(biāo)為基點(diǎn)，以安全施工為目標(biāo)，從而為交通建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造一個(gè)安全、和諧的發(fā)展環(huán)境。

4.3 建立一套完善的橋梁耐久性評(píng)估機(jī)制，對(duì)橋梁進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測與維護(hù)。正所謂“無規(guī)矩不成方圓。”由于橋梁的使用時(shí)間比較長，因此其耐久性在短時(shí)間內(nèi)難以真正評(píng)估。若證明一所橋梁的耐久性程度，必須經(jīng)過長期的監(jiān)測材料積累才能實(shí)現(xiàn)。目前在工程建筑領(lǐng)域使用比較廣泛的一種評(píng)估方法叫做“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估法”，該方法根據(jù)工程建筑監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性進(jìn)行綜合的評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測出其在今后的使用過程中可靠性的下降情況，最終對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評(píng)級(jí)。鑒于此，筆者認(rèn)為橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段，也應(yīng)當(dāng)建立一套結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估體系與技術(shù)指標(biāo)，將橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估結(jié)果直接納入到橋梁整體驗(yàn)收評(píng)審的內(nèi)容范圍之中。同時(shí)，還要注意橋梁日常使用過程中的耐久性監(jiān)測與維修，監(jiān)測不能只流于形式，而是要有針對(duì)性、注重實(shí)效性。只有建立一套完善的橋梁耐久性評(píng)估機(jī)制，才能做到防患于未然。

5結(jié)束語

橋梁設(shè)計(jì)中的耐久性問題已經(jīng)是業(yè)界的常見問題，對(duì)此，應(yīng)該引起足夠的重視。在構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的今天，能否正確認(rèn)識(shí)橋梁設(shè)計(jì)耐久性差的原因，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)策略成為保障社會(huì)長治久安的關(guān)鍵。橋梁設(shè)計(jì)耐久性是關(guān)系到國計(jì)民生的大事，在構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的今天，我們只有認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并積極借鑒國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，才能保障我國的交通建設(shè)事業(yè)的順利發(fā)展。

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