路桥设计中的安全性和耐久性问题

黄良继

摘 要：随着经济社会的进步，我国的交通运输业得到了前所未有的发展，各种公路桥梁如雨后春笋般展现在人们眼前，为人们提供了极大的便利。然而，我国公路桥梁设计的发展历程尚短，还存在很多不足之处，给人们的生命和财产埋下了巨大隐患。因此，在我国经济高速发展的时期下，对公路桥梁设计中的问题进行分析探究异常重要。

关键词：路桥设计；安全性；耐久性

近年来我国经济快速发展，人们对出行的需求越来越多，带动了我国交通事业的快速发展，与此同时城市道路供给与运输需求的矛盾也日益尖锐，不少城市的道路桥梁已经很难满足日益增加的运输需求，出现超负荷疲劳运作的现象，加之部分车辆存在超载，道路桥梁病害问题时有发生。路桥病害的发生不仅缩短了其使用寿命，给国家和人民带来巨大的经济损失，还为交通运输安全埋下了隐患，近年来由于路桥坍塌造成的事故也时有发生。

1 路桥设计中的安全性和耐久性问题

1.1 桥梁施工单位整体水平不高

随着网络和电视对桥梁事故的大量曝光，工程界对桥梁耐久性、安全性问题倍加关注，而进行直接施工建设的施工单位整体水平不高，也是造成桥梁结构耐久性不足的重要原因。

1.1.1 随着市场经济的快速发展，市场竞争日益激烈，有的施工单位了能够中标，尽可能低的降低报价，导致低价中标，很难保证自身的经济效益，于是就很难保证施工质量；更多的时候，为了获得更多利润，一个桥梁工程分包给多个包工头进行控制，而各个分包的施工单位，人员素质普遍不高，施工质量参差不齐，相互之间的施工衔接不够，施工质量难以控制，这也是造成桥梁结构耐久性不足的一大原因。

1.1.2 施工单位在施工管理上，存在施工质量没有达到规范和设计要求，包括原材料质量低劣和施工工艺不合格等。在对原材料的进货渠道方面没有进行严格质量把关，导致一些原材料存在质量问题，更有甚者，存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题。而在施工工艺方面，一些施工单位在进行混凝土施工的时候，钢筋未作防锈处理，其间距疏密不一，粗、细骨料分布不均匀，混凝土振捣不密实；混凝土保护层厚度不均匀，容易出现露筋问题，导致钢筋出现生锈现象；另外在水泥标号选用方面、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理，缺乏相应的后期维护，导致混凝土结构出现裂缝现象，这些问题都直接影响到桥梁安全性、耐久性。

1.2 桥梁的设计理论和结构构造体系不完善

我们在进行桥梁设计的时候，指导思想就是选择经济合理的结构方案，在结构分析与构件和连接的设计中，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。这是因为在现实的桥梁设计中，更多的桥梁设计师更多的是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，会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，不同的使用要求，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，因此满足规范要求是仅仅不够的，还应该在此基础上，真正的让设计人员具有对结构本性的正确认识，这样才不会出现耐久性问题。

2 桥梁结构可靠性设计探讨

结构设计方法从可靠度理论来说，基本上可分为经验安全系数设计法和概率设计法两类。经验安全系数设计法，是将影响结构安全的各种参数按经验取值，一般用平均值或规范规定的标准值，并考虑这些参数可能的变异对结构安全性的影响，在荷载与强度计算中再取用安全系数x。概率设计法则是将影响结构安全的各种参数作为随机变量，用概率论和数理统计学来分析全部参数或部分参数，或者用可靠度分析结构在使用期限内满足基本功能要求的概率。当前的发展趋势是，结构设计正逐步由经验设计法向概率设计法转变。在目前阶段，按其发展进程国际上通常将基于可靠度的设计划分为3个水准，即水准I、水准Ⅱ和水准Ⅲ。

2.1 水准I—半概率设计法

这一水准设计方法的特点是，虽然在荷载和材料强度上分别考虑了概率原则，然而，它把荷载和抗力分开考虑，而不是从结构构件的整体性出发考虑结构的可靠度，因而无法触及结构可靠度的核心—结构的失效概率，并且各分项安全系数主要依据工程经验确定，所以称其为半概率设计法。目前我国大部分现行公路桥梁结构和路面结构设计规范所采用的设计理论都属于这一水准。半概率设计法基本上分为如下3个步骤：（1）按照概率取值原则确定极限状态函数中抗力变量值和荷载变量s的标准值；（2）半概率地（根据工程实际经验）规定材料设计强度及设计荷载；（3）由材料设计强度值计算出截面抗力R，由设计荷载计算出荷载效应，并进行判断。

2.2 水准Ⅱ—近似概率设计法

这是目前在国际上已经进入实用阶段的概率设计法。它运用概率论和数理统计，对工程结构、构件或截面设计的“可靠概率”，做出较为近似的相对估计。我国《工程结构可靠度设计统一标（GB50153—2008）及《建筑结构设计统一标准》（GB50068—2001）《铁道工程结构可靠度设计统一标准》（GB50216—94）以及《公路工程结构设计统一标准》（GB/T50283-1999）等采用的以概率理论为基础的一次二阶矩极限状态设计方法就属于这一水准的设计方法。虽然这已经是一种概率方法，但是，由于在分析中忽略了或简化了基本变量随时间变化的关系；确定基本变量的分布时受现有信息量限制而具有相当的近似性；并且，为了简化设计计算，将一些复杂的非线性极限状态方程线性化，所以，它仍然只是一种近似的概率法。不过，在现阶段，它确实是一种处理结构可靠度的比较合理且可行的方法。本书第三章将对此予以详细讨论。

2.3 水准Ⅲ—全概率设计法，对结构采用较精确的概率分析

对各基本变量，如荷载、材料性能、几何尺寸、计算精度等分别采用随机变量或随机过程概率模型描述，求得结构的最优失效概率直接度量结构可靠性。由于对基本变量的客观规律了解不足，采用全概率法还存在一定困难。目前仅对某些特殊重要结构如核电站等采用全概率法进行研究分析。结构系统的可靠度分析，许多学者对此从不同角度进行了研究，提出了一些概念和方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷载为FerryBorgesCastanheta组合情况下的计算方法问题；利用系统系数，针对结构各种破坏水平所对应的极限状态不同，计算系统可靠度并进行结构设计的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等，同时，一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之，系统可靠度分析研究内容丰富，难度较大。

3 结语

对桥梁结构的安全性和耐久性的研究，是保障桥梁长久安全使用的保障，不仅要加大施工管理力度，保证施工原材料的质量和施工工艺，还应该重点考虑影响桥梁安全性和耐久性的各种因素。加大桥梁安全性和耐久性的重视力度，重视桥梁机构疲劳损伤问题，和相关部分进行合作，严禁超载车辆的通过，这样才能从根本上解决存在的问题，还大众一个安全的通行环境。

参考文献

[1] 张卫民.试谈路桥设计中的安全性与耐久性[J].城市建设理论研究，2012（25）.

[2] 李平.桥梁设计中的安全性和耐久性研究[J].黑龙江交通科技，2013（01）.