市政橋梁設計的安全性和耐久性分析

文/周平 中國建筑東北設計研究院有限公司 遼寧沈陽 110003

1、市政橋梁安全性、耐久性較差的原因

1.1 橋梁設計結構構造措施不完善

總的來說，橋梁設計結構受到自然環境和外部因素的嚴重影響，因此在設計橋梁結構時必須考慮自然因素，橋梁設計結構的設計必須結合實際施工現場完成。但是在實際橋梁設計過程中設計人員往往過多的重視剛度問題，而忽視橋梁設計的安全性和耐久性，大多數的設計人員在進行橋梁設計時只是單個結構計算橋梁的整體耐久性，或是在設計中選擇的鋼筋混凝土強度并不符合實際要求，且鋼筋截面尺寸較小，難以達到相應的尺度，以上等因素都將影響橋梁設計的穩定性和安全性。

1.2 缺乏合理的設計方案及結構體系選擇

在市政橋梁設計中，我們要想提高設計質量，首先就應該選擇一個既經濟又合理的結構方案，采用規范的安全系數或可靠性指標，來保證結構的安全性，但是從目前市政工程橋梁設計的實際情況來看，很多設計人員在進行橋梁的設計時，大部分設計人員都只顧設計的獨特性和新穎性，而忽略了其安全性的設計標準以及結構構造體系，其設計指標往往只能滿足規范上對結構強度計算上的安全度要求，而不考慮從可能出現的問題方面去加強結構的安全性和耐久性設計，進而出現了有的結構整體性和延性不足、冗余性小，有的計算圖式和受力路線不明確而造成局部受力過大，有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄等，這些都嚴重影響了市政橋梁的結構耐久性，直接為工程的質量埋下了安全隱患，而且目前大多數設計人員都僅僅依靠規范。但針對不同的環境和使用要求，對于結構體系的選擇也是不一樣的，設計人員應該結合實際情況，選擇適合且合理的設計方案和結構體系。

1.3 施工和管理水平低

國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質量沒有達到規范和設計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

而大量的橋梁在遠沒有達到預期使用壽命時，出現了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問題，這也與施工質量低下有重要關系，典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在于施工現場的嚴重的構件開裂問題。這些施工上的缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產生明顯的影響，但卻會對結構的長期耐久性產生非常不利的危害。

2、提高橋梁安全性和耐久性的措施

2.1 從設計概念上強化耐久性

在現有的情況下，安全性已經在我國的橋梁設計中成為了關注的重點，并在結構設計的環節對橋梁的安全性能進行了大力的規范，在這種情況下，在設計環節將橋梁的主要重心放在了承載性能上，這樣一來就使得橋梁在結構上保證安全性能，但是依舊習慣性的忽視了橋梁的耐久性能。面對這種情況，必須要從理念上進行轉變，強化耐久性能在橋梁設計中的重要地位，理清耐久性能與安全性能之間的辯證關系，做好設計工作的整體規劃，強化橋梁結構設計的耐久性，只有保證橋梁的耐久性能，才能夠從根本上使得橋梁的使用壽命得到延長[3]。

2.2 合理選用高性能材質

材質的選擇也是提高結構耐久性的有效途徑之一，在選材時選用屈服性能高、強度高、韌性強、焊接性能良好、耐腐蝕性強的鋼筋將會使混凝土結構的耐久性大幅度的提高。在混凝土的選材上也要盡量選用性能較高的混凝土，面層混凝土選用環氧瀝青混凝土不僅可以提高橋頂路面的耐磨性和密實性，同時也能夠有效的提高路面的強度，減少對于內部結構的破壞。而對于處于水下的橋基礎部分，則應該優先選用抗滲性能良好的混凝土，如果情況特殊需采用硅酸鹽水泥，則水泥的標號應高于42.5，水泥含量要在370kg/m3，拌合時水灰比不應低于0.45。而對于現場拌合的混凝土則應該嚴格按照有害裂縫控制標準來制定配合比，如果施工過程需要選用堿性含量較低的水泥時，在集料的選擇上要避免選用堿活性集料，盡量減少含有氧化鎂、硫酸鹽的膨脹性集料，堿性物質如生石灰等也要盡量避免混入到集料之中。由于氯離子是造成鋼筋腐蝕的最大因素，因此在拌合混凝土時要保證氯鹽含量少于水泥含量的1%，且在施工過程中要密實振搗，且不采用蒸汽養護。

2.3 重視對疲勞損傷的研究

市政橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生循環變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。由于市政橋梁所采用的材料并非是均勻性和連續性的，實際上存在許多微小的缺陷，在循環荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合并形成損傷，并逐步在材料中形成宏觀裂紋，如果宏觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結構的損傷，早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的后果往往是災難性的。

結語：

耐久性能以及安全性能是橋梁的兩大命脈，只有把握好這兩個方面，才能夠使得橋梁得到根本上的優化。因此，在橋梁的設計環節中，應做好統籌規劃，并將關注的重點聚焦到這兩方面的問題上，這樣一來，才使得橋梁工程獲得明顯的改善。