基于耐久性的橋梁設計原則分析

萬夢

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在我國，交通事業隨著國家經濟的快速增長展現出突飛猛進的發展趨勢。但從我國交通運輸的實際現狀來看，目前在交通基礎設施的建設上還存在著一定的缺陷和不足，這也說明我國的交通事業還有很大的發展空間。在交通基礎設施中，橋梁是重要的組成部分，其作用不言而喻，直接影響著整個交通運輸。但是就現階段橋梁設計中，橋梁的耐久性往往無法得到保障的，因此嚴重影響了橋梁的使用壽命，使其無法達到設計年限。由于橋梁耐久性不好會嚴重影響到橋梁的質量、壽命以及安全性，極大的增加了安全隱患，因此深入的分析和研究橋梁的耐久性設計原則具有重要的意義[1]。

1 耐久性的橋梁設計概述

1.1 耐久性橋梁設計的內容

通常情況下，耐久性橋梁的設計內容主要有兩個部分，第一部分是橋梁建筑材料的選擇，第二部分是對橋梁各個構件的設計進行優化，并控制各個構件中產生的各種裂縫。首先，橋梁建筑施工材料的選擇上，需要橋梁設計人員和施工人員根據實際的施工情況和設計基準期等各個因素進行綜合性的全面考慮，然后在對建筑材料進行科學合理的選擇，但是在選擇時還要兼顧環保節能，并對工程造價進行合理的控制。在對橋梁設計進行優化時，還要加強橋梁防腐、防水和排水功能，堅持科學、合理、安全的原則，避免使用化學物質影響橋梁的使用壽命。

1.2 耐久性橋梁的影響因素

1.3 鋼筋的銹蝕

銹蝕是生活中極其常見的一種現象，自然橋梁也不例外。而銹蝕的鋼筋是影響橋梁耐久性的重要原因。當鋼筋銹蝕比較嚴重時就會使其發生膨脹最終導致混凝土發生脫落，使橋梁的承載力不斷下降直至喪失承載能力。

1.4 混凝土碳化

由于混凝土暴露在大氣環境中，會與空氣中的二氧化碳接觸發生化學反應，使混凝土進行收縮，進而使混凝土的結構發生破壞出現裂縫[2]。

1.5 北方地區存在凍融破壞

北方地區由于氣候特點會存在凍融現象，而橋梁在反復經歷凍融循環就會使混凝土從里到外發生侵蝕，使橋梁的強度不斷降低。

2 基于耐久性的橋梁設計原則分析

在橋梁的設計中，構思的結構和制定的設計方案若在計算上存在不足將對給橋梁帶來不可挽救的缺陷，這樣看來橋梁結構的構思和設計方案的制定對于橋梁的耐久性至關重要，因此，必須將其計算減小計算中的不足和才能保障橋梁設計具有較好的耐久性。在設計過程中，保障橋梁結構設計合理的方式較多，但是無論使用哪種方式都必須將橋梁的耐久性作為重中之重。

2.1 連續、冗余和整體性的原則

在橋梁的建筑發過程中科學、合理結構設計能夠提高橋梁的整體性能，并且擔當橋梁發生變化時不會相對較為平順。這樣也能夠做到在提高外觀美感的同時提高橋梁的剛度與承載能力，冗余和整體性可以保障橋梁的功能性，更重要的是還能夠提高橋梁的抗破壞能力，對地震和超載情況也有較好的抵抗能力。橋梁的伸縮維長期是結構中最容易發生破壞的地方同時也是最難修復的地方，無論是在設計過程中還是在施工過程中稍有不足或缺陷都會度橋梁造成破壞，并且在破壞時，所引起的沖擊載荷也是比較大的，這樣就會嚴重減少橋梁的使用壽命。基于這一現狀，世界各國的學者都提出無伸縮縫結構，并且都在研究減少或取消支座和伸縮縫來提高橋梁的適用性與整體性，進一步減少橋梁后期維護費用。

2.2 在載荷的作用時，機構的傳力路線最短原則

由于拉、壓桿件的應力方向與桿件的軸線相平行，因此桿件的長度就是傳力的路徑。桿件受純彎曲時拉、壓應力方向也是與桿件的軸線相平行，因此桿件長度就是傳力的路徑。一般情況下，梁類構件都是彎剪組合，其截面上任意一點都會受到二向力作用，這樣就會導致傳力跡線變成曲線，因此需要使用“拓賈”式來替代，這時各個桿件的傳力路徑之和就可以看作是桿件的傳力跡線。彎剪扭組合的構件可以等效為“空間桁架”類型。這樣職稱型機構和橋跨式結構的傳力路徑都比較簡潔、合理[3]。

2.3 應力均勻且流暢和力學平滑原則

桿件結構中各處的應力要確保是均勻的，例如：橫截面內的應力、桿件的長度方向的應力已經邊界處的應力等等。這樣的設計還能夠展示出各種建筑材料的性能并有助于經濟效益的提高。在對大跨度的橋梁進行設計時，考慮到其構造十分復雜，因此橋梁的耐久性能和受力性能會受到機構設計的影響。特備是在力學或結構幾何不連續的地方，其所受應力的分布十分復雜，因此對于鋼筋的數量和位置都很難進行精準的設計，這也是橋梁建筑中耐久性設計作為薄弱地方。但是使用“壓桿-拉桿-模型法”進行分析就可以解決應力和鋼筋配置中存在問題。

在橋梁結構的幾何形狀中體現力線平滑，主要表現為形狀少突變、簡單、少棱角、結構的表面是連續的曲面或平面。這樣拉、壓桿件的結構所受到的應力就是比較均勻和流暢的，而且應力的傳遞路徑比較短，所以這是十分經濟合理受力結構。

此外，在耐久性橋梁設計原則中還有可修性、可檢性、可替換性的原則，施工容易實現原則，防水原則看，而這三個原則也是提高耐久性的關鍵，因此在設計中也同樣要基于高度的重視。

3 結語

綜上所述，在橋梁建筑中耐久性是影響橋梁性能的重要因素之一，在橋梁整體性能的保障上發揮了至關重要的作用。經實踐表明，橋梁的耐久性直接影響著橋梁的使用壽命，同時也會在一定程度上影響了橋梁的整體橋梁結構，一旦不能得到良好的保障就會導致重大的安全事故的發生并且還會威脅到行車的安全性、穩定性以及乘客的人身安全，因此在橋梁建筑過程中必須高度重視耐久性的設計。