关注桥梁设计的作用及努力的方向

林捷

摘要：优秀的工程源于透彻的前期研究和优秀的设计。工程项目前期的质量控制对整个工程质量是极其重要的一环。工程项目的质量目标和水平，通过设计得到具体化；施工图是施工的依据，设计工作的好坏，直接影响施工项目的功能、使用价值和结构安全。设计阶段的微小差错，就会给施工带来很大的麻烦，甚至出现质量事故。因此，要关注桥梁设计在整个工程中的重要作用。

关键词：桥梁设计隐患优化设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.我国桥梁作用及现状

我国幅员辽阔，大小山脉和湖泊纵横全国。作为交通枢纽工程的桥梁在建设四通八达的现代交通网，大力发展交通事业，对于发展国民经济，促进全国各族人民的团结，促进文化交流和巩固国防等方面都具有非常重要的作用。

改革开放以来，我国的桥梁建设事业迅猛发展，已建成了22.4万座公路桥梁，桥梁本身已经成为遍布城乡的一道风景线。另外，跨越大江、海峡的桥梁也相继修建，一般公路和高等级公路上的中桥、小桥、立交桥，形式多样，工程质量不断提高，为运输公路、铁路、高速公路等运输提供了安全、舒适的服务。

2. 国内现行规范对桥梁设计的要求

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，这些要求基本上包含了人们关心的所有重要问题。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。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。 3. 桥梁设计上存在的隐患

许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。不少桥梁,虽然满足了设计规范的强度要求,但仅用了5～10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足解决这一隐患已成为最现实的一个安全问题,设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。

4. 桥梁安全性、耐久性差的主要原因

（1）施工和管理水平低

国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。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。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；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。而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，典型的问题有钢筋保护层不足及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题（主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等）。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。

（2）设计理论和结构构造体系不够完善

在承认施工存在问题的同时，也不可否认，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。

许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求。规范再详细也不能包罗本应由设计人员解决的各种问题、规范更新得再快也适应不了新认识、新技术、新材料快速发展对结构提出的各种新的要求。因此，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。

5.需要改进和努力的方向

(1）应该更加重视结构的耐久性问题

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。在大跨桥梁领域，国内从上世纪80年代以来，修建了大量的斜拉桥；虽然迄今为止出现倒塌或严重损害的例子很少，但已经有多座桥梁因为拉索的耐久性问题而不得不提前换索，既影响了使用又增大了经济损失。

国外的桥梁设计有鉴于耐久性不足导致的严重损失，近年来十分重视提高结构物的耐久性并将其作为重要的设计原则，统一考虑合理的结构布局和构造细节，强调使结构易于检查、维修，以保证桥梁的安全使用、尽可能地减少维修费用，取得了较好的综合经济效益。实际上，国内外的研究和实践都表明，结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。

(2）重视对疲劳损伤的研究

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，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。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。

(3）充分重视桥梁的超载问题

汽车超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。前两种产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的增加；后者是车辆使用者违法超载营运，后两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。

结束语

我们在桥梁工程设计中,桥梁存在的隐患是十分关键的,必须根据具体的桥梁做具体的工程设计,还应该注意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。然而,影响结构耐久性的决定性因素是来自构造上(也即设计上)的缺陷却往往被人们忽视。所以,桥梁存在的隐患已成为迫切需要解决的问题,要积极借鉴成功的经验和做法,除了加强施工质量管理外,要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好防患设计。只有这样才能解决桥梁存在的隐患,保证桥的持久和耐用性。

参考文献：《公路工程技术标准》

《公路桥涵设计规范》

《道路刊测设计》张雨化编

《桥梁工程》姚玲森编