對提高橋梁設(shè)計(jì)安全性對策的探討

職海濤

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，安全性問題也受到了人們越來越多的關(guān)注。本文先闡述了橋粱設(shè)計(jì)的基本原則，再從多角度分析了橋梁安全性、耐久性不足的危害和原因，并提出了提高橋梁安全性、耐久性的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；安全性；措施

前言

隨著我國城市化進(jìn)程的逐步加快，對于橋梁工程建設(shè)飛速發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)安全性至關(guān)重要。本文作者對此做了一下分析與探討。

1橋梁設(shè)計(jì)的基本原則

橋梁是鐵路、公路或城市道路的重要組成部分，特別是大、中橋梁的建設(shè)對當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、國防等都具有重要意義。因此，公路橋梁應(yīng)根據(jù)所在公路的作用、性質(zhì)和將來發(fā)展的需要，除應(yīng)符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的要求外，還應(yīng)按照美觀和有利環(huán)保的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)等因素。

首先，從安全耐久來看。所設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定和耐久性方面應(yīng)有足夠的安全儲備；對于通行大噸位船舶的河道，除按規(guī)定加大橋孔跨徑外，必要時(shí)設(shè)置防撞構(gòu)筑物等；對修建在地震區(qū)的橋梁，應(yīng)按抗震要求采取防震措施；對于大跨柔性橋梁，尚應(yīng)考慮風(fēng)振效應(yīng)。另外，要做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原則；經(jīng)濟(jì)的橋型應(yīng)該是造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用綜合最省的橋型。設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮維修的方便和維修費(fèi)用少，維修時(shí)盡可能不中斷交通，或使中斷交通的時(shí)間最短。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)在因地制宜的前提下，盡可能采用成熟的新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料和新工藝。在注意認(rèn)真學(xué)習(xí)國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)、充分利用最新科學(xué)技術(shù)成就的同時(shí)，努力創(chuàng)新，淘汰和摒棄原來落后和不合理的設(shè)計(jì)思想。還有，要美觀環(huán)保。合理的結(jié)構(gòu)布局和輪廓是橋梁美觀的主要因素，一座橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，而且這種外形從任何角度看都應(yīng)該是優(yōu)美的。結(jié)構(gòu)布置必須簡練，并在空間上有和諧的比例。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求。從橋位選擇、橋跨布置、基礎(chǔ)方案、墩身外形、上部結(jié)構(gòu)施工方法、施工組織設(shè)計(jì)等全面考慮環(huán)境要求，采取必要的工程控制措施，并建立環(huán)境監(jiān)測保護(hù)體系，將不利影響減至最小。

2橋梁的安全性、耐久性差的原因分析

國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)普遍存在著耐久性和安全性不足、結(jié)構(gòu)正常使用性能差等問題。這些問題很難在短期內(nèi)得到根本解決，作為設(shè)計(jì)人員，必須要分析原因，要充分考慮現(xiàn)有的施工技術(shù)、施工水平，結(jié)合材料特性，才能制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方法來提高橋梁的使用性能。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對物質(zhì)生活要求越來越高，對橋梁工程的使用年限要求也越來越高。歐洲規(guī)范規(guī)定各種土木工程結(jié)構(gòu)物的使用壽命不得低于100年，美國規(guī)范將合理的使用壽命界定在75～100年。與國外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范相比，我國的公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的安全儲備并不低，但是由于實(shí)際運(yùn)營車輛的荷載水平超標(biāo)、施工質(zhì)量控制不力、工程項(xiàng)目得不到及時(shí)的養(yǎng)護(hù)管理等多方面的原因，出現(xiàn)了橋梁毀損的實(shí)例。

2.1設(shè)計(jì)理念比較落后，思考片面化，目光不夠長遠(yuǎn)

（1）路橋工程是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，是由很多結(jié)構(gòu)件組合而成的。設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)結(jié)構(gòu)件的安全性和耐久性是應(yīng)考慮的主要目標(biāo)和方向，而結(jié)構(gòu)的整體性往往容易被忽視，造成了整體安全性和耐久性的欠缺。

（2）隨著技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的新材料和新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代的路橋工程中。設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理論沒有及時(shí)更新，設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)思想的落伍是造成不安全因素的主要原因之一。

（3）設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，缺乏長期發(fā)展的眼光，靜態(tài)的傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維不利于設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的與時(shí)俱進(jìn)的作品。設(shè)計(jì)人員如果缺乏整體性的持續(xù)性的設(shè)計(jì)思維，設(shè)計(jì)作品就只能滿足現(xiàn)狀的強(qiáng)度要求，但是難以滿足長期的耐久性要求。

（4）為了控制和節(jié)約成本，設(shè)計(jì)人員往往過多地考慮節(jié)約造價(jià)成本，因此容易忽略設(shè)計(jì)的長遠(yuǎn)性，為橋梁質(zhì)量埋下隱患。

（5）設(shè)計(jì)中沒有能夠?qū)蛄涸诓煌沫h(huán)境和使用條件下的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行細(xì)致的分析和思考，設(shè)計(jì)對象和構(gòu)造布局呈現(xiàn)出單一化，往往只滿足于規(guī)范對結(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。工作中的重心停留在設(shè)計(jì)建成時(shí)期結(jié)構(gòu)的工作和服務(wù)能力，缺乏對橋梁實(shí)際使用過程中的性能表現(xiàn)的思考，更談不上提前預(yù)設(shè)劣化環(huán)境對橋梁性能的影響。

2.2施工的質(zhì)量控制不嚴(yán)

隨著多處橋梁事故的曝光，橋梁工程的安全性逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對已發(fā)生的事故做原因剖析可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)的事故都與工程施工質(zhì)量控制不力有關(guān)。具體包括工程材料的選購不合格，施工工藝不符合相關(guān)規(guī)定，施工管理不善等等，這些原因造成工程質(zhì)量無法達(dá)到有關(guān)規(guī)范的要求，為橋梁安全埋下了隱患。橋梁工程的材料應(yīng)該具有抗壓性好、輕便的特點(diǎn)，尤其是鋼筋混凝土的使用必須按照科學(xué)的比例調(diào)試。設(shè)計(jì)方案如果不能結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、氣候條件，如空氣濕度、地基松軟程度等，就會出現(xiàn)鋼筋保護(hù)層不足和目前廣泛出現(xiàn)的構(gòu)建開裂問題。水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力設(shè)置不合理等因素可能在短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生影響，但是必將影響橋梁的使用壽命，影響橋梁的安全性和耐用性。

2.3橋梁工程的監(jiān)督管理體系有待進(jìn)一步完善

橋梁施工需要專業(yè)人員做監(jiān)督管理，施工之前，橋梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系、結(jié)構(gòu)材料的使用在工程建設(shè)的全過程都需要專業(yè)技術(shù)人員的管理?，F(xiàn)實(shí)施工過程中，由于工作人員疏忽導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失實(shí)、結(jié)構(gòu)整體性和延長性不足，冗余性較長等問題就時(shí)有發(fā)生；此外，施工過程中的圖紙不明、混凝土的等級判定、鋼筋直徑、構(gòu)件截面的厚度等問題都需要專業(yè)人員的考核。任何環(huán)節(jié)的疏忽都有可能為橋梁的使用埋下隱患，影響橋梁的耐久性和安全性。

3提高橋梁安全性、耐久性的措施

3.1逐步健全設(shè)計(jì)規(guī)范

設(shè)計(jì)規(guī)范的健全是一個(gè)長期的過程，需要廣泛借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，尤其需要明確職責(zé)和權(quán)限，健全規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)是減少橋梁事故的根本措施，需要業(yè)內(nèi)同仁的長期一致的努力。

3.2不斷更新設(shè)計(jì)理念

國內(nèi)對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究始于20世紀(jì)90年代，在社會各界的關(guān)注和支持下，目前已經(jīng)取得了許多優(yōu)秀的成果。但是這些研究成果大多是從材料和統(tǒng)計(jì)分析的角度出發(fā)探究提高橋梁耐久性的方法，而對于結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)角度出發(fā)的改進(jìn)方法很少。國內(nèi)外專家通過多年的研究，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(xiǎn)水平和評估進(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)是綜合考慮了經(jīng)濟(jì)因素、使用年限要求以及設(shè)計(jì)規(guī)范要求的設(shè)計(jì)理念。在日后橋梁耐久性研究中，設(shè)計(jì)者需要不斷革新設(shè)計(jì)理念，理解新的設(shè)計(jì)理念的精髓，并不斷致力于研究定量化的橋梁耐久性設(shè)計(jì)方法。

3.3重視對疲勞損傷的研究

橋梁結(jié)構(gòu)所承受的動(dòng)荷載會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，從而導(dǎo)致橋梁的疲勞損傷。由于橋梁材料具有不均勻性、非連續(xù)性的特點(diǎn)，當(dāng)橋梁遭受非均勻的荷載作用時(shí)，材料的缺陷會逐漸發(fā)展，最終形成大的裂紋。如果裂紋得不到及時(shí)有效的控制，就很有可能發(fā)展成材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。早期疲勞損失很難檢測出來，但是其后果十分嚴(yán)重。多年來，疲勞損失一直是鋼橋設(shè)計(jì)的核心問題之一，近年來，疲勞損傷研究已經(jīng)逐步滲透到了混凝土結(jié)構(gòu)中，但是由于起步時(shí)間晚，研究水平十分有限，對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)。疲勞損傷的研究不僅對于關(guān)鍵部位，而且對于整個(gè)結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性都有重大的意義。

4結(jié)語

橋梁的安全性和耐久性研究需要長期的堅(jiān)持的努力，只有不斷借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)和方法，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制和監(jiān)督管理，不斷更新設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，才能做好橋梁的耐久性設(shè)計(jì)。