對路橋結構設計的分析探討

董利鵬+陳晶晶

摘 要：路橋作為國家基礎交通設施，在加快社會經濟發展和提高人民生活質量中發揮十分重要的作用。因此，路橋工程的設計可靠性和運營耐久性日益引起社會的關注和重視。路橋的結構設計是理論知識和實際工程經驗的結合，若結構設計不當容易引起路橋結構的不穩定性，進而影響路橋的安全性。本文主要分析探討路橋在進行結構設計時應注意的問題，并結合實際工程經驗，提出路橋結構設計的看法，以期能提供一些借鑒作用。

關鍵詞：路橋 結構設計 耐久性 可靠性

1、引言

隨著國家經濟水平不斷提高，作為國家基礎交通設施系統中的重要組成部分，路橋工程建設的可靠性、耐久性和安全性日益受到社會的關注。路橋的結構設計是路橋工程的基礎，是保障路橋使用的可靠性和耐久性的根本所在。路橋的結構設計是理論設計知識和實際工程經驗的結合。因此，總結以往路橋結構設計的經驗教訓，引入國內外先進的結構設計和實驗方法，結合路橋工程的實際施工情況，綜合考慮各種因素的影響，構建符合國情的路橋結構設計方法，這對提高路橋在使用中的安全性和可靠性具有十分重要的意義。

2、路橋結構設計中注意的問題

2.1結構設計的耐久性問題

路橋的結構耐久性設計是設計中應該重點考慮的問題，耐久性設計直接影響橋梁的質量。若路橋的耐久性設計沒有滿足橋梁的使用要求，可能會降低橋梁的使用效率，增加路橋的維護成本。

但在實際結構設計階段，有些設計人員因為對設計理論掌握的不夠深入，不能整體系統設計的角度出發，生搬硬套設計規范和標準圖示，忽視從結構構造、結構維護、結構耐久性、結構材料到路橋施工和使用全過程中經常出現的主觀和客觀錯誤因素，進而影響結構安全性和耐久性。同時，有些設計人員工程實踐經驗不足和缺乏主觀能動性，習慣用靜態的思維去解決設計過程中出現的各種技術問題。因路橋的使用壞境和使用條件不盡相同，其結構往往要求不同的布局和構造。再詳細的設計規范也不能代替設計人員解決各種實際問題，再新的設計規范也不能滿足不斷發展的新材料、新工藝和新技術對結構設計的要求。目前的設計被認為是靜態設計，通常過度強調設計建成時期的結構工作和服務能力，缺乏對因時間變化導致實際使用性能下降的認識和思考。同時，沒有從經濟性的角度出發，過多考慮建造成本，忽視橋梁的運營成本和使用壽命對應的成本。因此，除了滿足規范的要求外，合理可靠的結構設計還要對結構本性有著正確的認識。

2.2結構設計的可靠性問題

路橋的結構可靠性設計也是路橋結構設計中不能忽視的因素，可靠性設計直接關系路橋工程施工的質量和安全性。若路橋結構可靠性在設計過程中沒有得到保證，勢必危害橋梁的結構，在施工工程中容易引發安全事故，造成難以彌補的人員和社會損失。同時，路橋結構可靠性低將降低橋梁的使用壽命，提高維護成本。因此，在進行結構設計時，必須要保證橋梁的結構可靠性，從而保障橋梁的使用安全性，提高使用壽命，減少事故和額外的維護費用。

路橋結構可靠性設計是指，在結構承受外載荷和結構抗力的統計特征已知的情況下，根據規定的對象可靠指標，合理選擇結構截面的結合參數，以保證結構在規定的使用條件下和規定的使用時間內，其可靠性高于預先的給定值。我國對結構可靠性研究僅限于理論，且側重于可靠性設計方面，對于結構可靠性評估理論的研究比較落后。實際上，只有對現有路橋結構做出正確的可靠性評估，才能準確得到路橋的剩余壽命，進而保證路橋在后續使用壽命中的安全性，節省大量的維護資金。

最近幾年發生的大橋坍塌或局部破壞事故在一定程度上都是由構件疲勞損壞引起的，這反應了在橋梁設計階段，重視強度而忽視耐久性和，重視強度極限狀態而忽視使用極限狀態，重要橋梁的結構建造而忽視橋梁的結構檢測和維護，導致橋梁的承載能力變差，影響橋梁的安全運營，提高后期橋梁的維修費用。因此，對橋梁結構的可靠性設計是非常必要且不可或缺的。

2.3結構設計疲勞損傷問題

路橋的疲勞損傷也是路橋結構設計中不能忽視的因素。橋梁在使用過程中承受的載荷是因車輛載荷和風載荷引起的動載荷，這會在橋梁結構內產生變化的循環應力，從而引起結構振動和累計疲勞損傷。由于橋梁的建造材料是非連續均勻的，會存在很多微小的缺陷。這些微小缺陷會在循環應力的作用下，合并為較大的結構損傷，進而發展為宏觀的裂縫和斷裂。此外，路橋的疲勞損傷設計也不能只關注整體結構，對于路橋結構的關鍵部位，因更加注意局部的疲勞損傷設計。

2.4結構設計的超載問題

車輛的超載主要分為三種情況：橋梁超齡超負載運營，橋梁超設計車流量通行，行駛車輛違規超載。超載會引起橋梁的疲勞應力突然加大，容易引發結構破壞，或產生橋梁內部不可恢復的結構損傷，影響橋梁的正常載荷下的運營狀態，從而危害橋梁的安全性和耐久性。因此，在路橋結構設計階段，要綜合考慮當地的經濟情況，在計算載荷設計中，充分合理考慮超載外力，化被動適應載荷到主動適應載荷，從而有效提高結構的可靠性和使用壽命。

3、橋梁結構的可靠性設計方法

路橋的結構設計可以分為兩類方法：經驗安全系數設計法和概率設計法兩類。經驗安全系數設計法是按經驗將影響結構安全的各項參數取值，一般取規范規定的設計標準值或者平均值，并考慮會影響結構安全性的發生變化的參數，再通過載荷和結構強度計算，再選定路橋結構的安全系數X。概率設計法是把所有可能會降低結構安全性的參數設定為隨機變量，引入概率論和數理統計學中的數學工具來分析這些參數，或者通過可靠度分析，計算在設計使用期限內，結構滿足設計使用功能的概率。目前，概率設計法因其高可靠性和高效率，在世界范圍內得到廣泛應用。以發展進程進行來分，可靠度設計通常分為半概率設計法、近似概率設計法和全概率設計法。

3.1半概率設計法

半概率設計法是指在設計階段，分別從承載載荷和材料強度設計上使用概率設計的方法。但由于沒有從路橋結構的整體性出發，將載荷和抗力分開設計，缺乏對結構失效概率的計算，并僅引用工程經驗來確定各項安全系數。因此，半概率設計法屬于經驗安全系數設計和概率設計綜合方法。目前，我們大部分路橋設計規范都屬于半概率設計法。

3.2近似概率設計法

近似概率設計法是通過概率論和數理統計的方法，相對估計出路橋結構和構建截面的“可靠概率”，并通過數學工具，進一步估計該“可靠概率”。這種方法是基于概率理論的設計方法，但忽略了變量隨時間變化的關系，線性化復雜極限狀態方程，所以只能當做一種近似的概率法。當前，這種方法已經在我國進入實用階段。

3.3全概率設計法

全概率設計法是指在設計中，將如載荷、材料性能和尺寸等各項參數均使用隨機變量或者隨機概率模型來描述，通過數學計算，求得最優失效概率。該設計方法要求對理論知識掌握能力和對實際工程環境的了解程度都有很高的要求，因此還沒有得到廣泛推廣。目前僅應用在特殊重要的結構設計中。

4、結語

路橋工程建設中國家基礎交通設施系統中的重要組成部分，其可靠性、耐久性和安全性在經濟發展中起到了至關重要的作用。路橋的結構設計是理論設計知識和實際工程經驗的結合，從耐久性、可靠性、疲勞損傷、超載和運營環境的綜合角度出發，才能保障路橋運營的安全性和可靠性，延長路橋的使用壽命，降低路橋的維護費用，更好的為社會發展服務。

參考文獻

[1]杜敏，義軍.論路橋結構設計之我見[J].科技與生活，2010（14）：99-99.

[2]陳培.基于路橋結構設計的常見問題探討[J].現代工業經濟和信息化，2014，4（13）：91-93.

[3]劉杰.關于路橋結構設計的問題的探討[J].科技與生活，2010（6）：45-45.endprint