橋梁結構設計問題探討

甘慶麗

（新疆交通規劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

0 引言

橋梁結構設計不僅要求設計者具備豐富、扎實的理論基礎，還需要有一定的工程經驗，任何主觀經驗上的偏差都可能影響設計的準確性。目前，國內橋梁設計實踐中，結構強度問題一般都受到了重視，但結構的耐久性問題卻往往被忽視。耐久性與時間因素相關，短時間內是無法觀察到的，而耐久性一旦出現問題就難以解決，這就造成了耐久性問題在橋梁結構設計中比較突出。一旦出現問題，后期需要花費大量的資金進行結構維護，反而得不償失。結構使用性能偏差、壽命較短、工程事故接連出現等問題違背了工程界中普遍要求的耐久、適用、安全的原則，也不符合結構動態設計的理念。

1 橋梁結構設計現狀

前文所述問題的出現主要是因為我國的橋梁結構設計原理還不夠完善，設計重點偏向于橋梁施工過程中的安全性，對使用時的安全問題考慮不夠。人們在結構設計中往往會追求經濟、合理的結構形式，但卻忽略了更為重要的結構的連接，結構構造和維護，材料的耐久性等問題，同時施工過程中的人為錯誤也影響到了結構的安全，但是這些問題都沒能引起足夠的重視。結構設計中的各個因素都應符合規范的要求，并遵守安全制度，以保證結構的安全，這對于橋梁設計有著十分重要的意義。

2 橋梁設計中的注意事項

2.1 重視結構的耐久性問題

國內的設計人員經過多年的理論研究和工程實踐，在結構設計方面取得了一定的成果。但這些研究更多的是從材料和統計分析的角度出發，忽略了結構設計的改善對提高耐久性的作用。在實際工程中，由于受到環境等因素影響，耐久性已成為橋梁設計中需要重點考慮的問題，并且耐久性也時常因為施工工程中操作不當而降低。長期以來，設計人員更加重視計算方法的研究，卻忽視了從結構構造的細節上加以改善。常規的設計是一蹴而就地解決強度問題，但耐久性設計涉及到時間因素，需要動態地考慮，本質上與常規設計大相徑庭。耐久性問題關系到橋梁的長久使用和后期維護，需要引起足夠的重視。耐久性問題雖然在短時間內無法觀察到，但它是存在的，若等到問題出現后再補救，則比較困難。因此橋梁結構的耐久性設計對橋梁的長期安全和使用壽命具有重大的意義。

2.2 重視橋梁的疲勞損傷問題

橋梁結構由于其用途和工作場所的不同，主要承受車輛荷載和風荷載，這兩種荷載都是動荷載。在動荷載作用下橋梁結構內部會產生循環應力，這會使結構在循環反復的振動中不斷積累疲勞損傷。橋梁結構在施工工程中由于各種因素的影響而無法做到內部材料的均勻和連續，這其中隱藏著許多微小的缺陷。這些小缺陷在動荷載作用下會不斷發展成為大的損傷，當損傷積累到一定程度時會產生肉眼可視的裂紋。隨著裂紋的產生，很有可能在未來某個時間突然災難性地發生結構的脆性斷裂，其后果非常嚴重。因此為了避免災難的發生，要提前做好疲勞損傷的防治工作，對疲勞損傷的研究要給予足夠的重視，防患于未然。

2.3 重視橋梁的超載問題

橋梁的結構設計通常都是在符合正常使用要求的基礎上進行的，但在橋梁的實際運營中，橋梁荷載并非都是在設計的允許范圍內。因此選取橋梁荷載時，應考慮超載的防治措施。超載會使動荷載應力幅值增大，從而加劇損傷的產生和發展。由于超載造成的損傷超出正常設計要求，因而損傷的產生即使在超載消失后仍然無法恢復。更嚴重的是超載的突然出現可能會破壞橋梁的結構，引發嚴重的事故。超載會危害到橋梁結構的安全性和耐久性，因此需要加強對橋梁超載問題的研究。

2.4 重視橋梁結構的抗震性能

橋梁結構經常應用在地震區，地震作用會對橋梁產生損壞，并且橋梁結構設計中已經考慮到了動荷載的作用，因此可以在鞏固動荷載措施的基礎上，考慮橋梁結構的抗震性能，將兩者合二為一。對橋梁結構的抗震性能要求非常嚴格，必須保證橋梁的施工質量，任何細節方面的疏忽都可能成為隱患，比如：要在改進操作工藝的基礎上加強結構內部材料的整體連續性；要加強橋梁支座的錨固，并且墩臺和基礎結構的連接強度要有所提高；通過合理增加配筋，使結構有更好的延性；如果橋梁結構基礎中存在著不良土層時，必須采取措施替換或者加強；當橋梁結構中存在對抗震不利的薄弱環節時，需要采取結構構造措施進行處理。橋梁結構設計中考慮抗震性能，不僅能使橋梁的動荷載抵抗能力有所加強，而且面對地震災害時具備一定的防護作用。

2.5 重視環境保護和可持續發展

橋梁結構通常會在一定程度上對周邊環境造成破壞，包括水、空氣、植被、地形地貌等。隨著文明的發展，人們對環境越來越重視，因此在橋梁結構設計中要重視環境保護和可持續發展。設計中應對橋梁位置的選擇、橋梁跨度、基礎選型、施工方法等多因素做全方位考慮，追求對環境破壞的最小化。施工過程中盡量減少對植被的破壞，避免水土流失，做好防污染處理等，采取各種可行的措施最大程度地保護好環境，并將可持續發展理念應用到橋梁結構設計和施工中。

3 橋梁結構設計的研究方向

3.1 結構系統的可靠度分析

許多學者基于不同的研究理論從不同角度對結構可靠度進行了分析，取得了一定的成果。同時，一些學者還研究了系統可靠度界定的方法。總之，橋梁結構可靠度是一個復雜的課題，其中蘊含了豐富的內容，其研究具有一定的難度，需要專家學者不斷努力探索。

3.2 人為差錯的分析

橋梁結構中出現的很多問題是設計和施工過程中參與人員專業知識或者經驗不足產生的人為差錯所導致的，有許多工程失敗的案例都是如此。關于人為差錯的分析研究目前已經成為了研究重點。

3.3 在役結構的可靠度評估與維修決策問題

在役結構的可靠度評估與維修決策問題涉及的學科范圍廣，包括結構力學、斷裂力學、工程地質學等基礎理論學科。在這些理論的基礎上，這一問題的研究更關系到施工工藝、檢驗手段、建筑物的后期維護狀況等因素。

3.4 模糊隨機可靠度的研究

隨著對模糊數學研究的不斷深入，工程結構模糊隨機可靠度理論得到了不斷的發展和完善。科學、先進的理論基礎將對結構設計起到推動作用。

4 結語

隨著交通建設的快速發展，橋梁建設項目日益增多，研究橋梁結構的合理設計具有重要意義。鑒于此，筆者結合近年來從事橋梁工程設計工作的實踐經驗，對當前橋梁設計過程中常見的重點、難點問題進行了分析，旨在為同行提供參考。

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