橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性問(wèn)題研究

張明杰

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧省大連市 116024）

0 引言

橋梁是重要的交通樞紐，其設(shè)計(jì)的規(guī)程中，橋梁的安全性以及穩(wěn)定性都是需要關(guān)注的重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)對(duì)這二者有所忽視，將設(shè)計(jì)和建設(shè)的重點(diǎn)放在橋梁?jiǎn)蝹€(gè)構(gòu)建強(qiáng)度或是剛度上，這就使得橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則和實(shí)際之間存在的矛盾，設(shè)計(jì)階段存在問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的階段出現(xiàn)一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響橋梁的安全性和耐久性，為后期的使用造成一定的困擾。

1 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的耐久性和安全性問(wèn)題

1.1 設(shè)計(jì)理念落后

隨著全世界范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其建設(shè)水平的日益提升，當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程在不斷的完善，設(shè)計(jì)理念在不斷的更新。但是針對(duì)我國(guó)建設(shè)行業(yè)自身的發(fā)展情況及經(jīng)濟(jì)情況，對(duì)于新的設(shè)計(jì)理念還有設(shè)計(jì)流程的投入以及理念的更新方面還存在諸多問(wèn)題，因此在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)理念也相對(duì)比較保守，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，有時(shí)候問(wèn)題考慮也不全面，僅僅考慮到安全性，選擇更高安全系數(shù)的設(shè)計(jì)，卻忽視了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性。另外，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員對(duì)于設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化意識(shí)不足。

1.2 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不夠重視

當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)程中主要關(guān)注點(diǎn)放在成橋階段，各種計(jì)算主要針對(duì)的是橋梁結(jié)構(gòu)在建設(shè)完成時(shí)所具有的承載能力以及力學(xué)性能，具體到某個(gè)構(gòu)件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)不夠重視，認(rèn)為整體計(jì)算滿足規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)后就不會(huì)再出現(xiàn)安全問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程中時(shí)間緊任務(wù)重，需要設(shè)計(jì)人員全身心投入。在選取荷載的過(guò)程中不夠細(xì)心，存在荷載計(jì)算不夠準(zhǔn)確的情況。也存在荷載考慮不夠全面的情況，漏掉某項(xiàng)荷載。同時(shí)對(duì)規(guī)范規(guī)定的某些構(gòu)造規(guī)定不夠重視，例如鋼筋間距、混凝土保護(hù)層厚度的取值等，會(huì)給施工帶來(lái)一定的麻煩，沒(méi)有做到設(shè)計(jì)規(guī)范與施工規(guī)范的合理銜接。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素主要是鋼筋銹和混凝土碳化，這就需要在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 設(shè)計(jì)方案不合理

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要選擇在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都可行的設(shè)計(jì)方案，并且能夠符合工程施工的各項(xiàng)實(shí)際情況。選擇符合相關(guān)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)要求的安全系數(shù)來(lái)保障橋梁工程的安全性。但是在選擇橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的時(shí)候還存在諸多不足。有時(shí)為了追求美觀、追求結(jié)構(gòu)的特殊性、追求結(jié)構(gòu)的獨(dú)一無(wú)二，對(duì)工程的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料、橋梁工程的運(yùn)營(yíng)使用期間可能發(fā)生的一些人為因素、還有不可抗因素等考慮的相對(duì)較少。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，若橋梁結(jié)構(gòu)方案選擇不合理，橋梁所處的環(huán)境、實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況考慮不足，會(huì)在通車運(yùn)營(yíng)后留下安全隱患，同時(shí)也會(huì)大幅度增加工程造價(jià)，造成不必要的浪費(fèi)。有關(guān)耐久性的一些設(shè)計(jì)參數(shù)如果選擇不合理，也會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用，后期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

2 相應(yīng)的對(duì)策

2.1 提高設(shè)計(jì)意識(shí)，規(guī)范設(shè)計(jì)

為了做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步的提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性以及耐久性，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該進(jìn)一步的提升設(shè)計(jì)意識(shí)，摒棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中不合理之處，在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案制定的過(guò)程中，要綜合的考慮各種因素，不能僅僅是考慮其荷載問(wèn)題。除了重視該問(wèn)題，還應(yīng)該重視橋梁的使用壽命、同時(shí)，設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還應(yīng)該充分的考慮橋梁的施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等多方面的因素，同時(shí)運(yùn)用大量的室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)或是數(shù)值的及計(jì)算，來(lái)驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)的合理性，以此來(lái)保證橋梁日后投入使用之后，其安全性還有耐久性能夠達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)還有相關(guān)的規(guī)范規(guī)定。

做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性和耐久性問(wèn)題的預(yù)防，能夠有效的預(yù)防和改善一些橋梁安全性和耐久性問(wèn)題。由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)周期比較短，需要短期內(nèi)完成大量的圖紙，會(huì)存在在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中未能完全按著規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以在設(shè)計(jì)之初，要依靠相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的建立，采取規(guī)范化的管理措施去完善設(shè)計(jì)，對(duì)于相關(guān)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范也應(yīng)該加大監(jiān)管的力度，進(jìn)一步的促進(jìn)施工的質(zhì)量。另外，還應(yīng)該進(jìn)一步的提升相關(guān)設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)，為橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作能夠更加科學(xué)規(guī)范的展開(kāi)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 重視橋梁的疲勞損傷

橋梁在日后投入使用的過(guò)程中，難免會(huì)遇到各種問(wèn)題，影響其安全性和耐久性。橋梁結(jié)構(gòu)需要承受各種各樣的動(dòng)荷載及恒荷載，像溫度的變化、有害物質(zhì)的腐蝕、超載、地震等多重因素，這些人為因素和其他不可抗的因素會(huì)產(chǎn)生往復(fù)作用，會(huì)使得橋梁某些構(gòu)件產(chǎn)生疲勞損傷。結(jié)構(gòu)震動(dòng)以及疲勞損傷的長(zhǎng)期積累會(huì)嚴(yán)重影響橋梁的的使用壽命，所以要及時(shí)的對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行的診斷和處理，若是不能控制好橋梁正常使用極限狀態(tài)下的裂縫，就可能會(huì)造成鋼筋的腐蝕，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的承載能力，就會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。所以要重視這些問(wèn)題，除了要關(guān)注橋梁整體結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，還應(yīng)該關(guān)注個(gè)別構(gòu)件的疲勞損傷。綜上所述，重視橋梁的疲勞損傷，主要是重視兩個(gè)方面的內(nèi)容，首先是要重視橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件所存在的疲勞損傷；其次要重視的橋梁結(jié)構(gòu)在腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期受到腐蝕的鋼筋銹蝕問(wèn)題。

2.3 重視橋梁的超載現(xiàn)象

超載問(wèn)題同樣威脅著橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。目前城市建設(shè)還在高速發(fā)展，施工過(guò)程中汽車運(yùn)輸還是主要的運(yùn)輸方式，汽車的超載問(wèn)題比較突出，由于超載問(wèn)題出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷也是十分嚴(yán)重的，會(huì)威脅到構(gòu)件的承載能力。由于長(zhǎng)期的超載積累，會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)造成不同程度的機(jī)構(gòu)損傷，在進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程中，也會(huì)遇到很多的困難。所以即使橋梁在后期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的車流量進(jìn)行運(yùn)營(yíng)通車。避免由于橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的改變，影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性還有耐久性。由于橋梁結(jié)構(gòu)汽車荷載力的作用下，表面混凝土可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，荷載力沒(méi)有了之后，開(kāi)裂的情況會(huì)出現(xiàn)閉合，但是由于其內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了損害，混凝土構(gòu)建的開(kāi)裂彎矩已經(jīng)發(fā)生了改變，所以橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會(huì)受到嚴(yán)重的影響，基于此，橋梁結(jié)構(gòu)在正常車輛荷載的情況下，原先出現(xiàn)的開(kāi)裂或是裂縫較小的混凝結(jié)構(gòu)，都會(huì)出現(xiàn)較大的形變或是裂縫擴(kuò)張。

2.4 做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)之前，要做好各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作，不能盲目進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)之前，需要相關(guān)的工程師去做好的各項(xiàng)的勘察工作，進(jìn)入所要設(shè)計(jì)和建造的施工區(qū)域展開(kāi)實(shí)地勘察，明確地理地形情況，地下水的賦存情況還有氣候變化因素等等。同時(shí)也應(yīng)該綜合的考慮橋梁后期存在的維修和保養(yǎng)問(wèn)題，以及對(duì)其可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并將這些問(wèn)題都列入設(shè)計(jì)的思考范圍之內(nèi)，然后提前制定解決的預(yù)措施，以免日后出現(xiàn)問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)的解決措施。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁的安全性和耐久性是衡量橋梁質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在一些關(guān)于耐久性和安全性的問(wèn)題，需要采取相應(yīng)的對(duì)策，去不斷的改善存在的問(wèn)題，進(jìn)一步的提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和耐久，保障工程的質(zhì)量，為人們以及社會(huì)的生存發(fā)展創(chuàng)造更加有利的條件，推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)更好的發(fā)展。