市政橋梁設計的安全性和耐久性分析

余勇繼

（中交公路規劃設計院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽550000）

0 引言

目前，雖然我國各城市基礎設施中橋梁所占的空間較小，但承擔了比例較大的城市交通流量，在城市的經濟發展、文化建設、魅力提升中發揮著重要的作用。在城市化進程不斷推動的形勢下，市政橋梁因重施工輕養護、重外觀輕結構，未充分考慮結構的耐久性、使用年限等原因，使得諸多橋梁在未達到使用年限時，就出現了結構使用性差、需維修和加固的工程量增多等不良后果。因此，在新形勢下，如何提高市政橋梁設計的安全性和耐久性已成為眾多橋梁設計人員的工作重點，需予以充分的重視。

1 市政橋梁設計的現狀

為了適應社會市場的需求，將安全性、審美性、實用性和經濟性等設計理念應用到市政橋梁設計中，已成為市政橋梁的主要發展趨勢。從大量的市政橋梁設計實際來看，在設計中考慮的實際強度較多而耐久性卻相對偏少，造成橋梁設計過于重視承載能力極限狀態，而忽略了正常使用極限狀態，而這一點又直接決定了橋梁設計的使用壽命和使用性能。在工程具體設計中，僅將耐久性作為一個系統性的概念，但未能從材料、結構設計和施工工藝等方面確保結構措施的耐久性，同時對市政橋梁的使用目標、使用年限和維護標準并未作出明確規定，進而增加了橋梁安全事故的發生率。

2 影響市政橋梁設計安全性和耐久性的因素

2.1 設計方面的原因

在橋梁設計中，為了確保設計人員能夠切實考慮到影響結構完整性的因素，有必要開展一個全面的關于安全性和耐久性的技術試驗。但在實際工作中，由于設計人員專業技能水平和工作經驗有限，未全面掌握和理解橋梁設計中所涉及的理論和計算工作，導致其在對橋梁設計的強度上要求較低或局部受力大，進而造成橋梁的耐久性、安全性較差。橋梁施工和設計是一個動態的過程，故針對設計工作中遇到的技術問題，要求設計人員做到具體問題具體分析，但在具體的設計工作中，設計人員和技術人員習慣采用常規思維來考慮問題，導致橋梁的設計施工與實際需求不一致，缺乏系統的整體性能。

2.2 施工管理方面的原因

（1）在市政橋梁實際施工中，未安排安全監管工程師對項目建設安全情況進行監督，且安全生產責任人也未明確。（2）設計人員和施工人員的安全施工意識薄弱。（3）由于設計工作中缺乏相應的信息管理平臺支撐，導致項目中所涉及的資源整合和優化問題無法跟進。（4）技術質量管理中的錯位、越位和缺位現象較嚴重。（5）設計人員和技術人員的交底工作未到位。（6）總承包單位、分包及供應商等的合同定位和職責等尚未明確。

2.3 維檢方面的原因

車輛超載主要分為三種情況：一是老橋在超年限的狀態下運行，這是因設計負荷變化引起的；二是橋梁實際交通流量超出原設計量，是由交通量增加造成的；三是車輛非法超載，這種情況是由駕駛員非法超載行為引起的。橋梁的日常維檢工作不到位，一方面會擴大橋梁的疲勞應力范圍，進而引起結構性損壞事故；另一方面易造成橋梁結構出現開裂，進而對橋梁的安全性、耐久性等構成威脅。

3 優化橋梁設計安全性和耐久性的措施

3.1 加強市政橋梁的安全性設計

（1）重視橋梁的疲勞損傷問題。在規劃與設計橋梁的過程中，首先應做好地質地貌、水文特征等條件的勘察工作，以便設計人員能在初期工作中辨別可能導致疲勞損傷的因素，并采取有效措施控制這些不良因素對橋梁的影響，進而確保橋梁設計的科學性、合理性。（2）提高橋梁所能承受的最大荷載能力。利用現代化的施工設備、施工技術和施工工藝對橋梁的結構應力進行全面分析和研究，以盡可能地減少疲勞損傷對橋梁造成的影響。（3）加強對設計施工的管理。一方面應強化新型的建筑材料、施工技術等在橋梁設計中的應用；另一方面設計人員也應緊跟時代發展步伐，不斷學習新的設計理念和設計方法，進而逐步提升自身的設計質量和能力，確保設計方案能與實際的現場環境相適應。

3.2 加強市政橋梁的耐久性設計

（1）水泥是構成混凝土的重要材料，其質量直接影響到混凝土最終承受的強度及投入使用后的穩定性。比如粉煤灰水泥與硅酸鹽水泥因化學成分存在差異，這就使得這兩者的強度和穩定性也存在不同，故將其投入項目建設使用中后對橋梁施工質量造成的影響也會有所區別。因此，應結合橋梁施工區域所處的環境、溫度及水文特征等條件選擇水泥。（2）在攪拌水泥的過程中，應根據實際情況添加外加劑，以減慢混凝土碳化的速度。（3）控制水灰比的科學性。針對高強度混凝土，其所需使用的水灰比指標較小，若混凝土的水灰比過高，則會導致混凝土的密實度和強度達不到要求，使得外部環境中一些具有腐蝕性作用的氣體進入橋梁內部結構中，進而對混凝土結構和橋梁結構質量等造成不利影響，故需嚴格控制水灰比，按照要求確保混凝土強度和穩定性。表1為混凝土含氣量。

表1 混凝土含氣量一覽表 %

3.3 加強市政橋梁結構的疲勞損傷研究

市政橋梁結構在車輛荷載、風荷載、地震、人為因素等作用下，一方面會導致橋梁結構內部的疲勞性應力不斷積聚，進而引起疲勞損傷破壞；另一方面由于橋梁施工的非連續性和不均勻性，再加上上述荷載的反復作用，易引起橋梁路面結構出現宏觀裂紋（宏觀裂紋擴展情況如圖1所示），進而造成結構脆性破壞。針對橋梁結構的疲勞損傷問題，設計人員大多將解決這一問題的重點放在混凝土結構的耐腐蝕性、疲勞緩解等方面，并將橋梁設計的安全性、耐久性作為主要工作內容，以盡可能從設計層面減少疲勞問題的出現。

圖1 宏觀裂紋擴展情況示意圖

（注：裂紋在滑移帶形成后，其第一階段的擴展應是在最大剪力方向上，階段一的裂紋擴展具有明顯的結晶性質，這一特性會在階段二部分消失；第二階段的裂紋擴展，從宏觀上看是沿垂直于最大正應力變的方向上拓展，微觀上則是持續變化的。）

3.4 關注市政橋梁在使用過程中的超載情況

在市政道路橋梁發展過程中，若橋梁長時間處在超負荷運行狀態，則會對橋梁整體造成不可逆的損壞，且這些損傷是無法通過維修等手段恢復的，這就對橋梁的安全性和耐久性構成了威脅。因此，在市政橋梁設計中，需關注市政橋梁使用過程中出現的超載情況，在施工中嚴格按照相關標準和要求確保施工質量，以確保市政橋梁在使用過程中的安全、穩定。

4 結語

總而言之，市政橋梁設計的耐久性和安全性已成為設計人員必須正視和解決的一個問題。這不僅要求設計人員在實際工作中，積極借鑒國內外大量的橋梁建設實例所總結的施工經驗，還應結合自身的工作經驗，以及市政橋梁的環境問題，加強對市政橋梁的安全性和耐久性分析，以促進市政橋梁建設的科學化、合理化，最終將我國市政橋梁設計提升至一個新水平、新高度。