公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析

卜春锋

（平顶山市公路交通勘察设计，河南 平顶山467000）

1 引言

公路桥梁是关乎到交通建设的关键部分，衡量公路桥梁设计的两个重要指标是安全性和耐久性[1]。本文将分析公路桥梁设计中的不足，然后研究改善安全性和耐久性的措施，为提升工程建设的水平做出一定的贡献。

2 公路桥梁设计的现状

2.1 缺乏完善的设计理论体系和结构构造体系

公路桥梁的设计是需要设计理论体系和构造体系作为支撑的，虽然我国已有相关的体系，但是相关的资料和规范都不够完善，导致在设计中存在很大的模糊性，缺少硬性指标的规范。如在设计的过程中安全强度的规范细节较为充分，但是结构耐久性、结构整体性、材料性能体系和结构维护体系等设计方面的内容都比较缺乏，导致施工建造方在施工过程中故意忽略相关的指标，降低工程标准，使用劣质的材料等，造成了公路桥梁设计中的各种安全隐患，严重的还会引发安全事故［2］。目前我国的公路桥梁设计理论体系和结构构造体系主要是借鉴国外的资料，但结合本国国情进行调整的成分不多，适应性差，也是一个主要的原因。

2.2 市场化的发展还不成熟

公路桥梁的建设要经过政府部门的制定计划，虽然此类工程建设规模大、数量多、速度快，但很多是受行政的影响，政府为了业绩匆忙上马，没有经过谨慎的调研和信息收集。受行政的影响，设计人员加快了公路桥梁的设计工作，许多细节来不及关注，往往某地的公路桥梁设计图纸还没完成，政府部门为了赶进度，已经安排了招标的事项，导致设计图纸未能经过充分的审核修正，存在各种隐患。在我国，基础设施类的建设和政府的业绩是直接挂钩的，人为因素的干扰削弱了市场的作用，很大程度上降低了公路桥梁的安全性和耐久性，此类问题广泛存在。

2.3 设计人员的专业素养不足

设计人员的专业水平是直接影响工程的安全性与耐久性的，我国此方面专业人员的素养参差不齐，在理论知识和经验方面都比较缺乏。设计人员的责任意识、安全意识不强。此外，设计工作是随着科学技术的不断发展而更新的，如运用到计算机辅助技术、仿真技术、三维建模技术、失效分析技术等，这对设计人员的专业能力提出了很高的要求，需要他们不断的学习深造，但是许多设计人员适应不了新的技术，也就无从提升设计的质量［3］。

2.4 设计审核过程不严

公路桥梁的设计是系统性的工作，其中关键的一个环节就是审核，审核的内容包括材料性能、安全系数、失效强度、经济性等多个方面，都需要有明确的指标来与之对应，并要经过讨论校核，对存在问题的地方发回修改，但实际的设计审核过程却没有做到规范，把控也不够严格，有的甚至发现问题也不及时反映［4-5］。审核是独立于设计工作的，但是在实际的公路桥梁设计工作中，设计与审核往往是同班人马，没有经过独立的部门或机构来论证，这就导致隐性问题难以被发掘，降低了设计的安全性和耐久性。

2.5 工程设计与施工管理不衔接

我国的公路桥梁工程建设的速度虽然快，规模也很大，但是事故频发，已建成的公路桥梁经常出现破坏和坍塌，造成了极其恶劣的影响。出现这些问题的主要因素，是施工建设管理和设计要求不吻合［6］。工程设计与施工管理没有很好的衔接，导致设计不能贯彻下去，承包商钻空子，偷工减料、降低质量标准，如选用劣质水泥，混凝土配合比例没有严格控制，捣振不充分均匀等。工程建设受多种因素的影响，如恶劣天气，复杂的地质环境，附近的居民生活等，工程设计没有将这些因素考虑进去，必然会导致施工管理中遇到各种阻碍，影响施工的整体质量。归根结底，还是工程设计与施工管理之间存在问题，不能无缝衔接，导致实际工程存在漏洞，质量控制达不到要求，进而引发安全问题［7-8］。

2.6 对设计的安全性与耐久性的意识不到位

公路桥梁的设计往往注重整体的方案，对某些专项指标的关注偏少，如对安全性与耐久性的关注不多，缺乏这些方面的严谨性。业主或施工单位在评估设计的整体效果时，为了赶进度或者是简化某些问题，会有意的忽略安全性与耐久性方面的内容。一个方面是因为安全性与耐久性的计算较为繁琐，要根据实地的情况加以分析，比较复杂，工作量大。另一个方面是安全性与耐久性不会在短时间内体现出来，没有直观的感受，一般是在工程投入运营一段时间之后，才有对比，这就导致了设计人员对安全性和耐久性认识的不足，意识当中就不够重视，并且这已经成为了一个普遍的现象。

3 提升公路桥梁设计中的安全性和耐久性措施

3.1 加深对公路桥梁安全性和耐久性的理解

我国公路桥梁设计过程中，关注的要素比较单一，大多是重视载荷强度，但对于使用寿命方面的需求较少关注。一般高速公路和桥梁的设计寿命要达到100年或150年，但实际情况是，这些要求并没有得到可靠的保证，也没有经过大量的模拟验证试验，因而要加深安全性和耐久性的理解，从规划、设计、施工、养护、管理等方面综合考量。目前对于公路桥梁耐久性的研究主要是从材料和统计分析方面着手，对设计角度和构造方面的研究少，关注定性分析，缺乏定量分析。因而需要将路桥的耐久性设计作为硬性指标，从定性分析向定量分析的方向转变，对构造的布局和细节进行论证，便于检查和维护，尽量保证安全和耐久性，提升路桥的经济效益［9］。

3.2 重视公路桥梁设计疲劳损伤方面的内容

公路桥梁工作的环境复杂，承载着各种变载荷，如车辆载荷、风荷载等，这些复杂的应力会造成公路桥梁不同程度的振动，最终导致疲劳损伤。随着时间的推移，疲劳损伤的面积会扩大，从微观的损伤转化成宏观的裂缝破损，如果不采取有效的控制措施，则裂缝还会蔓延，导致安全问题。疲劳损伤方面的内容是渐变的，短时间内很难被关注到，但损失一旦造成，将是难以挽回的。公路桥梁的疲劳损伤被认为是设计中最关键的问题之一，影响到整体结构的稳定性和可靠性，而疲劳损伤不只是关注整体的结构，许多问题来源于微小的部件，最常见的就是拉索锚固端的疲劳损害。因而要重视公路桥梁设计中的疲劳损伤，从构件、连接件、钢筋部分、混凝土的应力极限等逐项分析，在设计过程中要验证这些部分受到循环变应力作用下的性能，关注微观上的技术指标，避免疲劳损伤的扩大。

3.3 重视公路桥梁的超载问题

公路桥梁的超载问题在我国非常普遍，给路桥带来了很大的负担，加速了路桥的老化速度，超载一般有三种形式，车辆本身超载运行、车辆通过量超出设计的极限、路桥超出了使用年限。公路桥梁超载很容易导致路桥出现疲劳损伤，随着循环变载荷的作用，路桥所承受的疲劳应力加剧，导致严重的损伤。另一方面，由于超载问题导致公路桥梁内部构建的变化损伤是不可逆的，路桥即使恢复到正常的运营水平，仍然属于带病运行，最终导致安全性和耐久性降低。即使在工程建设阶段，各项指标都符合要求，但超载导致疲劳损伤，破坏一旦存在，如出现裂缝，就降低了路桥的刚度和安全性，使用寿命必然下降，这些变形还会逐步扩大，对结构产生永久性的破坏。因而，公路桥梁设计时需要关注超载问题，如车流量、车载重量、路桥的使用年限等，确保不会出现超载。

3.4 完善公路桥梁设计理论体系和结构构造体系

目前路桥设计理论体系和结构构造体系不够完善，不能为路桥设计提供明确的参考，导致设计时容易出现各种问题，因而要完善设计理论体系和结构构造体系，可以从几个方面着手：其一，进行设计理论体系和结构构造体系评估，尤其是针对其中的不足之处要着手改善，如强度计算公式、失效应力、安全系数等方面的内容，确保设计理论体系和结构构造体系的计算准确，尽量接近实际的工程情况。其二，路桥结构中的延性、整体性和冗余性存在明显的不足，工程设计时容易忽略这些方面的内容，这就导致工程投入使用后没有足够的余量，一旦出现超出设计指标的状况，就很可能出现问题，因而在完善公路桥梁设计理论体系和结构构造设计时，必须考虑到延性、整体性和冗余性，留有一定的裕度，即使某些变形或应力过大，也不会产生影响。其三，路桥设计中的各项指标十分关键，如混凝土的牌号、材料性能、配比，成型后的应力极限等都需要细化，并制定严格的设计体系进行规范，这些指标关系到路桥的承载能力，十分关键［10］。其四，对结构构造的类型，从微观到宏观都进行规定，如钢筋件、构件和连接件等，确保变形和应力在可控的范围，不会出现疲劳损伤。

3.5 制定公路桥梁设计人员的培养计划

我国公路桥梁设计人才比较匮乏，并且整体的水平参差不齐，设计的专业素养有待提升。设计人才是确保工程质量的决定性的力量，设计人员的素质不过硬，会直接影响到工程的安全性和耐久性。实际工程中，设计人员普遍忽视路桥的耐久性设计，而比较注重强度的校核，因而，要确保设计的整体性和科学性，就必须提高人员的专业素养，可以从理论知识和实践经验两个方面着手。理论知识方面的提高：组织设计人员参加专业培训，如聘请专业人员授课，鼓励设计人员继续深造，丰富设计人员的理论知识。科学技术日新月异，公路桥梁方面的设计理论也在不断的更新，设计人员必须紧跟时代的步伐，不断的提升自我，才能掌握最先进的理论，为设计工作打下坚实的基础。实践经验方面的提升，公路桥梁的设计本身就可以看作一次“培训”，设计人员在工作中能不断的提升，可以制定人才梯队的培养计划，以经验丰富的设计人员担纲设计，年轻的设计人员作为助手，形成良性的循环，在实际的业务中，提升人才的实践能力。

3.6 设计审核程序的完善

公路桥梁的设计关乎到国计民生，不能有丝毫的闪失，这类工程一旦出现安全问题，造成的损失将是巨大的，在社会上也会带来恶劣的影响，因而设计拟定之后，还要经过严格的审核，审核程序是确保审核独立、客观的保障，因而必须完善审核程序。审核要坚持几个方面的原则：其一，设计人员本身不参加审核，这样可以尽量排除技术死角，将隐性问题挖掘出来。其二，审核要坚持独立性，不受其他因素的干扰，尤其是不受行政命令的干扰，审核人员要有公正客观的态度，实事求是。其三，审核程序要记录在案，并要参与的人员签字，明确各自的责任，以免将来出现问题相互推诿，这样还能提升审核人员的工作积极性。其四，审核程序还要在监督之下进行，引入第三方的力量，如审核的结果要在社会上公布，接受民众、记者和同行的监督评估，这样可以充分确保审核的公正性和客观性。最后，赋予审核人员更多的权限，可以对存在隐患的设计进行否决。

3.7 贯彻设计问责制度

要提升路桥设计的安全性与耐久性，就必须贯彻问责制度，明确各个部门或参与方的职责所在，设置安全性与耐久性的红线，一旦出现问题就要坚决问责，这样可以提升参与人员的主动性，杜绝各种隐性问题。此外，在贯彻问责制度时，要有明确的规章制度，确保其稳定运行。

4 结语

我国的公路桥梁工程是国民经济发展的基础，承担着极其重要的任务，这些基础设施推动着我国的经济发展。而路桥工程设计引导着路桥工程的建设，对安全性和耐久性起着关键的作用，但是我国的路桥设计存在各种不足，削弱了路桥工程的质量，尤其是在安全性和耐久性方面存在问题，制约着经济的发展，着手相关的研究十分必要。论文研究了路桥工程设计的弊端，并针对性的提出了改善应对的措施，以期为提升我国路桥工程贡献一份力量。

［1］李平伟.论桥梁设计的安全性与耐久性[J].中国新技术新产品，2012（4）.

［2］薛萍.桥梁结构安全性与耐久性讨论[J].城市建设理论研究（电子版），2012（8）.

［3］邱树才.桥梁安全性、耐久性差的主要原因及改进措施［J］.中国新技术新产品，2009（11）：100.

［4］李凤陆.浅析桥梁设计中的几个问题［J］.黑龙江科技信息，2007（11）：189.

［5］魏燕.公路桥梁设计施工中的安全性分析［J］.科技创新与应用，2012（8）：110.

［6］章日凯.公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析［J］.交通世界，2012（1）.

［7］王春剑.公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨［J］.科技信息，2007(28).

［8］李宏毅结构耐久性应用研究现状综述［J］.重庆建筑，2000(8):33-34.

［9］程智，陈云峰提高公路桥梁安全性的设计方法［J］.科技咨询导报，2007（21）：20-21.

［10］李新琴，杨俊慧桥梁设计中的安全性和耐久性分析［J］.交通标准化，2012（15）：13-15.