公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性分析

文/黃升、蔣明

1 前言

當(dāng)前我國公路橋梁廣泛建設(shè)，極大促進(jìn)了交通事業(yè)的發(fā)展，給人們生活質(zhì)量的提升起到積極的促進(jìn)作用，同時(shí)也對(duì)公路橋梁的建設(shè)質(zhì)量提出更高的要求。尤其是對(duì)公路橋梁的設(shè)計(jì)重視度逐步提升，給后續(xù)的工程質(zhì)量管理和提升有著促進(jìn)作用。

2 安全性和耐久性的重要意義

2.1 嚴(yán)重安全事故

公路橋梁設(shè)計(jì)方案確定的過程中，要考慮到當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)情況，同時(shí)分析交通運(yùn)行的需要，不能盲目地追求外部的美觀性和經(jīng)濟(jì)效益方面，這樣會(huì)嚴(yán)重影響公路橋梁的安全性和耐久性，甚至?xí)?dǎo)致公路橋梁在運(yùn)行中發(fā)生嚴(yán)重的安全事故問題。這種情況主要是因?yàn)楣窐蛄涸谠O(shè)計(jì)施工中，并未綜合分析當(dāng)?shù)氐木唧w情況，設(shè)計(jì)方案存在明顯的缺陷和問題，導(dǎo)致施工難度比較高，增加了安全事故發(fā)生的概率。此外，公路橋梁在投入運(yùn)營(yíng)后，因?yàn)槭┕ぶ袥]有做好嚴(yán)格的管理和控制，也會(huì)造成巨大的安全隱患，損壞整體項(xiàng)目的綜合效益[1]。

2.2 社會(huì)正常發(fā)展

設(shè)計(jì)方案缺乏合理性，導(dǎo)致公路橋梁項(xiàng)目的安全性、耐久性無法保證，后續(xù)使用中不僅存在安全事故問題，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，給人們的日常生活、工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響，阻礙社會(huì)的穩(wěn)步發(fā)展。如果出現(xiàn)這些情況，社會(huì)穩(wěn)定無法保證，社會(huì)發(fā)展停滯不前，給人類社會(huì)的進(jìn)步都會(huì)造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

2.3 重要性分析

公路橋梁對(duì)于城市現(xiàn)代化建設(shè)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。基于此，對(duì)于公路橋梁的安全性要求是非常高的。安全性的提高，主要是從橋梁的承載力和結(jié)構(gòu)性能的提升方面出發(fā)，進(jìn)行必要的質(zhì)量評(píng)估和管理，綜合分析各項(xiàng)質(zhì)量安全數(shù)據(jù)，掌握橋梁承載力方面的需要，使橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)。耐久性就是在項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)階段，達(dá)到極限條件下的使用年限，這要從工藝、材料以及成分等角度做出分析和控制。公路橋梁的施工問題如果不能有效解決，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故發(fā)生。比如出現(xiàn)坍塌和裂縫問題，會(huì)導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)，所以必須要做好橋梁的安全性和耐久性的管理。此外，對(duì)于施工周期比較長(zhǎng)、復(fù)雜性比較高、投資非常大的公路橋梁項(xiàng)目，應(yīng)該保證設(shè)計(jì)方案達(dá)到科學(xué)性與合理性的要求，保證施工現(xiàn)場(chǎng)順利進(jìn)行，防止出現(xiàn)工程較差的情況存在，切實(shí)提升項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益[2]。

3 影響安全性和耐久性的原因

3.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不完善

設(shè)計(jì)人員并未掌握足夠的公路橋梁設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，也沒有充分的重視設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求，知識(shí)體系并未完全的建立，設(shè)計(jì)規(guī)范性的管理比較匱乏，導(dǎo)致了這些設(shè)計(jì)理念中存在缺陷和問題。比如有些設(shè)計(jì)人員并未完全了解公路橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范，只是按照施工單位的要求確定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)理念沒有技術(shù)的更新，使很多設(shè)計(jì)方案都不符合工程的實(shí)際情況，安全性和耐久性根本無法滿足要求，最終造成公路橋梁的設(shè)計(jì)難以達(dá)到實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 管理不銜接

當(dāng)前我國公路橋梁建設(shè)規(guī)模逐步增大，但是安全事故的發(fā)生率卻逐步增加，坍塌和損壞的問題普遍存在，極大威脅了社會(huì)的穩(wěn)定與發(fā)展。究其原因，就是設(shè)計(jì)和施工存在不合理的情況，施工管理工作未能有序進(jìn)行，設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場(chǎng)施工情況不相符合，施工理念的貫徹落實(shí)存在嚴(yán)重的偏差。施工環(huán)節(jié)偷工減料，沒有按照設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組織開展施工，且受到外部自然環(huán)境、地形條件等因素的影響，設(shè)計(jì)方案明顯缺陷，現(xiàn)場(chǎng)管理問題頻發(fā)，讓項(xiàng)目根本無法進(jìn)行，極大影響了工程的總體質(zhì)量水平。

4 安全性和耐久性的具體關(guān)鍵環(huán)節(jié)

4.1 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

在公路橋梁項(xiàng)目施工前，設(shè)計(jì)單位為了保證項(xiàng)目的使用壽命、質(zhì)量符合要求，在設(shè)計(jì)前應(yīng)該進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)勘察和分析，組織相關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的全面調(diào)查和分析，對(duì)于可能存在的環(huán)境危害問題充分考慮，確保各項(xiàng)資料和數(shù)據(jù)都能夠符合要求，給設(shè)計(jì)方案的確定提供良好的基礎(chǔ)條件，提升設(shè)計(jì)方案的總體水平，降低安全隱患與問題。設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總體性分析，掌握施工形態(tài)、施工材料等方面，保證后續(xù)的維護(hù)和管理有序進(jìn)行，特別是施工技術(shù)的選擇，一定要符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，做好各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的管理和控制，分析橋梁的承載力等方面，及時(shí)將潛在問題徹底解決，積極防范可能存在的任何質(zhì)量問題。此外，對(duì)于一些不可控的因素也要充分地考慮，制定出能夠有效應(yīng)對(duì)措施，靈活施工，在不可抗力因素影響中做出必要的調(diào)整。

4.2 結(jié)構(gòu)的整體連續(xù)性

不斷提升結(jié)構(gòu)整體性、連續(xù)性，各個(gè)結(jié)構(gòu)部分要達(dá)到平滑性的要求，避免在施工中出現(xiàn)損壞，使車輛通行更加舒適，這也是設(shè)計(jì)方案需要考慮的問題。公路橋梁建設(shè)過程中，使用桿狀結(jié)構(gòu)支撐，這樣會(huì)導(dǎo)致截面出現(xiàn)不平順變化的情況，所以設(shè)計(jì)中盡量不要使用這種結(jié)構(gòu)形式，保證整體結(jié)構(gòu)達(dá)到連續(xù)性的要求，提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、韌性與穩(wěn)定性。在施工環(huán)節(jié)，通過冗余設(shè)計(jì)的方式，讓結(jié)構(gòu)更具安全性，消除局部變形的問題，抵御風(fēng)險(xiǎn)，提升抗震效果[3]。

4.3 設(shè)計(jì)理論體系和構(gòu)造體系的完善

當(dāng)前在公路橋梁的設(shè)計(jì)中，并未有完善的結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系和結(jié)論作為支撐，所以設(shè)計(jì)問題也普遍存在。因此，為了讓設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性效果，就要不斷完善構(gòu)造體系和設(shè)計(jì)理論。具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：實(shí)施必要的理論體系評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)體系建設(shè)中存在的問題，了解具體的安全系數(shù)、強(qiáng)度計(jì)算公式以及失效應(yīng)力等方面的要求，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的綜合性分析，讓各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算更加的準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)階段，綜合分析公路橋梁的整體性、延展性和冗余性等方面，設(shè)計(jì)中要預(yù)留部分的余量，有效消除變形問題，提升結(jié)構(gòu)的總體性能。

4.4 設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)

當(dāng)前我國公路橋梁項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際中，工作人員素質(zhì)普遍比較低，設(shè)計(jì)水平也不高，為了使公路橋梁質(zhì)量提升，設(shè)計(jì)人員要積極學(xué)習(xí)先進(jìn)知識(shí)，提升設(shè)計(jì)水平。相關(guān)人員積極學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識(shí)，不斷豐富自身經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)相關(guān)單位也需要定期組織人員參與到培訓(xùn)和學(xué)習(xí)中，增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的意識(shí)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)開始階段，充分了解公路橋梁的實(shí)際情況，掌握各個(gè)部分的狀況，分析現(xiàn)場(chǎng)的具體情況有序組織開展設(shè)計(jì)工作，保證工程項(xiàng)目的安全性和耐久性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，為公路橋梁使用性能的提升奠定基礎(chǔ)。

4.5 后期養(yǎng)護(hù)力度

除了上述幾個(gè)方面的因素，超載問題也會(huì)給安全性和耐久性產(chǎn)生不利影響。在公路橋梁項(xiàng)目施工結(jié)束后，公路橋梁正常使用的過程中，存在有超載嚴(yán)重的情況，使橋梁承載的壓力逐步增大，造成了橋梁損壞程度逐步加深，影響橋梁的使用壽命，還會(huì)爆發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

5 技術(shù)策略和措施

5.1 荷載強(qiáng)度

公路橋梁在運(yùn)營(yíng)中存在的超載問題，主要是如下原因所導(dǎo)致的：施工中進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過程中，沒有充分考慮到當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)行的實(shí)際情況，估計(jì)交通運(yùn)行量比較少。在橋梁的投入運(yùn)營(yíng)下，負(fù)載遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而存在超載問題。橋梁的運(yùn)營(yíng)時(shí)間比較長(zhǎng)，自身的結(jié)構(gòu)性能下降，承載力不足。只要是出現(xiàn)超載運(yùn)行的情況，公路橋梁就會(huì)處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，出現(xiàn)無法修復(fù)的病害問題，公路橋梁也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂等問題。發(fā)生該病害后，進(jìn)行橋梁的限流以及修復(fù)處理，無法完全恢復(fù)橋梁的性能。內(nèi)部損壞已經(jīng)存在，是無法修復(fù)的，極大威脅了公路橋梁運(yùn)行的安全性。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合分析施工中所存在的問題，了解設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的分析和強(qiáng)化處理，確保橋梁的質(zhì)量水平得以提升。關(guān)鍵技術(shù)的強(qiáng)化分析應(yīng)該從如下幾個(gè)方面出發(fā)：耐久性分析中，做好關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選擇和控制，約束施工情況。耐久性的結(jié)構(gòu)分析也很關(guān)鍵，要達(dá)到合理性的要求，嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平。在技術(shù)分析中，耐久性指標(biāo)一直都是設(shè)計(jì)人員比較重視的一方面技術(shù)參數(shù)，對(duì)于施工中可能存在的質(zhì)量問題，應(yīng)該采取必要的質(zhì)檢方式確定。設(shè)計(jì)人員需要做好技術(shù)分析工作，對(duì)后續(xù)的管理工作提起足夠的重視，落實(shí)各項(xiàng)工藝路線，給建設(shè)施工的順利進(jìn)行提供良好基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，不能強(qiáng)加防水層，應(yīng)該合理控制各個(gè)結(jié)構(gòu)部分。在材料選擇時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都應(yīng)該得到保護(hù)，橋梁排水功能也必須要提起足夠的重視，確保橋面不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的積水問題，防止橋梁運(yùn)行的安全性產(chǎn)生不利的影響。此外，還要重視細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)，比如混凝土種類選擇要符合工程的實(shí)際情況，鋼筋保護(hù)層厚度要嚴(yán)格的控制等等，從而保證公路橋梁的使用功能符合要求。

5.3 重視公路橋梁疲勞損傷的設(shè)計(jì)研究

公路橋梁項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)中，會(huì)承受很多荷載的作用，比如車輛荷載、風(fēng)荷載等等，都會(huì)給橋梁產(chǎn)生比較大的內(nèi)力影響，在這些內(nèi)力的影響下會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致累積疲勞損傷的情況存在。因?yàn)樵摀p傷問題嚴(yán)重，最終造成了公路橋梁出現(xiàn)裂縫問題，如果不能有效控制這些裂縫問題，必然會(huì)導(dǎo)致橋梁損壞，或者直接坍塌。疲勞是目前的鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)中所需要考慮的因素。在實(shí)際中，鋼結(jié)構(gòu)橋梁因?yàn)槠趽p傷所導(dǎo)致的事故問題普遍存在。此外，對(duì)于疲勞損傷的研究不僅需要從橋梁的結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，還需要考慮到公路和橋梁的整體性連接中，很多情況下都是其中一個(gè)方面出現(xiàn)了疲勞損傷影響到整體結(jié)構(gòu)的性能，最終出現(xiàn)了整個(gè)項(xiàng)目出現(xiàn)疲勞損壞失效等情況，威脅橋梁的交通運(yùn)行安全性。

6 結(jié)語

公路橋梁建設(shè)對(duì)于我國交通、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展都有著重要的影響，關(guān)系到人們的日常生活。因此，需要充分重視公路橋梁的建設(shè)，確保其安全性、耐久性符合人們的使用需要，保證其發(fā)揮出應(yīng)有的作用。當(dāng)前我國的公路橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)中有明顯缺陷，極大威脅著工程的質(zhì)量和安全，這就需要結(jié)合實(shí)際問題總結(jié)出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提升設(shè)計(jì)水平，為今后的公路橋梁事業(yè)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的穩(wěn)步發(fā)展。