橋梁設計中的安全性和耐久性問題分析

任天宏 濟寧市鴻翔公路勘察設計研究院有限公司

隨著社會與經濟的不斷發展，交通運輸設施的建造成為我國重要的發展方向，橋梁工程作為其重要的組成部分，對交通運輸的質量有直接影響。因此，設計人員應重視橋梁設計工作，針對設計中存在的耐久性、安全性問題，基于準確的分析結果，結合設計與建設質量的相關要求，提出可提升安全性、耐久性能的必要措施，以延長路面的使用壽命，保證橋梁運行的安全性。

一、橋梁設計安全性和耐久性的基本要求

在橋梁及公路設計的過程中，項目施工環節受地形及其他環境影響，無法保證設計的結構準確應用于實際地形中。為提升橋梁設計的精準度，應充分考量設計環節中涉及的材料及結構方面的問題，制定科學合理的方案，提升公路橋梁的安全性和耐久性。在橋梁建設過程中應考慮跨度連續梁結構及城市分布等方面，保障整體設計圖紙的作用效果，考量周邊居民或其他生活環境對橋梁建設的影響。在設計橋梁的過程中，須做好地基處理工作，地基采取的方案應準確配合實際地形結構，確定使用基礎結構的方式，選擇節省人力、物力資源的施工具體方案，保證基本結構建設的完整性、可利用程度對應后續工程的建設，保證附屬設施鋪設安裝的具體效用。由于施工過程部分工作需要在野外完成，外界環境具有不可控的特點，要求施工作人員選用先進的技術，在保證自身防護工作的完備性的基礎上，有效應對惡劣環境帶來的不利影響，同時配合使用便于運輸的設備，提升橋梁建設的質量和設計的科學性。

二、提高橋梁設計安全性與耐久性的措施

（一）抗震結構設計

在橋梁抗震設計中，可通過創建有限元模型檢查地震模型橫截面最薄弱的部分。在應用過程中，利用SAP2000有限元分析軟件構建幾何模型，輸入橋梁材料屬性、截面屬性、單元屬性、工程進程及反應譜等，通過動力特性分析、時程分析、反應譜分析的計算模式，輸出該橋梁設計中的地震響應、滯回曲線等。按照地震要求進行橋梁結構計算，以此對其他部分進行抗震分析，保證其符合抗震要求。

（二）抗疲勞損傷設計

橋梁施工后需要吸收的動態負載量過大，不可避免地會產生疲勞損傷。當前大部分橋梁工程選用混凝土、鋼材等材料，這些材料具有不規則連續性，易產生裂縫，項目如若未能及時處理檢測，則會影響其安全性。因此，本工程中要求設計人員對工程疲勞參數認真進行計算與驗證，多方位模擬混凝土的抗壓性、抗侵蝕性，以多角度試驗考察獲得的混凝土質量比，通過沖擊試驗，確定常溫下鋼材存在脆性，所以，為保證橋梁安全，選擇低系數、低韌性材料，為結構安全性提供支撐。

（三）提高載荷能力

在橋梁工程中，荷載能力對其耐久性、安全性具有較大影響。市政道路普遍存在超載情況，外部壓力過大，超過路橋承載力，則會引發質量問題，進而導致耐久性與安全性降低。因此，在該工程設計中，應當提高橋梁承載力，在了解工程通行量的基礎上，通過限重、限高方式應對超載情況，以免造成橋面損傷。并且設置專用公交車道，分散路面壓力。

（四）增加混凝土保護層

保護層作為保護混凝土與鋼筋之間黏結強度的屏障，同樣可保護鋼筋免受腐蝕，避免有害介質入侵至內部。經研究可知，擴散氯離子至鋼筋表面時間與保護層厚度成正比，擴散二氧化碳速度也與保護層厚度有密切聯系。通常，保護層越厚，則鋼鐵表面免侵蝕時間越長，可降低鋼筋腐蝕率，提高耐久性。因此，工程中可適當增加混凝土保護層厚度，以提高其結構耐久性。本工程在材料選擇中，應用高性能混凝土，且在路面上采取環氧瀝青混凝土，以增強其密實度與耐磨性。

（五）結構與構件選型

選用箱型截面，以提高整體結構剛度，減少疲勞振動。選用全預應力結構，在主橋結構的水平及垂直構件上添加預應力，以避免出現結構性裂縫。在設計構件斷面中，選擇恰當的鋼筋間距，以適應混凝土骨料粒度、強度及密度分布，棱角外觀斷面也應當增強混凝土密度強度。橋梁結構設置抗剪切、防滲透與拉伸的防水層，瀝青混凝土與防水涂層兩者之間的附著力需大于鋼筋混凝土與瀝青混凝土路面之間的附著力。伸縮縫作為橋面設計的重要部分，對橋梁靈活性具有直接影響，工程中選用橫向且兩端有翹頭的伸縮縫，整體結構構成閉合良好的U形槽，以避免橋梁伸縮縫排水泄露至墩蓋梁上。并且，在鋪裝橋面頂面時，特別是連續梁負彎矩截面，需做好防水層設置，以免梁內滲水，設計排水需在伸縮縫環節加強。

（六）優化施工工藝

在攤鋪施工前，應當做好系統全面檢查，內容涉及攤鋪機械與路面基層，在使用攤鋪機械前應做好預熱處理，設定時間超過1 h，實際溫度超過100℃。此過程中，重點在于檢查攤鋪機械，保證振搗裝置始終處于有效工作狀態，保證路面達到設計平整度、高度及密實度，在攤鋪路面中應選用改性粉質黏土，且保證其具有可攤鋪性，以免產生整車料或大面積麻面問題。當做好攤鋪檢查后，即可展開攤鋪作業，現場安排1~2人負責檢查，防范施工人員、車輛及其他機械碰撞鋼絲或支撐桿，開始攤鋪施工時，需檢查混合料溫度確保其超過150℃，以提高施工質量。

三、結語

綜上所述，為滿足時代發展，我國道橋梁梁建設規模及數量不斷增加，促進了我國經濟發展，改善了城市交通。但是，道路橋梁在建設中也存在一定的風險，在設計中應結合實際情況，從抗震性設計、抗疲勞損傷設計、提高載荷能力、增加混凝土保護層、結構與材料選擇及優化施工工藝這幾方面出發，提高橋梁工程安全性及耐久性，以提高工程質量。