探讨桥梁工程设计中的安全性与耐久性的问题

张涛

摘要：近年来桥梁工程有了较为快速的发展，但还存在一些问题。本文主要从现阶段国内桥梁工程安全、耐久性的概括入手，分析耐久性不强的不利影响及原因，并深入探索提高桥梁的安全性及耐久性的一系列措施。

关键词：桥梁工程 设计安全性耐久性

中图分类号： U445 文献标识码： A 文章编号：

一、目前国内桥梁工程安全性耐久性的概况

最近几年, 国内由桥梁倒塌造成的安全事故频发,一连串的悲剧接踵而至。有调查结果显示,这些事故很多都是由于设计不合理或施工忽略质量所致。施工中不注重材料质量、工程腐败、设计及施工态度不认真等都很容易给桥梁埋下安全隐患。近年来桥梁的建设情况总结如下:桥梁结构的安全问题受到了一定重视,然而事故还在继续,桥梁的耐久性被忽视了,各种潜在的安全问题层层出现,缩短了桥梁的寿命。

现行桥梁设计的耐久性，只能被当作一个参考, 而并非具体计算出它应有的安全使用年限,针对桥梁的耐久性问题也缺乏实践分析。这在很大层面上就使得桥梁事故出现率高、结构性能差、耐久性也差,与国际上要求的桥梁结构的耐久与安全性建筑要求也不相符。

二、桥梁结构耐久性不强的影响

混凝土结构的耐久性主要表现为其对气候、化学及物理作用或者其它破坏因素的抵抗能力。通常, 桥梁结构耐久性不足容易出现以下几种后果: 混凝土方面: 开裂、侵蚀、碳化、磨损、破碎、渗漏、酥裂、溶蚀、碱-骨料反应、冻融循环破坏等；钢筋方面: 锈蚀、脆化、疲劳、应力损失等；粘接方面: 钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱、锚具的失效、注浆松散度大等。

三、桥梁安全性、耐久性差的原因

1、施工和管理水平低

国内外多座桥梁所出现的意外崩塌现象，让工程界重新关注了桥梁安全性问题。通常我们会觉得现在的工程事故是由于施工不规范，管理不科学所引起的。针对短期内出现的如意外破坏或倒塌，大部分是因为施工质量未达到要求，如材料强度不够和施工工艺水平低等；还有些桥梁施工时未保证材料质量，管理不合格，从而严重影响了桥梁安全。桥梁还未达到期望的使用年限就无法正常使用或者质量恶化，尤其是某些桥梁刚建没多久或者使用没多久就面临着耐久性不足之问题，这直接反应了施工质量水平不高，具体表现为钢筋锈蚀、保护层不足及现行施工现场的构件开裂等问题。施工中出现的缺陷在短时间内不会影响桥梁的正常，但时间久了，对桥梁结构的耐久性有很大损害。

2、桥梁设计所设定的耐久性设计要求过低

结构设计的前提是选择可行性强的结构方案，然后分析结构，设计构件和连接，再按要求选择合理的安全系数来提高结构的安全性。很多设计人员在计算结构强度方面，只会考虑安全性，而将结构体系、结构材料、结构耐久性及施工过程中可能出现的人为错误等抛之脑后。一些结构整体性不足，冗余性小；有些未明确计算图式及受力情况，使得局部受力加大；这些都会降低结构的耐久性，对结构的安全性有很大影响。一些桥梁实际上已经满足了设计规范的强度，但因为耐久性不足，桥梁使用不到十年，其结构就出现问题。结构耐久性是目前桥梁工作中常见的一个质量问题，设计时要分析其构造、材料等，注重提高其结构耐久性，尤其要重视桥梁施工及使用安全方面的问题。

规范的更新慢

钢筋保护层不够厚，混凝土强度低，钢筋直径过细、构件截面过薄是最突出的几个问题；所处环境不同，设计者及使用条件不同，桥梁的构造也会有所不同。规范更新的速度缓慢，无法满足结构方面关于新技术及新材料的新要求。所以，结构设计要合理，满足设计规范是前提，其次设计人员还应正确认识结构本性及使用环境，能够结合自身经验准确做出判断。

四、提高桥梁安全性、耐久性的措施

1、要正确理解桥梁的寿命期

工程建设已经开始由最先的只需满足载荷强度发展为既要满足载荷强度还应注重桥梁寿命的设计原则。这一变化符合国际上造桥所强调的寿命期标准。正确理解桥梁使用寿命,就必须先了解确定结构重要性的方法。如我国设计的公路桥梁通常是50年的使用寿命, 高速公路以及其他桥梁考虑是100年或者150年。不过这些寿命并不符合现实标准,还需通过模拟实验来验证。同时还要综合考虑寿命期确定后桥梁的设计、施工以及养护、管理等方面,将未来桥梁的寿命控制在预测范围内。

2、加大对结构的耐久性问题的重视程度

桥梁在施工及使用过程中, 容易受环境、各种化学物质的损坏, 同时也受到车辆、疲劳、超载等外来因素的影响,加上其自身建设材料的性能退化, 使得桥梁结构经常会出现不同程度的退化现象。在大跨桥梁领域, 我国上世纪20-80年代,斜拉桥建的比较多;到目前为止严重倒塌或出现安全事故的现象较少, 不过很多座桥梁由于拉索的耐久性问题而必须换索, 这也在一定程度上造成了经济损失。值得一提的是, 前面提到的这种问题跟耐久性设计是否合理有很大关系, 人们由此也重新认识了桥梁的耐久性问题。很多桥梁工程实例表明，桥梁的安全性及耐久性问题既包括施工和材料因素的影响,但其主要原因还是由于设计方面的不足所致。

3、重视桥梁的超载问题

汽车超载也有三种表现形式：第一，以往造的老桥超出使用年限而承受负载压力；第二，桥梁实际承受的车流量超出了预期范围；第三，车辆违规超载。第一和第二两种情况都是由于设计荷载的改变以及交通量加大所致；而第三种是由于车辆驾驶员不按照行车规范所致，第二和第三种现象在我国公路运输中很常见。桥梁的超载容易引起疲劳问题。超载会加大桥梁疲劳应力、损伤度也会增加，有时还可能出现因超载而带来的各种结构破坏状况。此外，超载后引起的桥梁内部损伤，其恢复难度大，打破了桥梁正常的工作状态，对桥梁的安全性及耐久性有很大影响。比如，我们通常觉得混凝土桥梁的耐久性足够强，然而汽车长期超载后，就会发现，桥梁容易出现开裂现象；开裂后即使愈合裂缝，并令其不再超载，不过此时混凝土结构内部还是无法复原，构件的开裂刚度降低了很多；在合理使用荷载情况下，原本不会开裂的结构开裂了或者裂缝程度超出了允许额度甚至变形，这就会影响结构的使用性能及耐久性，所以交管部门要加大管理力度，正视超载所产生的严重后果。而桥梁设计及建造部门要综合考虑桥梁结构耐久性，不管是设计还是现场施工工作，都应该尽量规避环境因素对混凝土和钢筋所产生的不利影响。尤其是氯离子较多的临海区域,更不能忽略起环境的影响力。桥面建造要保持一定的坡度，要安装排水管道,混凝土桥面板与路面层间要建立防水层,降低因水渗漏而对桥梁产生的破坏程度。

4、注重研究疲劳损伤

桥梁结构所承受的动荷载包括车辆荷载和风荷载两种，它们会在结构内自由循环荷载和变化，从而造成结构振动，同时也会造成结构的累积疲劳损伤。建造桥梁的材料并不均匀，甚至也有很大细微的缺陷，经循环荷载作用，这些缺陷就会集结起来形成损伤，最终使整块材料出现肉眼可见的裂纹。若无法及时控制这些裂纹，材料、结构的脆性断裂现象就极易产生。实际中前期的疲劳损伤很难检测出来，然而其所带来的后果却是非常严重的。疲劳损伤以往都被当作钢桥设计中的关键问题在处理，因钢结构疲劳造成的钢材开裂现象较为严重还有不少桥梁甚至因疲劳断裂而造成桥梁崩塌。最近几年，关于混凝土结构的疲劳损伤方面的研究越来越多，但对使用期间，钢筋混凝土构件的动态性能及疲劳性能的研究却比较少。研究疲劳损伤除了包括其整个结构，同时也包括桥梁结构中一些关键部位的疲劳失效问题，它们也会导致整个结构的疲劳损害，斜拉桥拉索锚就是最具代表性的一个例子。

5、积极借鉴国外的经验和成果

结构的适用性能差，达不到预期效果及要求是国内桥梁设计存在的主要问题。适用性能差,表现为桥梁振动性强、线形不平滑、结构开裂或变形严重等、耐久性及安全性差这几个方面。导致这些现象出现的原因既包括现行的桥梁施工质量及管理水平不合格, 但我们都知道，这种现状无法在短期内得到解决，因此工程设计人员必须把握好问题出现前的各个工序, 运用先进的施工管理技术,采取有利于保证桥梁安全度的设计方式来提高桥梁的使用性能, 变被动为主动，从而为解决桥梁结构出现的耐久性及安全性问题打下坚实的基础。

结语

桥梁工程设计中的安全性与耐久性问题较为突出，也影响了桥梁的使用年限及效果。因此，在桥梁工程建设中，必须分析桥梁安全性的主要原因及影响因素，汲取国外桥梁建设的相关经验，从而采取有效措施来提高桥梁的安全与耐久性，促进桥梁行业健康发展。

参考文献：

[1] 公路养护小修保养管理办法[M].2005.

[2] 曾应祝，《浅析公路桥梁设计中的安全性和耐久性》，工程建设，2010年

[3] 吕立坤，金丹，《试论桥梁设计的安全性与耐久性》，市政与路桥，2010 年第4 期

[4] 邱树才，《桥梁安全性、耐久性差的主要原因及改进措施》，工程技术，2009年