公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析

黄 亮

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

公路桥梁设计中的安全性和耐久性分析

黄 亮

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

随着我国经济的迅速发展,同时也带动了我国交通事业的迅速腾飞。改革开放以来，我国的桥梁工程获得了巨大的发展，随着公路交通网的不断的完善,大量的山区和交通不便的地区都修建了高速公路。但是应该看到我国的交通事业还存在着一些问题,其中比较突出的就是桥梁设计中的安全性和耐久性的不足,严重的影响了我国交通事业的发展。因此,要必须分析桥梁设计中存在的安全性和耐久性出现的问题并加以预防和解决。

桥梁设计；安全性；耐久性

前言

随着我国经济建设的高速发展，我国公路工程的建设规模也不断发展和壮大。其中桥梁结构作为交通动脉以及生命线工程极其重要的组成部分，在国家经济建设和社会发展中发挥着重要的作用，因此提高桥梁结构的安全性和耐久性是保障人民生命财产安全的前提。而桥梁设计是决定桥梁工程安全性和耐久性的关键因素，对桥梁设计的研究具有重要的现实意义。

1.桥梁设计安全的构成

桥梁的安全性和耐久性是桥梁设计的主要影响因素。安全性是指结构防止破坏倒塌的能力，是桥梁最重要的质量指标，桥梁结构的安全性主要取决于结构的设计与施工,但与结构的正确使用(维护、检测)有关[5]。耐久性是指结构抵抗外界环境、有害化学物质侵蚀的能力。

1.1 桥梁结构的安全性

桥梁结构的安全性主要体现在结构的整体牢固性和承载能力两个方面[1]：

1)桥梁结构的整体牢固性是指结构不应出现与其原因不相称的破坏后果，即在桥梁结构出现局部破坏的情况下，避免发生大范围连续破坏倒塌的 能力。

2)桥梁结构构件承载能力是指桥梁结构承受风荷载，自重荷载，车辆荷载，温度，湿度等作用的能力。

1.2 桥梁结构的耐久性

桥梁的耐久性是指在其使用过程中抵抗外界环境和内部自身所产生的侵蚀破坏的能力。桥梁在建造和使用过程中，会受到环境、有害化学物质的侵蚀及人为因素等外部作用，以及材料的自身性能不断退化，最终导致结构不同程度的损伤和劣化，从而影响了桥梁结构的安全性。

2.我国公路桥梁工程的安全性和耐久性现状

2.1 桥梁安全事故

据不完全统计，2007年至2011年之间，至少37座大型桥梁发生垮塌。统计分析近年桥梁的坍塌事故及原因。这些事故的发生，除地震、洪水、船撞、施工阶段人为失误等突发性因素外，引起桥梁结构整体性能衰退的因素主要包括：结构损伤、材料老化和超限荷载等。这些因素往往也是事故发生的重要原因。桥梁结构的安全性和耐久性问题日益显著，对大型桥梁设计阶段的安全性和耐久性进行研究已经是刻不容缓的问题。

2.2 桥梁安全性与耐久性问题研究现状

桥梁安全性与耐久性研究在与桥梁病害的斗争中已取得许多进展。主要体现在如下方面。

1)高性能材料。目前主要是研究混凝土碳化和钢筋锈蚀问题。这些研究大多是从材料和统计分析角度进行的[2]，对如何从结构应用角度改善桥梁耐久性缺乏研究。

2)荷载标准。桥梁汽车荷载标准经历了从小到大发展过程，目前规范采用公路－I级、特殊车列等，虽然荷载标准提高了不少，但相对国外车辆荷载还很低。

3)设计方法。当前桥梁规范要求按承载能力和正常使用极限状态来进行桥梁结构设计，从定性和定量的形式上保证了桥梁安全性和适用性要求。桥梁设计倾向考虑强度更多而考虑耐久性少，耐久性更多的只是作为概念上受到关注，未进行全寿命设计。

4)施工工艺。在钢束张拉、管道压浆、钢筋、钢绞线保护和焊接工艺等方面取得丰硕的成果。

5)养护检测。已逐步撰写、修订和完善相应的养护、检测规程，制订了定期养护、检测的时间和方法。

3.桥梁安全性、耐久性差的主要原因

3.1 设计理论和结构构造体系不完善

要想确保桥梁的安全性和耐久性，首先要有科学可靠的桥梁设计。当前桥梁设计为了追求桥梁造型的美观，或是为了满足规范安全度的需要，而欠缺对桥梁结构体系以及日后使用维护的考虑。所以很多桥梁工程虽然在设计时满足规范要求，但在几年以后会出现耐久性问题。

3.2 施工和管理水平低

国内外大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时,出现了影响正常使用的病害与劣化;特别是一些桥梁在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题,这也与施工质量低下有重要关系,典型的问题有钢筋保护层不足及目前广泛存在于施工现场的严重的构件开裂问题(主要原因包括：水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等)[3]。

3.3 管理机制不完善，执法法规不严格

当前，虽然桥梁建设管理有一整套规章制度。但屡屡出现桥梁坍塌事故还是暴露出管理上的漏洞及制度不完善等问题。工程质量事故的责任落实情况不到位，事故造成的人员伤亡、损失的财产未得到合理赔偿，责任者未受到相应的处罚，这些管理机制和法规执行方面存在的问题。

4.提高桥梁结构安全性与耐久性的对策和建议

4.1 合理选择结构设计方案

合理的结构设计方案，可以有效提高桥梁的安全性和耐久性。桥梁的结构设计形式主要分为大跨度桥梁和标准跨径桥。在桥梁设计当中，应尽量采用标准跨径桥梁的设计方案，可以方便施工、节省造价、标准化规范化施工。在进行桥梁设计时要充分考虑到疲劳损伤和超载对结构的影响，以便提前采取预防措施对其进行处理。

4.2 在设计过程中科学使用材料

钢筋混凝土的质量和合理使用对桥梁的安全性具有极其重要的作用。钢筋混凝土的质量直接影响到结构的适用性、安全性和耐久性。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比、水泥用量、强度等级均对耐久性有较大影响。通过优化混凝土配合比设计可以提高混凝土抗腐蚀能力和耐久性。

4.3 桥梁设计中重视耐久性

桥梁建成使用期内需要经受风霜雨雪的考验，重压力的折磨，在现代社会甚至还有酸性物质的侵蚀等等，这些因素都应该在设计师的考虑范围内。尤其是对于大型桥梁大型工程的设计，其要求使用年限长，而且大型跨河跨江桥梁车流量大，冲击也大，加上这些桥梁位置基本都是重要的交通通道在使用年限内超负荷使用时常出现，其设计就应该特别注意[4]。

4.4 学习借鉴国外桥梁设计经验

国内的桥梁由于设计理念原因导致对桥梁耐久性考虑不足，而这个在桥梁设计上的不足优惠影响桥梁的使用寿命。欧洲一些国家比如德国在桥梁设计上对这方面的研究就很先进也很成熟，我们完全有理由借鉴其丰富的经验，正如邓小平所言“不管黑猫白猫能抓住老鼠就是好猫”，不管其设计如何，能解决桥梁使用中的这些问题我们就有必要学习研究。

5.结语

桥梁安全性和耐久性已成为迫切需要解决的问题，我们应该积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计，同时也需要研究疲劳和超载等因素对于桥梁结构耐久性的影响。

[1]徐凯东,李博.桥梁设计中的安全性和耐久性

[2]吴海军.桥梁结构耐久性设计方法研究[D].上海:同济大学，2007.

[3]魏松,陈祥晨.桥梁结构安全性与耐久性问题的思考[J].工程质 量.2010,(9)

[4]吴浩峰.疲劳损伤对道桥的危害[J].桥梁专刊2008

[5]Ang AH-S, Tang WH. Probability concepts in engineering planning and design. New York: Wiley; 1984.

TU7

B

1007-6344（2016）08-0074-01

黄亮(1993-)，男，江西抚州人，在读研究生，主要从事桥梁健康监测方面的工作