公路桥梁设计中的安全性及桥梁耐久性的分析探讨

Analysis and Discussion on Safety and Durability of Highway Bridge Design

1 引言

自20世纪末开始，我国公路桥梁工程进入快速发展时期，各类路桥工程的建设规模不断扩大。随着公路桥梁工程的运营，使用过程中需要面对各类复杂情况，桥梁耐久性会逐渐降低。而且，随着各类车辆的增加，桥梁承载能力面临越来越大的考验，各部构件的老化速度也在加快。为提升公路桥梁的安全性、耐久性，需要在设计过程中加以重视，采取有效措施解决可能面临的问题，从而保证公路桥梁工程建设质量。

2 造成公路桥梁设计过程中存在的安全性、耐久性问题的主要原因

2.1 设计理论体系存在缺陷

当前，公路桥梁工程设计理论更多的是针对桥梁静态结构的设计，各类设计理论体系对路桥工程完工后的性能参数关注比较多。然而，对于桥梁工程材料、结构的物理性能、力学标准随结构使用发生的变化缺乏分析，对公路桥梁静态结构设计建造成本关注比较多，对桥梁运营过程中的成本问题重视不够【1】。

2.2 设计理念更新不及时

我国公路桥梁工程建设水平不断提升，设计流程、技术也在逐步完善，但由于受传统设计理念影响，各类新型设计理念的接受程度不足，设计流程还需要不断完善，造成公路桥梁的结构性设计仍存在较大缺陷。实际开展桥梁工程设计工作中，更多的设计人员只考虑桥梁的安全性，将安全系数调整到较大层级，但对于桥梁结构的整体耐久性考虑不足，对于设计方案的优化意识不足，没有合理控制桥梁构造体系及应力体系的合理转变。

2.3 设计方案缺乏科学性

在进行桥梁工程设计时，先要确定一种在经济方面、技术方面都可行的设计方案，并选择相关规范和标准要求的安全系数来保障桥梁工程的安全性。但是，我国在桥梁工程的设计方案选择方面仍存在需要改进的地方。在进行桥梁结构设计时，桥梁工程师一般仅考虑桥梁结构保证安全所需要的强度大小，而对桥梁工程的结构体系、结构材料、结构耐久性以及桥梁工程运营使用期间可能发生的人为因素和不可抗力因素对公路桥梁安全性、耐久性的影响重视程度不够。比如，在设计桥梁工程施工方案时，桥梁工程师未对桥梁结构表面混凝土材料的厚度做统一规定，可能导致桥梁工程在施工完成后，桥梁结构表面的混凝土出现厚度差异性较大的现象，在桥梁投入运营后可能会因压力过大而出现混凝土板断裂或桥梁坍塌等病害，这样就会在很大程度上降低公路桥梁安全性和耐久性【2】。

2.4 设计规范性不充分

当前，我国对于公路桥梁工程设计的方案、标准中不仅有过去成功的经验，也有新制定的各类要求，这些项目更多的是对过去工作的总结，而我国桥梁工程建设环境复杂多变，在进行设计时需要对工程实际情况进行分析，改善标准、经验中的不合理问题才能更好地提升桥梁工程的安全性、耐久性。但实际操作过程中却不能有效开展工作，导致桥梁设计规范性较差，部分设计人员主观性较强，不能严格依照设计标准、规范开展工作，导致公路桥梁设计规范性差的问题。

3 改善公路桥梁设计安全性、耐久性的方法

公路桥梁工程建设期间，建设单位应从设计环节开始就要关注桥梁工程的安全性、耐久性，向各设计人员提出设计桥梁安全性、耐久性的工作要求，针对已有设计方案进行经济、技术方面的优化，促进公路桥梁设计方案能够更好地适应和满足建设单位需求。一般情况下，改善公路桥梁设计安全性、耐久性的方法主要包括以下4方面。

3.1 做好结构设计准备工作

关注公路桥梁工程前期设计准备工作，选择具备相应资质的人员、机构对施工区域进行深入、细致的水文、地质勘查工作，充分掌握该区域的水文、地质状况，了解地下水赋存、区域环境气候变化等规律。将公路桥梁后续维修保养可能出现的风险问题进行分析，在设计过程中就深入研究、考虑，针对各类问题提前准备解决方案，最大限度地改善桥梁结构设计方法，保证设计安全性、耐久性【3】。

3.2 考虑路桥疲劳损伤问题

公路桥梁运营过程中会遭遇有害物质侵蚀、气候温度变化的影响，而且还要承载车辆行驶、超载的荷载，地震、风、雨、雪以及其他各类人为因素。这些要素都会造成桥梁内部出现循环应力，不仅造成桥梁结构出现共振，还会引起桥梁内部出现疲劳损伤问题。疲劳损伤、结构振动不断积累会破坏桥梁整体，内部损伤的宏观表现为表层的裂缝，若能及时对公路桥梁进行疲劳、损伤监测，对桥梁结构表面裂缝进行合理控制，就能避免桥梁结构、材料出现断裂问题。在公路桥梁设计工作过程中，需要重视桥梁结构疲劳损伤问题，关注整体结构变化，关注桥梁结构个别构件可能出现失效的问题，对桥梁混凝土结构的疲劳损伤、钢筋构件腐蚀问题进行深入研究，以便在设计过程中有针对性地选择有效措施，及时予以规避。

3.3 关注桥梁频繁超载问题

公路桥梁实际设计过程中需要了解该工程中的超载原因，以便选择最优化的处理措施。一般情况下，公路桥梁的超载分为3种情况：公路桥梁运营时间久、超出设计车流量、车辆频繁违规超载等。公路桥梁内部结构会由于较为频繁从超载问题积累出较为严重的结构性损伤，最终甚至无法进行修复。即使桥梁后续运营通车总量满足设计车流量标准，且车辆都能合理控制载重量，不存在超载问题，随外部因素变化，桥梁结构内部的应力分布也会出现各种类型的变化，最终对公路桥梁的安全性、耐久性产生影响。桥梁结构在外部荷载作用下，可能出现面层开裂等问题，即使后续外在荷载卸除，表面的开裂问题已经形成，内部结构出现损坏，无法自行恢复，桥梁构件开裂的弯矩也在减小、强度也在下降，最终出现较大的形变或缝隙，严重影响公路桥梁的安全性、耐久性。因此，必须充分关注公路桥梁频繁出现的超载问题，合理控制车流量，做好车辆违规超载情况的管控【4】。

3.4 研究安全性、耐久性设计关键技术

在进行公路桥梁设计过程中，需要深入研究涉及安全性、耐久性的关键性技术。严格依照工程标准、规范要求，确定公路桥梁的安全性、耐久性参数，明确各类施工技术工艺的选择标准；通过对公路桥梁结构整体性进行分析，有效控制各类材料的选择、配制；通过对公路桥梁安全性、耐久性技术进行深入研究，做好数据分析、处理、保存，为实际设计工作提供有力条件。

4 结语

公路桥梁建设单位需要对安全性、耐久性予以充分重视，从根源上进行管控，积极引进先进的设计理念，不断强化设计环节中的各类安全性、耐久性要素。掌握公路桥梁设计过程中安全性、耐久性问题，采取有效措施进行处理，提高公路桥梁整体建设质量。