探討橋梁工程設(shè)計(jì)中的安全性與耐久性的問(wèn)題

1、    探討橋梁工程設(shè)計(jì)中的安全性與耐久性的問(wèn)題    張濤摘要：近年來(lái)橋梁工程有了較為快速的發(fā)展，但還存在一些問(wèn)題。本文主要從現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)橋梁工程安全、耐久性的概括入手，分析耐久性不強(qiáng)的不利影響及原因，并深入探索提高橋梁的安全性及耐久性的一系列措施。關(guān)鍵詞：橋梁工程 設(shè)計(jì)安全性耐久性中圖分類號(hào)： u445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：一、目前國(guó)內(nèi)橋梁工程安全性耐久性的概況最近幾年, 國(guó)內(nèi)由橋梁倒塌造成的安全事故頻發(fā),一連串的悲劇接踵而至。有調(diào)查結(jié)果顯示,這些事故很多都是由于設(shè)計(jì)不合理或施工忽略質(zhì)量所致。施工中不注重材料質(zhì)量、工程腐敗、設(shè)計(jì)及施工態(tài)度不認(rèn)真

2、等都很容易給橋梁埋下安全隱患。近年來(lái)橋梁的建設(shè)情況總結(jié)如下:橋梁結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題受到了一定重視,然而事故還在繼續(xù),橋梁的耐久性被忽視了,各種潛在的安全問(wèn)題層層出現(xiàn),縮短了橋梁的壽命?，F(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)的耐久性，只能被當(dāng)作一個(gè)參考, 而并非具體計(jì)算出它應(yīng)有的安全使用年限,針對(duì)橋梁的耐久性問(wèn)題也缺乏實(shí)踐分析。這在很大層面上就使得橋梁事故出現(xiàn)率高、結(jié)構(gòu)性能差、耐久性也差,與國(guó)際上要求的橋梁結(jié)構(gòu)的耐久與安全性建筑要求也不相符。二、橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不強(qiáng)的影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要表現(xiàn)為其對(duì)氣候、化學(xué)及物理作用或者其它破壞因素的抵抗能力。通常, 橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足容易出現(xiàn)以下幾種后果: 混凝土方面: 開(kāi)裂、侵蝕、碳

3、化、磨損、破碎、滲漏、酥裂、溶蝕、堿-骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)破壞等；鋼筋方面: 銹蝕、脆化、疲勞、應(yīng)力損失等；粘接方面: 鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固作用的削弱、錨具的失效、注漿松散度大等。三、橋梁安全性、耐久性差的原因1、施工和管理水平低國(guó)內(nèi)外多座橋梁所出現(xiàn)的意外崩塌現(xiàn)象，讓工程界重新關(guān)注了橋梁安全性問(wèn)題。通常我們會(huì)覺(jué)得現(xiàn)在的工程事故是由于施工不規(guī)范，管理不科學(xué)所引起的。針對(duì)短期內(nèi)出現(xiàn)的如意外破壞或倒塌，大部分是因?yàn)槭┕べ|(zhì)量未達(dá)到要求，如材料強(qiáng)度不夠和施工工藝水平低等；還有些橋梁施工時(shí)未保證材料質(zhì)量，管理不合格，從而嚴(yán)重影響了橋梁安全。橋梁還未達(dá)到期望的使用年限就無(wú)法正常使用或者質(zhì)量惡化，尤其是某些

4、橋梁剛建沒(méi)多久或者使用沒(méi)多久就面臨著耐久性不足之問(wèn)題，這直接反應(yīng)了施工質(zhì)量水平不高，具體表現(xiàn)為鋼筋銹蝕、保護(hù)層不足及現(xiàn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)件開(kāi)裂等問(wèn)題。施工中出現(xiàn)的缺陷在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)影響橋梁的正常，但時(shí)間久了，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性有很大損害。2、橋梁設(shè)計(jì)所設(shè)定的耐久性設(shè)計(jì)要求過(guò)低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提是選擇可行性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)方案，然后分析結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)構(gòu)件和連接，再按要求選擇合理的安全系數(shù)來(lái)提高結(jié)構(gòu)的安全性。很多設(shè)計(jì)人員在計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面，只會(huì)考慮安全性，而將結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)耐久性及施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等拋之腦后。一些結(jié)構(gòu)整體性不足，冗余性??；有些未明確計(jì)算圖式及受力情況，使得局部受力加大；這些都會(huì)降

5、低結(jié)構(gòu)的耐久性，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有很大影響。一些橋梁實(shí)際上已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度，但因?yàn)槟途眯圆蛔悖瑯蛄菏褂貌坏绞?，其結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)耐久性是目前橋梁工作中常見(jiàn)的一個(gè)質(zhì)量問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要分析其構(gòu)造、材料等，注重提高其結(jié)構(gòu)耐久性，尤其要重視橋梁施工及使用安全方面的問(wèn)題。規(guī)范的更新慢鋼筋保護(hù)層不夠厚，混凝土強(qiáng)度低，鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄是最突出的幾個(gè)問(wèn)題；所處環(huán)境不同，設(shè)計(jì)者及使用條件不同，橋梁的構(gòu)造也會(huì)有所不同。規(guī)范更新的速度緩慢，無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)方面關(guān)于新技術(shù)及新材料的新要求。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范是前提，其次設(shè)計(jì)人員還應(yīng)正確認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)本性及使用環(huán)境，能夠結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)確做出判斷

6、。四、提高橋梁安全性、耐久性的措施1、要正確理解橋梁的壽命期工程建設(shè)已經(jīng)開(kāi)始由最先的只需滿足載荷強(qiáng)度發(fā)展為既要滿足載荷強(qiáng)度還應(yīng)注重橋梁壽命的設(shè)計(jì)原則。這一變化符合國(guó)際上造橋所強(qiáng)調(diào)的壽命期標(biāo)準(zhǔn)。正確理解橋梁使用壽命,就必須先了解確定結(jié)構(gòu)重要性的方法。如我國(guó)設(shè)計(jì)的公路橋梁通常是50年的使用壽命, 高速公路以及其他橋梁考慮是100年或者150年。不過(guò)這些壽命并不符合現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn),還需通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。同時(shí)還要綜合考慮壽命期確定后橋梁的設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)、管理等方面,將未來(lái)橋梁的壽命控制在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)。2、加大對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題的重視程度橋梁在施工及使用過(guò)程中, 容易受環(huán)境、各種化學(xué)物質(zhì)的損壞, 同時(shí)也受

7、到車輛、疲勞、超載等外來(lái)因素的影響,加上其自身建設(shè)材料的性能退化, 使得橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象。在大跨橋梁領(lǐng)域, 我國(guó)上世紀(jì)20-80年代,斜拉橋建的比較多;到目前為止嚴(yán)重倒塌或出現(xiàn)安全事故的現(xiàn)象較少, 不過(guò)很多座橋梁由于拉索的耐久性問(wèn)題而必須換索, 這也在一定程度上造成了經(jīng)濟(jì)損失。值得一提的是, 前面提到的這種問(wèn)題跟耐久性設(shè)計(jì)是否合理有很大關(guān)系, 人們由此也重新認(rèn)識(shí)了橋梁的耐久性問(wèn)題。很多橋梁工程實(shí)例表明，橋梁的安全性及耐久性問(wèn)題既包括施工和材料因素的影響,但其主要原因還是由于設(shè)計(jì)方面的不足所致。3、重視橋梁的超載問(wèn)題汽車超載也有三種表現(xiàn)形式：第一，以往造的老橋超出使用年限而承

8、受負(fù)載壓力；第二，橋梁實(shí)際承受的車流量超出了預(yù)期范圍；第三，車輛違規(guī)超載。第一和第二兩種情況都是由于設(shè)計(jì)荷載的改變以及交通量加大所致；而第三種是由于車輛駕駛員不按照行車規(guī)范所致，第二和第三種現(xiàn)象在我國(guó)公路運(yùn)輸中很常見(jiàn)。橋梁的超載容易引起疲勞問(wèn)題。超載會(huì)加大橋梁疲勞應(yīng)力、損傷度也會(huì)增加，有時(shí)還可能出現(xiàn)因超載而帶來(lái)的各種結(jié)構(gòu)破壞狀況。此外，超載后引起的橋梁內(nèi)部損傷，其恢復(fù)難度大，打破了橋梁正常的工作狀態(tài)，對(duì)橋梁的安全性及耐久性有很大影響。比如，我們通常覺(jué)得混凝土橋梁的耐久性足夠強(qiáng)，然而汽車長(zhǎng)期超載后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，橋梁容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象；開(kāi)裂后即使愈合裂縫，并令其不再超載，不過(guò)此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部還是無(wú)法

9、復(fù)原，構(gòu)件的開(kāi)裂剛度降低了很多；在合理使用荷載情況下，原本不會(huì)開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂了或者裂縫程度超出了允許額度甚至變形，這就會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久性，所以交管部門要加大管理力度，正視超載所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。而橋梁設(shè)計(jì)及建造部門要綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，不管是設(shè)計(jì)還是現(xiàn)場(chǎng)施工工作，都應(yīng)該盡量規(guī)避環(huán)境因素對(duì)混凝土和鋼筋所產(chǎn)生的不利影響。尤其是氯離子較多的臨海區(qū)域,更不能忽略起環(huán)境的影響力。橋面建造要保持一定的坡度，要安裝排水管道,混凝土橋面板與路面層間要建立防水層,降低因水滲漏而對(duì)橋梁產(chǎn)生的破壞程度。4、注重研究疲勞損傷橋梁結(jié)構(gòu)所承受的動(dòng)荷載包括車輛荷載和風(fēng)荷載兩種，它們會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)自由循環(huán)荷載和變化，

10、從而造成結(jié)構(gòu)振動(dòng)，同時(shí)也會(huì)造成結(jié)構(gòu)的累積疲勞損傷。建造橋梁的材料并不均勻，甚至也有很大細(xì)微的缺陷，經(jīng)循環(huán)荷載作用，這些缺陷就會(huì)集結(jié)起來(lái)形成損傷，最終使整塊材料出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂紋。若無(wú)法及時(shí)控制這些裂紋，材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂現(xiàn)象就極易產(chǎn)生。實(shí)際中前期的疲勞損傷很難檢測(cè)出來(lái)，然而其所帶來(lái)的后果卻是非常嚴(yán)重的。疲勞損傷以往都被當(dāng)作鋼橋設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題在處理，因鋼結(jié)構(gòu)疲勞造成的鋼材開(kāi)裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重還有不少橋梁甚至因疲勞斷裂而造成橋梁崩塌。最近幾年，關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞損傷方面的研究越來(lái)越多，但對(duì)使用期間，鋼筋混凝土構(gòu)件的動(dòng)態(tài)性能及疲勞性能的研究卻比較少。研究疲勞損傷除了包括其整個(gè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也包括橋梁結(jié)

11、構(gòu)中一些關(guān)鍵部位的疲勞失效問(wèn)題，它們也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的疲勞損害，斜拉橋拉索錨就是最具代表性的一個(gè)例子。5、積極借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和成果結(jié)構(gòu)的適用性能差，達(dá)不到預(yù)期效果及要求是國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題。適用性能差,表現(xiàn)為橋梁振動(dòng)性強(qiáng)、線形不平滑、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或變形嚴(yán)重等、耐久性及安全性差這幾個(gè)方面。導(dǎo)致這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因既包括現(xiàn)行的橋梁施工質(zhì)量及管理水平不合格, 但我們都知道，這種現(xiàn)狀無(wú)法在短期內(nèi)得到解決，因此工程設(shè)計(jì)人員必須把握好問(wèn)題出現(xiàn)前的各個(gè)工序, 運(yùn)用先進(jìn)的施工管理技術(shù),采取有利于保證橋梁安全度的設(shè)計(jì)方式來(lái)提高橋梁的使用性能, 變被動(dòng)為主動(dòng)，從而為解決橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的耐久性及安全性問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)語(yǔ)橋梁工程設(shè)計(jì)中的安全性與耐久性問(wèn)題較為突出，也影響了橋梁的使用年限及效果。因此，在橋梁工程建設(shè)中，必須分析橋梁安全性的主要原因及影響因素，汲取國(guó)外橋梁建設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從而采