浅谈国内桥梁设计安全性及耐久性

刘国强

摘要：桥梁设计的好坏，可以代表整个城市的品味和经济发展状况，也是整个城市文化水平的象征。但是我国桥梁坍塌事故的发生和桥梁设计的问题，使我们不得不审视桥梁的安全性和耐久性。本文讲述了我国公路桥梁设计中安全性和耐久性的现状，提出了需要改进和努力的方向。

关键词：桥梁；安全性；耐久性；改进

随着我国经济的快速发展，跨入21世纪后兴起了桥梁工程建设的新热潮，尤其是开工和立项了许多的大型桥梁工程，如杭州湾大桥工程、东海大桥工程、沪崇苏长江通道工程以及苏通大桥工程等。但在大量新建的同时，也已经出现了许多因安全性不够、耐久性不良等而过早报废的桥梁，远没有达到服务年限就被拆。甚至有的在使用中出现坍塌造成严重交通事故和恶劣社会影响。在我国当前的公路桥梁设计中，安全性和耐久性问题很多只是停留在一种概念的基础上，对于公路桥梁的使用年限并没有提出具体的要求，公路桥梁耐久性也没有相关专门的设计要求，这也直接导致了当前我国公路桥梁安全性和耐久性经常出现问题。

1、我国公路桥梁设计中安全性和耐久性的现状

在我国现阶段公路桥梁的设计过程中存在这样明显的倾向：公路桥梁设计过程中更多的对桥梁的强度进行考虑，而对桥梁的耐久性考虑相对较少；重视桥梁的强度极限，而对于桥梁的使用极限并没有特定的设计要求，而公路桥梁的使用极限则是桥梁的整个生命周期中最重要的组成部分；重视公路桥梁结构的建造，而对于公路桥梁结构的维护工作重视程度不够。

这些公路桥梁设计中存在的普遍倾向使得当前的公路桥梁工程事故经常发生，桥梁的整体使用性能普遍不高，公路桥梁的整体使用寿命较短等问题，这不仅与当前国际上对公路桥梁安全性和耐久性不断重视的实际相反，而且还会给人民的生命财产安全带来巨大的隐患，同时，还与公路桥梁结构动态和综合经济性等要求相违背。我国近些年来发生了很多公路桥梁安全性和耐久性事故问题，给人民群众的生活带来了巨大的经济损失和生命威胁。具体耐久性情况如表1所示。

2、需要改进和努力的方向

2.1重视对疲劳损伤的研究

桥梁结构所承受的车辆荷载和风荷载都是动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。

由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制，极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。早期疲劳损伤往往不易被检测到，但其带来的后果往往是灾难性的。

2.2减轻环境因素对耐久性的影响

在對桥梁结构耐久性进行设计以及现场的施工过程中，应尽量减轻或者隔绝环境因素对公路桥梁钢筋和混凝土的影响。尤其是在靠近海边时，氯离子的腐蚀比较严重，就更不能忽视环境因素对桥梁的影响（见表1）。桥面应敷设排水管道或设定一定的坡度，在路面层与混凝土桥面板之间设置有效的防水层，防止水向下渗漏，避免造成对公路桥梁质量的破坏，降低其耐久性对于重要工程和大型工程，混凝土的抗冻耐久性指标DF值应不低于表2的规定。

2.3重视桥梁的耐久性方案设计

从设计的角度考虑如何使施工人员易于接受和操作的方式来改善公路桥梁耐久性桥梁在建设以及使用时，要承受人为因素车辆疲劳超载地震风等外来作用，还会遭受有害化学物质和环境的侵蚀，同时桥梁建设时所用的材料自身性能也会随着时间不断降低，最终致使结构物各部分产生一定程度的劣化和损伤大量的病害实例表明，除了材料和施工方面的原因，影响结构耐久性的决定性因素是由于设计上的缺陷桥梁的结构设计与耐久性设计有着本质的区别，对于耐久性的研究应采用灰色分析法由定量分析代替传统的定性分析鉴于耐久性不足导致的严重事故，国外的桥梁在设计时提高了对公路桥梁的耐久性的要求，同时将其视为重要的设计原则，综合对桥梁构造细节和结构布局进行考虑，有些国家新建设的桥梁的耐久性已经达到70～100年的设计使用寿命注重使结构易于检查维修，从而尽量减少公路桥梁维修费用，提高综合经济效益，保证桥梁的安全使用

2.4充分重视桥梁的超载问题

桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题。超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。例如，混凝土桥梁一直被认为具有足够的耐久性，但在汽车超载作用下，可能发生开裂；裂缝即使在荷载卸除后能够闭合，但由于混凝土结构内部已经受到损伤，构件的开裂弯距降低、刚度下降；于是在正常使用荷载作用下，本来不该开裂的结构产生裂缝或本来较小的裂缝成为超出规范允许的裂缝或产生较大的变形。这些都会对结构长期的使用性能和耐久性产生不利的影响，因此除了交管部门要加强管理外，也需要对超载带来的后果进行研究、分析。

2.5对国外的优秀成果和经验进行借鉴

桥梁的正常使用性能低是国内桥梁存在的主要问题，例如桥梁的变形过大，振动过大，结构开裂，接头易跳车和线形不平顺等。对于国内桥梁的耐久性和安全性，总体来说也存在许多问题，针对桥梁出现的这些问题，我们应对国外有关桥梁方面的先进技术和施工经验进行深入的研究。例如欧洲国家对建筑物的性能设计经验，包括对结构的裂缝变形的处理，减小或消除振动的方法等，这些设计对桥梁的安全性和耐久性的改善有着重要的作用

结语

桥梁安全性和耐久性不足，是国内迫切需要解决的问题。在这方面，除了要积极借鉴国外成功的经验和做法，加强施工质量管理，还要从桥梁设计理念及其结构体系的角度，做好耐久性的设计。

参考文献

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