橋梁設計中的安全性和耐久性淺談

周夏麟

摘 要：隨著社會經濟的飛速發展，出現在橋梁中的諸多質量問題成了社會關注的重點，其中橋梁安全性及耐用性是主要的研究對象，現代橋梁設計不能只看短期的效益，還要放眼長期的效益，也就是要同時考慮安全性與耐用性，另外追求美觀的同時還要控制成本。該文主要闡述了現代橋梁設計的安全性與耐用性，希望對以后的橋梁設計者有一定的借鑒意義。

關鍵詞：橋梁設計 安全性 耐久性 負載

中圖分類號：U442 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0064-02

在現代橋梁設計中，國內的相關技術人員認為橋梁設計時其強度的重要性高于其耐久性，兩者的考慮因素前者考慮較多，然而在實際工程中橋梁整體的穩定性表現最明顯的就是橋梁在工作時的耐久性表現；業主方通常是把大部分的資金投入到前期的建設上，完工后的保養維修撥款很少。目前，耐久性在我國的橋梁設計中只是一種概念的東西，還沒有真正深入研究，因為它既沒有在使用年限上被明確要求，也沒有對耐久性進行專門的設計。目前工程事故頻發、結構使用性能差、使用壽命短等這些不良后果在一定程度上都是由這些不良的傾向引起的，同時這些傾向也不符合現今工程界重耐久性、安全性、適用性的宗旨；還與我國奉行的科學發展觀理念相違背。

1 橋梁安全性、耐久性的影響因素

1.1 施工和管理水平

近些年我國頻繁出現橋梁突然倒塌等一些重大安全事故，這使得國家相關部門和業內人士對橋梁的設計關注度提高。通常我們會覺得出現較大的工程質量安全事故究其原因是施工方施工方法落后或是項目的管理系統出現腐敗現象。譬如橋梁道路突然的坍塌或是凹陷，多是由于工程質量未達到設計說明上的要求以及國家強制性標準，這其中涉及材料檢驗不合格就投入使用、施工技術落后不更新等。此外，國內部分工程由于管理者的麻痹大意，使得一些分包企業在施工作業時存在偷工減料的問題，這些都是橋梁工程在投入使用后事故發生的導火索。近些年，很多的橋梁都出現了在正常使用年限內橋梁的耐久性下降，這些和工程的質量水平都很大的關系。

1.2 設計理念和思路

現如今，對橋梁工程的事故原因已有所了解，總而言之在橋梁的設計上面，業內的技術人員還需要做很多的功課。橋梁的主體設計時，優先選用經濟合理的設計方案，然后再進一步去考慮橋梁結構和連接的科學合理性，同時調整設計參數以符合國家的強制性規范標準，保證結構主體的可靠性。見圖1。

多數的技術人員認為結構計算時只要滿足規范要求就可以了，未能對結構的材料、構造、后期保養等以及項目的各個過程中的不可預見問題予以重視，有些結構整體的完整性不足，多余部件過多；有些構件連接計算思路不清晰，導致部分連接點受力集中；有些混凝土的強度以及保護層厚度不滿足要求，這些影響因素都會對結構整體的耐久性造成很嚴重的不良影響。目前很多的橋梁設計圖紙雖然達到了規范里列出的強制性標準，但是正常使用年限內還是會出現耐久性問題。因此，相關的技術人員應當從結構的材料、構造上提出合理的改進措施。

2 現代橋梁設計的改進

對在橋梁設計中出現的安全性、耐久性問題，應當提出有針對性的解決措施，這樣才能提高橋梁的耐久性，增強其整體耐久性，保證橋梁在正常使用年限內不會出現質量事故。

2.1 橋梁設計理念

（1）提高橋梁設計水平。

橋梁設計單位應當每年組織幾次技術人員的培訓再教育，更新技術人員的設計理念，鞏固其理論基礎。除此以外，還應該組織設計人員去工地現場，了解工程實際情況，增加工程經驗，擴展一下設計思路。

（2）轉變設計思路。

隨著時代的發展，對橋梁的結構要求也越來越高，在橋梁設計時，不能拋開實際情況一味地去追求理論上的滿足要求。理論有時會滯后于實踐，在設計時多理論結合實踐，這樣設計方案才會更加科學合理。

（3）重視橋梁老化。

橋梁屬于室外工程，老化問題一直是橋梁的常見問題之一，在設計時應當多在設計參數的選擇上注意老化問題，降低老化的程度。

2.2 橋梁主體材料

（1）提高混凝土強度。

在橋梁耐久性問題上，橋梁主體施工所用混凝土的強度等級是一個重要因素，在合理范圍內提高混凝土的等級，是設計人員優先考慮的問題。通常情況下，混凝土在攪拌過程中水灰比的取值對混凝土的終凝強度影響很大，水灰比與混凝土的強度成反比。因此，在混凝土強度設計取值時，應當將水灰比的取值控制在合理的最小值，以增強混凝土的強度。此外，混凝土由于自身原因很容易在結構面上出現裂縫，使得外界的具有腐蝕性的物質進入混凝土內部，對鋼筋造成腐蝕作用，這會對橋梁的耐久性產生十分嚴重的影響，如果適當地提高混凝土的密實性，以阻礙外界腐蝕物質的進入速度，可以在一定程度上提高橋梁的耐久性。因此，在橋梁設計中，應當注意混凝土的強度、水灰比以及混凝土的密實度，盡可能降低混凝土裂縫的數量。

（2）選擇合適的水泥品種。

根據水灰比和具體的設計施工要求，在橋梁設計中確定選擇的水泥品種。不同品種的水泥化學成分不同，對混凝土的碳化有不同程度的影響，在混凝土配合比相同的情況下，礦渣水泥的綜合性能要好一些，能有效抑制混凝土碳化的速度。

2.3 重視橋梁負載能力的研究

在橋梁的結構設計中非常注重橋梁主體結構中材料的使用量，如鋼筋和混凝土等，這些材料直接影響著橋梁的負載能力。在橋梁的設計初期，相關技術人員就要計算出橋梁在正常使用下的負載值，以及極限工作情況下的負載值，兩者之間的差值應當控制在合理的范圍內，其關系到橋梁的質量標準。行駛在橋梁上的車輛給橋梁施加的是不間斷的動荷載，且動荷載的值隨著車輛速度的改變而不斷的變化，一旦車輛出現超速的情況，就會造成橋梁耐久性下降。通俗的講，車輛在行駛過程中會和周圍的空氣形成一個流場，在這樣的環流下，若是有其他的外界影響因素對橋梁造成破壞的話，橋梁的耐久性會大大下降。橋梁處在自然環境中，不免會受到各種自然災害的影響，加之車輛的違規駕駛必然會對橋梁的安全耐久性產生極其不良的影響。此外，還需要考慮到橋梁在施工時本身主體的密度分布不均勻，有些細小的安全隱患都將會給橋梁的整體穩定性帶來災難性的后果。

2.4 大型橋梁水交計算

橋梁跨度越長，其橋墩的數量也就越多，研究橋梁的耐久性，橋墩的研究也不可忽視。在橋墩研究這點，水流是一個突破口，在某個時間段內經過橋墩的水流量是橋梁結構設計中的一個關鍵參數，特別是在計算自然災害的出現概率上，比如出現洪水災害，如何盡可能地降低洪水經過橋墩時對橋墩的沖擊力，使橋墩的損害程度降到最低。因此，在橋墩的設計上，只有合理把握橋墩在空間上的位置分布，加之計算出水流的流向以及自然災害出現的概率，才能科學合理地進行水交計算。

3 國外橋梁的借鑒意義

由于國內的一些相關技術人員在借鑒國外的設計理念時，未能充分結合國內的實際情況，在工程應用上不能與施工工藝相適應，往往出現施工技術跟不上設計理念，使得橋梁的整體耐久性大打折扣，比如橋梁在使用一段時間后出現斷層式塌陷，橋面上出現了凹陷以及結構面上出現了細小的縫隙以及常見的橋頭跳車問題。這些問題的出現一方面是因為施工單位在施工過程中管理不善，質量控制不到位，另一方面是因為設計人員的設計理念沒有跟上。國內的設計理念有些地方確實不如國外，還是一味地照抄多數情況適得其反。橋梁的設計缺陷會對橋梁的正常使用年限造成十分不良的影響，因此，國內的設計人員應當端正態度，與時俱進，更新設計理念，在借鑒國外設計理念的同時結合國內工程的實際情況，認真做好設計工作。

4 結語

隨著社會經濟的發展，我們現在已不能單單追求工程的量，而忽視工程的質，也不能單單只考慮工程使用初期的可靠，而沒有考慮長久使用可能出現的問題。所以現在設計人員須對橋梁的安全性和耐久性問題予以重視，在結合國內工程經驗的同時，我們還應該積極借鑒國外成功的經驗和做法，除了做好施工期間的質量管理工作，還要在橋梁結構設計初期從橋梁設計理念和結構體系及構造著手來研究結構的耐久性以及評估其安全性。

參考文獻

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