對基于安全性和耐久性的市政橋梁設(shè)計(jì)初探

孫玉平 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽合肥230032）

市政道路是市政工程建設(shè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，而橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量又是直接影響市政道路工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在，同時(shí)也直接影響到城市道路交通出行安全，所以在市政道路橋梁工程建設(shè)過程中，必須重視橋梁工程安全性和耐久性設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)之初就需根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，同時(shí)考慮可能影響到橋梁安全性和耐久性的因素。按照當(dāng)前我國城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范來講，市政橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命應(yīng)保證在100年，但是從現(xiàn)實(shí)情況來看，橋梁本身設(shè)計(jì)因素以及外部環(huán)境因素的存在，使得橋梁工程結(jié)構(gòu)實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并且橋梁安全性也無法得到保障，以至于很多橋梁在規(guī)定使用期限內(nèi)就需重新修建，針對這種現(xiàn)狀，我們必須要強(qiáng)化市政橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和借鑒國外先進(jìn)設(shè)計(jì)施工理念，提升市政橋梁工程質(zhì)量。

1 影響市政橋梁安全性和耐久性的因素

1.1 橋梁本身設(shè)計(jì)方案不完善

市政橋梁設(shè)計(jì)方案質(zhì)量是影響工程安全性和耐久性最主要因素，例如一些設(shè)計(jì)單位仍然沿用傳統(tǒng)、陳舊的設(shè)計(jì)理念，沒有考慮到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市道路交通壓力上升等因素，不注重設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新。同時(shí)在現(xiàn)實(shí)的橋梁工程設(shè)計(jì)過程中，為了能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成橋梁工程設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)單位通常會(huì)為了趕設(shè)計(jì)工期而忽略設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新，無法順應(yīng)工程實(shí)際需求和建設(shè)發(fā)展要求。例如，設(shè)計(jì)單位在方案設(shè)計(jì)過程中忽視橋梁防腐蝕問題，所以在設(shè)計(jì)內(nèi)容中根本找不到這方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容。再加上設(shè)計(jì)人員本身不重視設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新，仍然使用傳統(tǒng)陳舊的設(shè)計(jì)理念。

1.2 橋梁工程疲勞損傷

市政橋梁工程主結(jié)構(gòu)基本上是混凝土結(jié)構(gòu)，而疲勞損傷是影響混凝土結(jié)構(gòu)的重要因素，所以在橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)中必須重視這個(gè)問題。例如橋梁動(dòng)載荷會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較大的裂縫，但是在工程檢驗(yàn)和后期的橋梁檢修過程中，這些裂縫是無法被檢測到的，或者說這些漏洞是人們經(jīng)常忽略的，久而久之，這些裂縫必然會(huì)影響到橋梁安全和耐久性。

1.3 缺乏較為完善的設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系

市政橋梁工程施工過程直接影響到工程質(zhì)量，縱觀國內(nèi)出現(xiàn)的橋梁工程質(zhì)量問題，大多數(shù)都是因?yàn)槿鄙俦匾臋z測監(jiān)督、施工單位降低工程標(biāo)準(zhǔn)，甚至是施工過程中偷工減料導(dǎo)致的。工程設(shè)計(jì)材料在很大程度上決定了市政橋梁安全級(jí)別和耐久性，而工程設(shè)計(jì)所選擇的結(jié)構(gòu)方案是否合理、結(jié)構(gòu)分析的深入程度以及相關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度又會(huì)直接影響到市政橋梁的安全性和耐久性，如設(shè)計(jì)方案是否合理、工程結(jié)構(gòu)分析程度、工程構(gòu)件、連接件等設(shè)計(jì)強(qiáng)度和穩(wěn)定性都會(huì)影響到橋梁工程安全性和耐久性，再加上一些工程設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)人員過于重視橋梁安全強(qiáng)度設(shè)計(jì)，進(jìn)而忽視橋梁結(jié)構(gòu)整體體系、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性和材料性能等級(jí)的作用，再加上施工過程中無法避免的一些環(huán)境、人為等因素的影響，都會(huì)對市政橋梁安全性和耐久性造成不利的影響。

2 提高市政橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)措施

2.1 重視橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

市政橋梁運(yùn)營過程中無可避免的會(huì)受到外界環(huán)境的影響，如自然腐蝕、地震、車輛超載等外在因素都會(huì)影響橋梁安全性和耐久性，所以設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須充分的考慮這些外在影響因素，根據(jù)工程所在區(qū)域選擇合理的結(jié)構(gòu)。具體來講，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要將橋梁和梁體鋪裝結(jié)合在一起，這樣可以改善橋梁的抗疲勞損傷，同時(shí)為了避免橋梁主梁受到水滲入影響，市政橋梁表面鋪裝層混凝土必須使用密實(shí)性較強(qiáng)的C30以上等級(jí)的混凝土材料，并且鋪裝層內(nèi)必須設(shè)置鋼筋網(wǎng)，這樣可以預(yù)防橋梁在投入運(yùn)營后由于可變荷載長期作用而造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂；其次主梁是橋梁結(jié)構(gòu)最主要的承載構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以根據(jù)主梁結(jié)構(gòu)來綜合布局，因?yàn)槿绻捎谥髁悍浪胧┎坏轿欢鴮?dǎo)致主梁浸透大量雨水，勢必影響主梁結(jié)構(gòu)承載力，所以為了避免這種隱患，必須做好主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，例如在設(shè)計(jì)階段事先在箱體內(nèi)設(shè)置排氣孔，保證箱體內(nèi)外溫差達(dá)到最小，最大限度的降低主梁結(jié)構(gòu)損害。

2.2 重視市政橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷設(shè)計(jì)研究

橋梁工程疲勞損傷是影響市政橋梁安全性和耐久性的重要因素之一，因?yàn)槭姓蛄好刻於夹枰休d較大的運(yùn)輸量，車輛運(yùn)行的反復(fù)荷載、風(fēng)荷載以及其他的人為因素都會(huì)導(dǎo)致市政橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生累積性應(yīng)力變化，久而久之橋梁結(jié)構(gòu)抗疲勞性能必然下降，最終導(dǎo)致橋梁工程結(jié)構(gòu)累計(jì)疲勞損傷破壞，再加上市政橋梁工程材料非連續(xù)性和不均勻性，所以很容易在循環(huán)荷載的影響下逐漸形成宏觀裂痕，出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)脆性破壞。針對這種問題，必須從工程施工選材入手，選擇使用耐腐蝕性強(qiáng)的混凝土材料，同時(shí)對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制和疲勞控制，將橋梁結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)作為市政橋梁設(shè)計(jì)的核心，從工程結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)入手，同時(shí)考慮到局部關(guān)鍵位置的疲勞設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)化工程結(jié)構(gòu)疲勞損傷設(shè)計(jì)研究。

2.3 保證橋梁工程結(jié)構(gòu)連續(xù)性和整體性

我國大多數(shù)的市政橋梁都可以歸屬于桿系結(jié)構(gòu)。所謂桿系結(jié)構(gòu)主要是由若干個(gè)桿件組合而成，這種工程結(jié)構(gòu)多用在土木、建筑、機(jī)械、水利等工程中，多個(gè)桿件匯交聯(lián)結(jié)處即為桿系結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)各個(gè)桿端之間不能出現(xiàn)相對線位移，也就是說橋梁整體結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)不必要的位移變化，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。除此之外，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須保證結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和整體性，這樣才能夠保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面均勻、平順的變化，這種設(shè)計(jì)既可以保證工程強(qiáng)度和穩(wěn)定性，也可以滿足工程美觀性要求。所以在工程設(shè)計(jì)階段，可以使用冗余設(shè)計(jì)，這樣可以保證橋梁結(jié)構(gòu)最大限度的抵抗局部變形損傷，同時(shí)針對事故撞擊、地震等外在威脅還具有較強(qiáng)的抗結(jié)構(gòu)倒塌能力。

2.4 市政橋梁抗載荷能力設(shè)計(jì)

當(dāng)前階段，隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代物流行業(yè)的發(fā)展對道路橋梁運(yùn)輸能力提出了更高的要求，各個(gè)地區(qū)間的運(yùn)輸量越來越大，運(yùn)輸工具越來越多，對于市政橋梁載重能力也提出了更高的要求。例如市政跨河橋梁上出現(xiàn)成群結(jié)對的大型運(yùn)輸車輛，勢必對市政橋梁結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)度是一項(xiàng)巨大的考驗(yàn)，所以橋梁抗高負(fù)荷承載設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

市政橋梁抗載荷能力設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員重視橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先可以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵部位設(shè)置對應(yīng)的減震裝置，例如粘滯阻尼器，借助氣彈性部件大幅度降低橋梁震動(dòng)過程中產(chǎn)生的動(dòng)能，最大限度的減少大型車輛過往、震動(dòng)等對橋梁主體結(jié)構(gòu)的損害；也可以設(shè)置鉛芯橡膠支座，使用力學(xué)性能良好的支座與橡膠的結(jié)合設(shè)計(jì)可以有效降低支座本身的硬性撞擊，提高橋梁主體結(jié)構(gòu)抗載荷能力。總的來講，市政橋梁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對橋梁車流量等情況進(jìn)行提前預(yù)估，事先計(jì)算出可能應(yīng)對的負(fù)載情況，然后借助緩沖部件設(shè)置來降低重載荷引起的橋梁結(jié)構(gòu)過大的壓力，最大限度的提高橋梁抗載荷能力。

3 結(jié)論

總之，市政橋梁工程安全性和耐久性會(huì)受到諸多內(nèi)外部因素的影響，現(xiàn)階段必須針對市政橋梁工程設(shè)計(jì)階段存在的問題，創(chuàng)新橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，同時(shí)在考慮地質(zhì)條件等現(xiàn)實(shí)情況的前提下，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，從橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、疲勞損傷設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，提高工程安全性和耐久性，為交通出行安全提供保障。