基于安全考慮的公路橋梁設計分析

李 俠，姜春磊

（威海市公路勘察設計院，山東 威海 264200）

橋梁在公路工程中占有很重要的地位。公路橋梁設計時，設計師需對工程力學非常熟悉，并有較高的設計水平。因為設計中稍有疏忽就可能帶來安全隱患，對公路橋梁的使用壽命產生影響，還有可能對人身安全構成威脅?；诎踩紤]，加強對公路橋梁的設計分析非常必要。

1 基于安全考慮的公路橋梁設計問題

1.1 橋梁結構設計的安全性問題

在公路橋梁設計中，尤其是有關橋梁施工與安全使用方面，還存在許多可改進的地方。進行結構設計時，橋梁結構方案的經濟合理是首要任務；在構件的設計分析中，選用規范指標與安全系數，是確保橋梁結構安全的重要保證。而在實際橋梁設計當中，多數設計者僅是滿足規范在結構強度安全方面的需要，在結構構造、體系與材料維護等方面，經常存在人為錯誤，會對公路橋梁結構安全產生重大影響。還有的橋梁設計出現受力路線與計算圖式不是很確切的情況，使得橋梁局部受力比較大，也會對結構安全性產生很大影響。

1.2 橋梁結構設計的耐久性問題

有些橋梁設計滿足了有關強度規范的要求，但在結構整體性以及延性方面表現不足，其冗余性較小。還有些砼的強度比較低，鋼筋太細，保護層的厚度太小，構件截面太薄，這些因素均對橋梁結構的耐久性產生影響，使橋梁在投入使用數年后就開始出現病害。因此，在設計時，結構耐久安全性也是必需要考慮的問題，可從材料與結構等方面入手，以加強橋梁結構的耐久安全性。

每個公路橋梁均有自身結構體系與地理位置，以及應用環境，在設計過程，設計師不能僅按照規范來套用有關的設計內容，這樣肯定會存在一些人為問題。隨著新材料、新科技與新工藝的發展，不論規范更新多快，也無法追趕快速發展的科技，無法有效適應新技術、新材料所帶來的影響，這要求設計師進行橋梁設計時，不僅要滿足規范要求，還應憑借設計人員在結構方面的豐富經驗與正確的認識判斷，更大程度地提高公路橋梁的設計質量。

2 基于安全考慮的公路橋梁設計措施

2.1 公路橋梁總跨徑與孔徑的確定

要確保公路橋梁的安全性，必須從安全角度出發考慮橋梁設計的合理性。對橋梁總跨徑的精準確定，需要依據可靠的地質水文資料進行綜合分析計算，并考慮總跨徑與兩邊公路間的銜接，確保橋下具有足夠排洪的面積。在橋梁設計時，還要考慮其經濟性，特別是橋梁長度，對公路工程成本具有重要影響。橋梁長度應根據基礎埋深與土壤性質，并基于河床可允許的沖刷深度，通過各方面的綜合考慮之后進行確定，在允許范圍內，可對橋梁總長度進行縮減，以盡可能降低工程投資總成本。對于橋梁孔徑，需依據泄洪要求來確定。在公路橋梁設計中，橋梁跨徑與分孔設定是很重要的，會直接影響橋梁施工難易程度與使用效果，并且還會影響公路橋梁總的造價成本。當橋梁多孔且孔徑較小時，其橋梁上部造價相對較低，下部造價要高一些；當橋梁少孔且跨徑大時，橋梁上部的造價就相對較高，下部墩臺造價相對少一些。在確定橋梁孔位與孔徑時，應選擇最合理經濟的標準，讓橋梁總造價向最低趨勢發展。

2.2 公路橋梁標高與橫斷面的確定

橋梁標高是橋梁設計中的重要數據。為確保橋梁下部的通航與排洪需要，需根據橋梁標高及洪水的水位凈空要求，并參考橋型跨徑，對橋道標高給予確定，再依據線路與地形要求，對橋梁縱斷面進行設計。在公路橋梁設計中，橫斷面確定是很重要的，橋梁設計師要對橋面寬度與橫斷面布置數據進行計算，以滿足通車與行人需要，這樣的結構設計才最為經濟合理。另外，為確保橋梁橋頭與線形引道平順及橋梁使用的舒適性，應從橋梁自身經濟方面進行考慮，制定科學合理的施工方案，以確保公路橋梁的施工質量與安全性。

2.3 加強對橋梁疲勞損傷的關注

公路橋梁結構會受到風荷載與車輛荷載的影響，這兩種荷載均為動荷載，會使橋梁內部產生應力變化，引發橋梁結構振動，并累積結構疲勞損傷。橋梁材料并非連續均勻的，存在較多細小的缺陷。在循環荷載下，微缺陷就會逐步發展，并形成損傷。材料當中會出現較大的裂紋，該裂紋如果未及時得到有效的控制，就會引發材料或者結構脆性的斷裂。在橋梁初期使用中，疲勞損傷是難以檢測到的，往往會帶來災難性后果。以前疲勞損傷被認為只是鋼橋設計中的關鍵問題，但隨著公路橋梁坍塌事故的不斷發生，疲勞損傷也在混凝土結構當中被關注。疲勞損傷并非僅指整個結構，有時一些關鍵位置出現局部疲勞損傷，也可能致使整個橋梁結構失效，如斜拉橋的拉索錨固疲勞損傷。

2.4 重視橋梁超載

在橋梁超載中，主要有原設計、車輛違規與老橋超齡負載運營等三方面的超載，在我國，車輛違規與超過原設計的車流量超載比較常見。橋梁超載會使橋梁的疲勞應力增大，加劇損傷程度，還可能會出現橋梁結構的破壞事故。并且因超載帶來的損傷無法恢復，會讓橋梁在正常狀況下，出現工作狀態的變化，危害其耐久安全性。如混凝土橋梁在車輛超載下，有可能出現開裂，即使荷載消除后，裂縫閉合，混凝土內部也容易出現損傷，其構件易開裂，彎矩也變低。為確保橋梁設計的安全合理，應借鑒國內外先進的設計經驗成果，加強結構性能的設計，主要包含裂縫、變形、美觀與振動等方面的分析設計，以確保橋梁在其使用壽命內，除具備安全性外，還有良好的耐疲勞、抗腐蝕等使用性能。

3 結語

隨著我國經濟的快速發展，公路工程規模和數量也不斷增加，橋梁相關工程也逐步增多。為確保橋梁使用壽命及安全性，除保障公路橋梁的施工質量外，還應強調公路橋梁設計的科學合理性。在橋梁設計時，應對可能存在的影響因素進行綜合分析，從安全角度，考慮橋梁所承受的風、車輛、超載與疲勞損傷等因素，以確保橋梁設計的合理性，提高公路橋梁使用壽命。

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