桥梁设计中的安全性和耐久性问题分析

任天宏 济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司

随着社会与经济的不断发展，交通运输设施的建造成为我国重要的发展方向，桥梁工程作为其重要的组成部分，对交通运输的质量有直接影响。因此，设计人员应重视桥梁设计工作，针对设计中存在的耐久性、安全性问题，基于准确的分析结果，结合设计与建设质量的相关要求，提出可提升安全性、耐久性能的必要措施，以延长路面的使用寿命，保证桥梁运行的安全性。

一、桥梁设计安全性和耐久性的基本要求

在桥梁及公路设计的过程中，项目施工环节受地形及其他环境影响，无法保证设计的结构准确应用于实际地形中。为提升桥梁设计的精准度，应充分考量设计环节中涉及的材料及结构方面的问题，制定科学合理的方案，提升公路桥梁的安全性和耐久性。在桥梁建设过程中应考虑跨度连续梁结构及城市分布等方面，保障整体设计图纸的作用效果，考量周边居民或其他生活环境对桥梁建设的影响。在设计桥梁的过程中，须做好地基处理工作，地基采取的方案应准确配合实际地形结构，确定使用基础结构的方式，选择节省人力、物力资源的施工具体方案，保证基本结构建设的完整性、可利用程度对应后续工程的建设，保证附属设施铺设安装的具体效用。由于施工过程部分工作需要在野外完成，外界环境具有不可控的特点，要求施工作人员选用先进的技术，在保证自身防护工作的完备性的基础上，有效应对恶劣环境带来的不利影响，同时配合使用便于运输的设备，提升桥梁建设的质量和设计的科学性。

二、提高桥梁设计安全性与耐久性的措施

（一）抗震结构设计

在桥梁抗震设计中，可通过创建有限元模型检查地震模型横截面最薄弱的部分。在应用过程中，利用SAP2000有限元分析软件构建几何模型，输入桥梁材料属性、截面属性、单元属性、工程进程及反应谱等，通过动力特性分析、时程分析、反应谱分析的计算模式，输出该桥梁设计中的地震响应、滞回曲线等。按照地震要求进行桥梁结构计算，以此对其他部分进行抗震分析，保证其符合抗震要求。

（二）抗疲劳损伤设计

桥梁施工后需要吸收的动态负载量过大，不可避免地会产生疲劳损伤。当前大部分桥梁工程选用混凝土、钢材等材料，这些材料具有不规则连续性，易产生裂缝，项目如若未能及时处理检测，则会影响其安全性。因此，本工程中要求设计人员对工程疲劳参数认真进行计算与验证，多方位模拟混凝土的抗压性、抗侵蚀性，以多角度试验考察获得的混凝土质量比，通过冲击试验，确定常温下钢材存在脆性，所以，为保证桥梁安全，选择低系数、低韧性材料，为结构安全性提供支撑。

（三）提高载荷能力

在桥梁工程中，荷载能力对其耐久性、安全性具有较大影响。市政道路普遍存在超载情况，外部压力过大，超过路桥承载力，则会引发质量问题，进而导致耐久性与安全性降低。因此，在该工程设计中，应当提高桥梁承载力，在了解工程通行量的基础上，通过限重、限高方式应对超载情况，以免造成桥面损伤。并且设置专用公交车道，分散路面压力。

（四）增加混凝土保护层

保护层作为保护混凝土与钢筋之间黏结强度的屏障，同样可保护钢筋免受腐蚀，避免有害介质入侵至内部。经研究可知，扩散氯离子至钢筋表面时间与保护层厚度成正比，扩散二氧化碳速度也与保护层厚度有密切联系。通常，保护层越厚，则钢铁表面免侵蚀时间越长，可降低钢筋腐蚀率，提高耐久性。因此，工程中可适当增加混凝土保护层厚度，以提高其结构耐久性。本工程在材料选择中，应用高性能混凝土，且在路面上采取环氧沥青混凝土，以增强其密实度与耐磨性。

（五）结构与构件选型

选用箱型截面，以提高整体结构刚度，减少疲劳振动。选用全预应力结构，在主桥结构的水平及垂直构件上添加预应力，以避免出现结构性裂缝。在设计构件断面中，选择恰当的钢筋间距，以适应混凝土骨料粒度、强度及密度分布，棱角外观断面也应当增强混凝土密度强度。桥梁结构设置抗剪切、防渗透与拉伸的防水层，沥青混凝土与防水涂层两者之间的附着力需大于钢筋混凝土与沥青混凝土路面之间的附着力。伸缩缝作为桥面设计的重要部分，对桥梁灵活性具有直接影响，工程中选用横向且两端有翘头的伸缩缝，整体结构构成闭合良好的U形槽，以避免桥梁伸缩缝排水泄露至墩盖梁上。并且，在铺装桥面顶面时，特别是连续梁负弯矩截面，需做好防水层设置，以免梁内渗水，设计排水需在伸缩缝环节加强。

（六）优化施工工艺

在摊铺施工前，应当做好系统全面检查，内容涉及摊铺机械与路面基层，在使用摊铺机械前应做好预热处理，设定时间超过1 h，实际温度超过100℃。此过程中，重点在于检查摊铺机械，保证振捣装置始终处于有效工作状态，保证路面达到设计平整度、高度及密实度，在摊铺路面中应选用改性粉质黏土，且保证其具有可摊铺性，以免产生整车料或大面积麻面问题。当做好摊铺检查后，即可展开摊铺作业，现场安排1~2人负责检查，防范施工人员、车辆及其他机械碰撞钢丝或支撑杆，开始摊铺施工时，需检查混合料温度确保其超过150℃，以提高施工质量。

三、结语

综上所述，为满足时代发展，我国道桥梁梁建设规模及数量不断增加，促进了我国经济发展，改善了城市交通。但是，道路桥梁在建设中也存在一定的风险，在设计中应结合实际情况，从抗震性设计、抗疲劳损伤设计、提高载荷能力、增加混凝土保护层、结构与材料选择及优化施工工艺这几方面出发，提高桥梁工程安全性及耐久性，以提高工程质量。