市政桥梁设计的安全性和耐久性分析

文/周平 中国建筑东北设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110003

1、市政桥梁安全性、耐久性较差的原因

1.1 桥梁设计结构构造措施不完善

总的来说，桥梁设计结构受到自然环境和外部因素的严重影响，因此在设计桥梁结构时必须考虑自然因素，桥梁设计结构的设计必须结合实际施工现场完成。但是在实际桥梁设计过程中设计人员往往过多的重视刚度问题，而忽视桥梁设计的安全性和耐久性，大多数的设计人员在进行桥梁设计时只是单个结构计算桥梁的整体耐久性，或是在设计中选择的钢筋混凝土强度并不符合实际要求，且钢筋截面尺寸较小，难以达到相应的尺度，以上等因素都将影响桥梁设计的稳定性和安全性。

1.2 缺乏合理的设计方案及结构体系选择

在市政桥梁设计中，我们要想提高设计质量，首先就应该选择一个既经济又合理的结构方案，采用规范的安全系数或可靠性指标，来保证结构的安全性，但是从目前市政工程桥梁设计的实际情况来看，很多设计人员在进行桥梁的设计时，大部分设计人员都只顾设计的独特性和新颖性，而忽略了其安全性的设计标准以及结构构造体系，其设计指标往往只能满足规范上对结构强度计算上的安全度要求，而不考虑从可能出现的问题方面去加强结构的安全性和耐久性设计，进而出现了有的结构整体性和延性不足、冗余性小，有的计算图式和受力路线不明确而造成局部受力过大，有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄等，这些都严重影响了市政桥梁的结构耐久性，直接为工程的质量埋下了安全隐患，而且目前大多数设计人员都仅仅依靠规范。但针对不同的环境和使用要求，对于结构体系的选择也是不一样的，设计人员应该结合实际情况，选择适合且合理的设计方案和结构体系。

1.3 施工和管理水平低

国内外多座桥梁的突然破坏与倒塌，已使工程界对桥梁安全性问题倍加关注。一般的看法认为当前的工程事故主要是野蛮施工和管理腐败所导致。对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，典型的问题包括材料强度不足和施工工艺不合格等；也有个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的管理问题，更是对桥梁安全造成致命的损害。

而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。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。

2、提高桥梁安全性和耐久性的措施

2.1 从设计概念上强化耐久性

在现有的情况下，安全性已经在我国的桥梁设计中成为了关注的重点，并在结构设计的环节对桥梁的安全性能进行了大力的规范，在这种情况下，在设计环节将桥梁的主要重心放在了承载性能上，这样一来就使得桥梁在结构上保证安全性能，但是依旧习惯性的忽视了桥梁的耐久性能。面对这种情况，必须要从理念上进行转变，强化耐久性能在桥梁设计中的重要地位，理清耐久性能与安全性能之间的辩证关系，做好设计工作的整体规划，强化桥梁结构设计的耐久性，只有保证桥梁的耐久性能，才能够从根本上使得桥梁的使用寿命得到延长[3]。

2.2 合理选用高性能材质

材质的选择也是提高结构耐久性的有效途径之一，在选材时选用屈服性能高、强度高、韧性强、焊接性能良好、耐腐蚀性强的钢筋将会使混凝土结构的耐久性大幅度的提高。在混凝土的选材上也要尽量选用性能较高的混凝土，面层混凝土选用环氧沥青混凝土不仅可以提高桥顶路面的耐磨性和密实性，同时也能够有效的提高路面的强度，减少对于内部结构的破坏。而对于处于水下的桥基础部分，则应该优先选用抗渗性能良好的混凝土，如果情况特殊需采用硅酸盐水泥，则水泥的标号应高于42.5，水泥含量要在370kg/m3，拌合时水灰比不应低于0.45。而对于现场拌合的混凝土则应该严格按照有害裂缝控制标准来制定配合比，如果施工过程需要选用碱性含量较低的水泥时，在集料的选择上要避免选用碱活性集料，尽量减少含有氧化镁、硫酸盐的膨胀性集料，碱性物质如生石灰等也要尽量避免混入到集料之中。由于氯离子是造成钢筋腐蚀的最大因素，因此在拌合混凝土时要保证氯盐含量少于水泥含量的1%，且在施工过程中要密实振捣，且不采用蒸汽养护。

2.3 重视对疲劳损伤的研究

市政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。由于市政桥梁所采用的材料并非是均匀性和连续性的，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、结构的损伤，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。

结语：

耐久性能以及安全性能是桥梁的两大命脉，只有把握好这两个方面，才能够使得桥梁得到根本上的优化。因此，在桥梁的设计环节中，应做好统筹规划，并将关注的重点聚焦到这两方面的问题上，这样一来，才使得桥梁工程获得明显的改善。