公路桥梁设计安全性及耐久性的研究

刘 明

(东营市公路勘察设计院有限公司，山东 东营 257091)

0 引 言

作为公路桥梁工程质量的评价指标，影响安全性与耐久性的因素来自各方面，有来自外界的因素，如人为因素及不可抗力因素，以及内部因素，如桥梁结构自身的材料性能退化等。受到这些因素的影响导致桥梁的安全性以及耐久性不断的降低，就会有各种隐患的存在，甚至导致桥梁发生病害，产生重大的损失。而现阶段在公路桥梁设计工作中针对耐久性与安全性的研究深入程度较浅，对公路桥梁设计安全性及耐久性进行研究是非常有必要的，具有重要的意义。

1 公路桥梁设计安全性与耐久性现状研究

1.1 公路桥梁设计安全性与耐久性现状

1.1.1 设计理念落后

由于一些历史原因，我国的桥梁设计理念较为保守，与国外的先进理念相比还是有较大的差距，采用的也是传统的流程，在进行桥梁设计时首要考虑的是保证桥梁结构的安全，往往对安全系数的取值特别大[1]，经济合理性方面较差，对耐久性方面考虑的也并不充分。而且由于多方面的原因，导致许多从业人员的设计工作按部就班，流水化作业，对桥梁设计方案进行优化的意识不足。

1.1.2 设计理论不完善

当前的公路桥梁设计理论只基于桥梁进行静态设计，针对桥梁在建设完工时的各种力学性能进行简单的定义，但是未考虑桥梁的动态设计，即在运营期内随着时间的推移桥梁结构材料的力学性能逐渐变差的情况考虑不足。而且，从成本控制的角度出发，当前桥梁的设计理论只针对桥梁在建设期间的成本进行了考虑，并未对后期运营期间的养护及维修成本进行重视。

1.1.3 设计方案不合理

在进行桥梁设计时，应该从技术上可行、经济上节约出发来进行设计方案的制定，并以相关的规范及标注的要求来进行设计安全系数的选取。但是在目前桥梁设计工作中对设计方案的选择上经常考虑不周，对安全性方面考虑的基本都是比较充分的[2]，但是对桥梁的结构体系、材料、耐久性以及在建成之后的运营期间由于人为因素或不可抗力因素等对桥梁的影响则考虑不到位。这样就常常会导致桥梁在建成之后运营期间由于受到来自各方的因素影响，安全性及耐久性降低的现象发生。

1.2 公路桥梁的安全性与耐久性影响因素

1.2.1 设计因素

“重研究、轻实践”是现阶段的公路桥梁设计中普遍存在的一种现象，针对理论方面的研究有一定的深入，但是实践经验并不丰富。作为一名优秀的桥梁设计师，不仅仅设计理论知识的储备要丰富，还需要有一定的桥梁施工经验，这样在设计中才能进行多方位的考虑。但是在进行实际操作时候，大部分的设计师都很注重对桥梁的结构强度进行计算分析，而对桥梁在施工以及后期运营过程中受到来自各方面因素的影响导致的质量问题重视程度不足。同时，设计师在进行设计时对桥梁综合性能的考虑不充分，主要侧重于其中的几项指标，而对其他的指标重视程度不足。

1.2.2 施工因素

影响桥梁的安全性及耐久性的施工因素主要有以下几方面：

(1) 施工单位技术水平不足。施工单位的施工经验与技术水平不足就会导致在进行桥梁施工时对关键节点以及重点难点工作做不到位，导致存在质量隐患。

(2) 施工操作不规范。由于施工单位自身技术交底不到位或者施工过程中的监管不到位，施工人员偷懒等因素的存在，在施工过程中存在一些如预应力张拉不到位、混凝土养护不到位等不规范操作现象。

(3) 偷工减料现象。有些施工单位为追求利益的最大化，在工程质量上动歪脑筋，采取一些歪门邪道的手段，偷工减料、以次充好。

2 公路桥梁设计安全性与耐久性改进措施

2.1 重视勘察工作

勘察资料作为桥梁设计的一项重要依据，其真实性以及准确性对桥梁设计工作具有很重要的影响。在进行桥梁设计之前，设计师要根据桥梁建设区域的勘察资料进行详细的分析，充分考虑已经探明的各种不利地质因素，在设计中要针对这些因素采取必要的措施以避免其对桥梁的影响。

2.2 转变设计理念

作为桥梁设计工作的重要指导，设计理念在桥梁设计工作发挥着重要的作用，传统的桥梁设计理念重视结构的安全，存在许多的弊端。对理论的研究进行加强，对设计理念进行完善和转变，对先进的设计理念要充分吸收，并与实践经验相结合。对桥梁的设计要从安全性与经济实用性两个方面出发，不仅仅要保证桥梁的安全性及耐久性，对其成本控制方面也要多做考虑。

2.3 重视结构选材

材料对桥梁结构的安全性与耐久性方面的影响很大。在进行桥梁设计时要重视结构材料的选择，并结合桥梁的设计要求以及当地的气候条件等因素，对结构材料的强度提出相应的要求，确保桥梁的工程质量达标。

2.4 重视疲劳损伤设计

在运营期间，桥梁所承受的荷载会呈现出循环变化的应力，这种应力会触发桥梁结构的振动，长时间的作用下就会导致桥梁结构出现疲劳损伤[3]，而这种损伤累积到一定程度之后，就会导致桥梁结构出现裂缝。桥梁结构的早期疲劳对结构具有极强的破坏能力，一旦造成损害就会出现很严重的后果，桥梁坍塌事故的一个重要起因就是由于结构发生疲劳损伤导致的。因此在进行桥梁设计时要对结构的疲劳损伤问题格外注意，防止出现疲劳损伤。

2.5 重视超载现象

虽然交通部门对超载现象的治理力度很大，也出台了相应的管理政策法规，但是由于我国地域幅员辽阔，交通网络错综复杂，因此目前交通运输中的超载现象仍然屡禁不止，尽管出台了相应的政策并积极采取措施，但是对超载现象的控制还是有限的。

基于实际情况，超载现象主要表现在以下两个方面：

(1)桥梁本身的载荷超出了预期设计荷载能力。在进行公路的建设时，桥梁的设计荷载能力在经过几年的运营之后由于交通量的增大，桥梁在运营期实际承受的荷载已经超过了其预期设计荷载，导致桥梁在超负荷的状态下进行运转。

(2) 车辆超载。由于个别大货车为追求经济利益而超载的运输，一般而言只要车辆的超载还在桥梁的可承受范围之内，对桥梁的安全性和耐久性的影响还是在可控制范围以内，但是当车辆超载很多或者频繁的有超载车辆驶上桥梁，就会对桥梁结构产生较大的影响，极可能导致桥梁结构发生严重破坏导致其倒塌。近年来，由于车辆超载导致桥梁倒塌的事故层出不穷，如图1所示，在2019年10月10晚，无锡市G312国道高架桥由于运输钢材的车辆严重超载而倒塌。

图1 无锡G312国道高架桥倒塌事故

2.6 重视后期养护

在公路的运营期，做好养护工作，对发现的安全隐患及时地进行维修，能够规避掉桥梁的绝大部分问题。而且公路桥梁在运营期间受到的破坏时来自各方面的，不仅仅会受到来自载重车辆所导致的破坏，自然环境对其产生的侵蚀作用也是一个重要的破坏因素。因此，对公路桥梁做到定期的巡检，及时地进行维护可有效地减小其受到的破坏，确保安全性和耐久性。

3 结束语

作为公路的重要组成部分，桥梁在交通运输中发挥着至关重要的作用，对其安全性和耐久性问题进行研究具有重要的意义。本文以公路桥梁设计的安全性及耐久性为研究对象，针对其设计工作的现状进行了研究，并从不同的两个方面对影响其安全性和耐久性的因素进行了分析，并提出了一些改进的措施。能够对公路桥梁设计工作中安全性和耐久性问题提供一些建议和参考，可对公路桥梁的设计工作提供一些指导意见。