浅析路桥设计中的安全性和耐久性

　　摘要：现在，国内的桥梁结构设计过程中，一般设计中考虑强度多而考虑耐久性少;重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现，是整个桥梁的关键，所以，我们要从设计和结果入手，对桥梁的结构耐久性进行研究。

　　关键词：桥梁、机构、耐久性、研究

　　(一) 路桥设计中耐久性设计分析

　　随着我国交通建设事业的迅速发展，对于桥梁耐久性问题应有未雨绸缪的思考，因而对其进行研究和采取相应的措施就应格外予以重视。其本质是在注意到“量”的同时，必须注意结构物“质”的飞跃和发展。国内现行规范对桥梁设计提出的要求是适用、经济、安全、美观。但是设计中考虑的强度多而耐久性少，重视强度极限状态不重视使用极限状态，而机构的整个使用周期中最重要的却是使用时的性能表现，重视结构的建造而不重视结构的维护。如果在现在的大规模建设中，不认真考虑结构耐久性问题，势必给将来带来不良的苦果。在最普遍的意义上，结构的耐久性就是指其维持初始性能(包括安全性、适用性及美观)的能力。从专业研究及便于量化的角度，结构的耐久性可更具体的定义为：结构在外界环境及其他因素(设计预期的正常荷载，对于突发性灾害事件不应多考虑)共同作用下，在同样(或等效的)的建设和运营维护总成本(寿命周期总成本)下，在设计使用寿命期内，保持预期的安全性、适用性的能力。即耐久性的内涵应包括耐久的长寿命及经济地耐久。在桥梁勘察设计方面，随着交通事业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。高速公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案设计中，将有可能利用结构优化设计理论，借助电子计算机选出最佳方案。在结构设计计算中，采用空间理论来分析桥梁整体受力已成为可能;以概率统计理论为基础的极限状态设计理论，将进一步反映在桥涵设计规范中，使桥梁设计的安全度得到科学合理的保证。桥梁美学作为时代、民族的文化在某些方面的反映，将愈来愈受到人们的重视：桥梁的面貌将蔚为大观。桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成,五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证.包括：桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础。桥梁具体的设计过程按承载能力和正常使用两种极限状态来进行。前者是控制结构在丧失服务能力临界状态时的承载能力、设计的基本原则是要求荷载效应不利组合的设计值，必须小于或等于结构抗力的设计值。利用荷载安全系数、材料安全系数及工作条件系数来考虑不确定因素作用下的结构总体的安全储备，是一个半概率的极限状态设计法。可以认为是对安全性要求的保证。后者控制结构在正常使用状态时应力、裂缝和变形小于一定的限值，对应于适用性的要求。

　　(二)桥梁耐久性差的主要原因

　　引起桥梁耐久性差的主要原因有以下几点：1、桥面铺装破坏严重。在车辆(尤其是超载、超限车辆)的长期作用下，尚未达到预期年限的桥面板经常出现凸凹不平或网状开裂等破坏现象。桥面铺装的过早破坏是世界范围的难题，特别是在气候寒冷需要采用除冰盐消除桥面积雪的国家和地区，因为氯盐侵蚀和冻融破坏的共同作用，桥面铺装寿命短、病害严重的情况非常普遍。桥面铺装损坏的问题在我国也非常严重，不仅在早期修建的桥梁中大量存在，而且国内近年来修建的几座特大型桥梁在运营不到5年就纷纷出现桥面铺装损坏的问题，另一方面讲，就是由于超载现象严重，会在结构内产生循环变化的应力,不但会引起结构的振动,还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的,实际上存在许多微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微小缺陷会逐渐发展、合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。施工单位偷工减料导致施工质量不过关，外多座桥梁的突然破坏与倒塌一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，出现了影响正常使用的病害与劣化;特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，这也与施工质量低下有重要关系，对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等，所造成的后果是非常严重的。3、结构与构造细节不合理。在许多施工单位中，由于结构与构造细节不合理导致在国内桥梁总体设计方案的比选过程中，一般由地质条件、施工方法、经济指标等因素来决定方案的取舍，而很少从耐久性的角度来进行分析和评价。例如采用预应力结构或钢筋混凝土结构，简支或连续，T型梁或箱梁以及跨径比例、断面尺寸的拟定等众多结构与构造问题，不但影响经济性，对桥梁的耐久J胜能也有很大影响，评价指标的缺失，可能导致中选方案的结构耐久性能不足，为运营后桥梁出现病害埋下了病根。4、设计标准低。我国公路桥梁荷载标准是经过多次修改逐步提高的，随着交通事业的发展，旧有桥梁的荷载标准不能满足当前汽车荷载标准的要求，由此可能导致桥梁耐久性加速劣化，并且由于经济及社会条件的限制，我国规范在桥梁性能及构造细节设计方面的要求一直较低，也在客观上影响了桥梁的耐久性。

　　(三)路桥结构耐久性的设计

　　桥梁在建造和使用过程中,一定会受到环境、有害化学物质的侵蚀,并要承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时桥梁所采用材料的自身性能也会不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。对于路桥结构的设计我们就要从以下几方面来进行：1、改善桥面铺装的抗疲 劳性能, 增强桥梁铺装与主梁的结合方式. 在设计中可以从以下几个方面来进行相应的改善, 桥面铺装混凝土中掺入钢纤维,可以明显提高混凝土的抗疲劳性能,减少开裂;在预制板顶 增设抗剪连接钢筋, 可以有效保证桥面铺装整体化混凝土与预制板紧密结合, 同时有利于桥 面铺装钢筋网的定位; 桥面铺装钢筋网采用冷轧带肋钢筋网, 可以有效提高铺装混凝土的强 度和保证施工质量.2、桥面防水层 桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线.不少设计中仅单一 采用防水混凝土进行防水. 由于防水混凝土属于刚性防水层, 一旦开裂后防水性能会大为下降.因此,建议采用采用防水混凝土与防水层相结合的双重防水型式,刚柔并济,可以有效 阻断桥面裂隙渗下的水,另一方面还可以加强上层沥青混凝土与下层钢筋混凝土的结合.3、主梁的设计。由于主梁是全桥的主要承力构件,一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析,重视程度 很高,从理论计算角度均能满足规范要求.可是在实际运营当中,主梁(主要是箱梁)箱体 内长期大量积水的现象时有发生, 甚至积水灌满箱体的情况也有发生, 极大地损伤了主梁的 预应力钢筋和普通钢筋,使得主梁安全性大大下降.究其原因,很大程度上是对于主梁细节 设计的不到位, 主梁排水构造设置不够完善, 桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶 裂隙进入箱体,进而在箱体内不断积累,最终形成箱体内积水.对于箱内水,必须要设置排 气孔,一方面可以使得箱体内外气温相近,减小局部温差效应引起的局部应力, 设计中须根据具体应力情况,对主要钢筋空间位置进行统筹考虑。所以，在设计的时候，应该要综合考虑才使得设计真正的合理、经济、安全、耐久，这些不仅要积极借鉴国外成功的经验和做法,还必须认真的总结找出更适合国情的一套设计方法和管理经验,从公路桥梁设计以及结构体系和构造的角度等;做好耐久性和安全性。

　　参考文献：

　　1、李宏毅、陈朝晖等，结构耐久性应用研究现状综述[J].重庆建筑大学学报，2009，(02).

　　2、张宝全，浅析公路桥梁设计中的安全性和耐久性[J].黑龙江交通科技，2008，(04).

　　3、张洪涛、魏华，BP神经网络在混凝土结构耐久性评估中的应用[J].交通标准化,2008,(08).

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文章名称： 浅析路桥设计中的安全性和耐久性

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