基于安全考虑的公路桥梁设计分析

李 侠，姜春磊

（威海市公路勘察设计院，山东 威海 264200）

桥梁在公路工程中占有很重要的地位。公路桥梁设计时，设计师需对工程力学非常熟悉，并有较高的设计水平。因为设计中稍有疏忽就可能带来安全隐患，对公路桥梁的使用寿命产生影响，还有可能对人身安全构成威胁。基于安全考虑，加强对公路桥梁的设计分析非常必要。

1 基于安全考虑的公路桥梁设计问题

1.1 桥梁结构设计的安全性问题

在公路桥梁设计中，尤其是有关桥梁施工与安全使用方面，还存在许多可改进的地方。进行结构设计时，桥梁结构方案的经济合理是首要任务；在构件的设计分析中，选用规范指标与安全系数，是确保桥梁结构安全的重要保证。而在实际桥梁设计当中，多数设计者仅是满足规范在结构强度安全方面的需要，在结构构造、体系与材料维护等方面，经常存在人为错误，会对公路桥梁结构安全产生重大影响。还有的桥梁设计出现受力路线与计算图式不是很确切的情况，使得桥梁局部受力比较大，也会对结构安全性产生很大影响。

1.2 桥梁结构设计的耐久性问题

有些桥梁设计满足了有关强度规范的要求，但在结构整体性以及延性方面表现不足，其冗余性较小。还有些砼的强度比较低，钢筋太细，保护层的厚度太小，构件截面太薄，这些因素均对桥梁结构的耐久性产生影响，使桥梁在投入使用数年后就开始出现病害。因此，在设计时，结构耐久安全性也是必需要考虑的问题，可从材料与结构等方面入手，以加强桥梁结构的耐久安全性。

每个公路桥梁均有自身结构体系与地理位置，以及应用环境，在设计过程，设计师不能仅按照规范来套用有关的设计内容，这样肯定会存在一些人为问题。随着新材料、新科技与新工艺的发展，不论规范更新多快，也无法追赶快速发展的科技，无法有效适应新技术、新材料所带来的影响，这要求设计师进行桥梁设计时，不仅要满足规范要求，还应凭借设计人员在结构方面的丰富经验与正确的认识判断，更大程度地提高公路桥梁的设计质量。

2 基于安全考虑的公路桥梁设计措施

2.1 公路桥梁总跨径与孔径的确定

要确保公路桥梁的安全性，必须从安全角度出发考虑桥梁设计的合理性。对桥梁总跨径的精准确定，需要依据可靠的地质水文资料进行综合分析计算，并考虑总跨径与两边公路间的衔接，确保桥下具有足够排洪的面积。在桥梁设计时，还要考虑其经济性，特别是桥梁长度，对公路工程成本具有重要影响。桥梁长度应根据基础埋深与土壤性质，并基于河床可允许的冲刷深度，通过各方面的综合考虑之后进行确定，在允许范围内，可对桥梁总长度进行缩减，以尽可能降低工程投资总成本。对于桥梁孔径，需依据泄洪要求来确定。在公路桥梁设计中，桥梁跨径与分孔设定是很重要的，会直接影响桥梁施工难易程度与使用效果，并且还会影响公路桥梁总的造价成本。当桥梁多孔且孔径较小时，其桥梁上部造价相对较低，下部造价要高一些；当桥梁少孔且跨径大时，桥梁上部的造价就相对较高，下部墩台造价相对少一些。在确定桥梁孔位与孔径时，应选择最合理经济的标准，让桥梁总造价向最低趋势发展。

2.2 公路桥梁标高与横断面的确定

桥梁标高是桥梁设计中的重要数据。为确保桥梁下部的通航与排洪需要，需根据桥梁标高及洪水的水位净空要求，并参考桥型跨径，对桥道标高给予确定，再依据线路与地形要求，对桥梁纵断面进行设计。在公路桥梁设计中，横断面确定是很重要的，桥梁设计师要对桥面宽度与横断面布置数据进行计算，以满足通车与行人需要，这样的结构设计才最为经济合理。另外，为确保桥梁桥头与线形引道平顺及桥梁使用的舒适性，应从桥梁自身经济方面进行考虑，制定科学合理的施工方案，以确保公路桥梁的施工质量与安全性。

2.3 加强对桥梁疲劳损伤的关注

公路桥梁结构会受到风荷载与车辆荷载的影响，这两种荷载均为动荷载，会使桥梁内部产生应力变化，引发桥梁结构振动，并累积结构疲劳损伤。桥梁材料并非连续均匀的，存在较多细小的缺陷。在循环荷载下，微缺陷就会逐步发展，并形成损伤。材料当中会出现较大的裂纹，该裂纹如果未及时得到有效的控制，就会引发材料或者结构脆性的断裂。在桥梁初期使用中，疲劳损伤是难以检测到的，往往会带来灾难性后果。以前疲劳损伤被认为只是钢桥设计中的关键问题，但随着公路桥梁坍塌事故的不断发生，疲劳损伤也在混凝土结构当中被关注。疲劳损伤并非仅指整个结构，有时一些关键位置出现局部疲劳损伤，也可能致使整个桥梁结构失效，如斜拉桥的拉索锚固疲劳损伤。

2.4 重视桥梁超载

在桥梁超载中，主要有原设计、车辆违规与老桥超龄负载运营等三方面的超载，在我国，车辆违规与超过原设计的车流量超载比较常见。桥梁超载会使桥梁的疲劳应力增大，加剧损伤程度，还可能会出现桥梁结构的破坏事故。并且因超载带来的损伤无法恢复，会让桥梁在正常状况下，出现工作状态的变化，危害其耐久安全性。如混凝土桥梁在车辆超载下，有可能出现开裂，即使荷载消除后，裂缝闭合，混凝土内部也容易出现损伤，其构件易开裂，弯矩也变低。为确保桥梁设计的安全合理，应借鉴国内外先进的设计经验成果，加强结构性能的设计，主要包含裂缝、变形、美观与振动等方面的分析设计，以确保桥梁在其使用寿命内，除具备安全性外，还有良好的耐疲劳、抗腐蚀等使用性能。

3 结语

随着我国经济的快速发展，公路工程规模和数量也不断增加，桥梁相关工程也逐步增多。为确保桥梁使用寿命及安全性，除保障公路桥梁的施工质量外，还应强调公路桥梁设计的科学合理性。在桥梁设计时，应对可能存在的影响因素进行综合分析，从安全角度，考虑桥梁所承受的风、车辆、超载与疲劳损伤等因素，以确保桥梁设计的合理性，提高公路桥梁使用寿命。

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