公路桥梁设计中的安全性及桥梁耐久性研究

吴亚飞 李云龙

淄博俊发重型钢结构工程有限公司 山东 淄博 255000

我国每年交通事故造成了大量的人员伤亡，造其中公路桥梁工程建设的耐久性以及安全性出现问题是导致交通事故出现的重要原因。所以，这就要求工程设计人员在公路桥梁工程的设计过程中，充分重视其耐久性和安全性，以保证公路桥梁安全有着较可靠的保障。

1 我国公路桥梁设计安全性及耐久性现状及其重要意义

1.1 我国公路桥梁设计安全性及耐久性现状

目前，公路桥梁设计中存在的问题对公路桥梁建设的发展造成了严重的制约。桥梁的强度设计一向受到重视，在设计中也得到了全面的考虑，然而桥梁的耐久性却被严重的忽视了。强度极限会对桥梁的安全性和可靠性造成较大的影响，但是如果桥梁的强度极限得到了满足，使用极限也必须引起我们的重视，这也会对桥梁的整体生命周期有着密切的关系。另外，在公路桥梁计中，对于公路桥梁建成后的可维护性也没有重视起来。不仅桥梁的设计和施工会对公路桥梁的使用寿命产生影响，公路桥梁的后期维修养护工作也是影响桥梁使用寿命的重要因素，因此如果桥梁的维修养护工作不到位，不仅其使用寿命会明显缩短，更容易造成安全事故的发生。所以，为了使得这些问题得到有效的解决，必须在桥梁的设计环节入手，对桥梁的设计进行优化，在设计过程中融入安全性和耐久性理念，从而使得公路桥梁的安全有着可靠的保障。

1.2 我国公路桥梁设计安全耐久的重要意义

公路桥梁是公路跨越河流、山谷具备承载力的专门工程，可以把不同地面交通很好的连接起来。在改革40年来，随着我国公路建设的迅速的发展，其规模、数量都得到了迅速的提高。在社会经济迅速发展的背景下，对公路桥梁的质量、功能的于要求也在不断提升。特别是公路桥梁的安全性与耐久性会对桥梁的后期的使用产生深远的影响，更是在桥梁设计中起到了重要作用。公路桥梁安全性受到了桥梁结构和承载能力的影响，我们在评价桥梁质量时，需要从其结构合理性、结构重要系数等方面着手进行评定，针对桥梁的应力、扭矩通过安全模型、采集数据样本进行分析。公路桥梁的耐久性就是一般情况下桥梁可以正常使用的时间、频率和次数。还可以从理论的视角对建筑桥梁的材料、工艺展开分析。因此，公路桥梁的安全性、稳定性是同一问题的不同层面，这两个层面任何一个出现问题，都会对桥梁的使用带来严重的后果。

2 我国公路桥梁设计中存在的问题

2.1 设计理念滞后

我们纵观全球的公路桥梁设计可以发现，路桥建筑工程架构的施工水平一直在不断的提高，桥梁架构也有了比较健全的规划流程。不过国内受到原有体制的影响，在公路桥梁设计中一直没有融入全新的规划理念与流程，绝大部分公路桥梁的设计依旧沿用传统的规划理念，因此国内桥梁架构规划设计人员的的思想整体相对比较保守。在规划公路桥梁架构的过程中，设计人员往往只关注工程运作的安全性，即选择的安全系数比较优异，但是对整个项目的耐用性没有引起足够的重视，而且路桥工程规划人员缺乏调控意识，这也造成了公路桥梁项目规划无法满足工程建设的真实需求。

2.2 设计方案审核不严格

公路桥梁设计是一项比较复杂的系统工程，为了公路桥梁的质量有可靠的保证，施工之前必须严格审核设计图纸和施工方案，进而对公路桥梁设计效果进行严格的管控。在审核设计方案的过程中，施工材料、结构安全、桥梁设计的整体性进都是必须严格审核的内容，我们必须保证施工内容与公路桥梁建设规定相符合[1]。与此同时，还应对设计方案中存在的漏洞和不足进行严格检查，并马上就地整改和完善。在公路桥梁设计中，如果不严格按照标准对设计方案进行审核，造成其中存在的问题不要能被及时的发现，这样设计方案的科学性与合理性就失去了可靠的保证。在公路桥梁的具体设计中，设计与审核没有被严格区分开来，未聘请专业的审核人员对设计方案进行审核，造成设计方案存在问题无法得到有效的解决，这都对公路桥桥梁的安全性和耐久性造成了不利的影响。

2.3 公路桥梁结构体系设计不科学

公路桥梁在设计过程中，必须以其具体结构为基础，使得桥梁结构与连接构件合理的连接起来。与此同时，也写桥梁设计选择的施工材料质量没有保证，造成桥梁的结构体系的安全系数不合格，使得桥梁的整体以及局部材料安全不可靠，使公路桥梁结构构造不符合设计标准，进而全面对桥梁的耐久性与安全性造成了不利的影响。在具体的设计过程中，对桥梁结构的整体性、结构构件的安全系数没有从宏观上统筹考虑[2]。在计算受力情况的时候，对计算结果没有严格的审核，设计方案中没有明显的受力标识，造成路桥一些构件的受力失去了可以承受的标准。一些桥梁工程的上下部结构设计不符合安全标准，都是公路桥梁缺乏的耐用性和安全性的重要原因。

3 公路桥梁设计中安全性和耐久性存在问题的原因

公路桥梁工程建设质量的指标存在多样性，安全性和耐久性是两个非常关键的指标。桥梁的混凝土结构老化、结构的耐久性下降都是其耐久性差的重要表现。如果桥梁结构的密实性较差，在设计没有设定混凝土合格的标准参数，施工过程中又没有严格的监督，就会造成桥梁出现裂缝。还有一个碳化问题，如果桥梁的结构内部出现损伤，钢筋表层出现破损，就会被锈对结构的耐久性产生不良的影响。如果出现这些问题，就说明路桥设计存在问题，对工程施工建设产生不利的影响。在公路桥梁设计过程中，公路桥梁结构的静态设计往往是设计阶段重点考虑的问题，需要对桥梁的力学、物理、材料等方面的因素统筹考虑，但是对建成以后的后期维护往往没有引起应有的重视，这也是一些桥梁的耐久性和安全性不足的重要原因。随着当代建筑科技的不断进步，公路桥梁合计的理念也在不停的变化，对桥梁的安全性考虑较多，因此在设计中往往会选择较大安全系数，但这对桥梁结构的耐久性是非常不利的，公路桥梁的设计是一项复杂的系统工程，桥梁的技术工艺、经济性、安全性的数据参数必须严格的加以控制，这样才会使得桥梁的建设质量有着可靠的保障[3]。在公路桥梁设计过程中，设计团队习惯于借助提升结构强度来加大结构的安全性，但是对于结构的耐久性、材料性能、结构布局和桥梁建成后的环境和人为因素没有全面的加以考虑，一些细节问题没有按照规范进行科学的设计，这都对公路桥梁后续工程质量造成了非常不利的影响，是公路桥梁的耐久性和安全性存在问题的重要原因。

4 公路桥梁安全性和桥梁耐久性设计的意见和建议

4.1 设计理念

要注重在公路桥梁设计中引进和培养专业、创新人才，要用最前瞻的理论影响他们的设计理念，多提供理论联系实践的机会，确保他们设计出最佳的方案。在具体的设计中，他们要把注重桥梁安全耐久的设计理念贯穿始终，将桥梁的安全耐久使用作为重要的设计指导原则，严格按照规范标准进行设计，必要的时候可以对一些标准进行调整。设计理念必须与施工技术密切结合，严格规范设计指标，在保证桥梁安全耐用的基础上，兼顾结构强度。安全耐用是建筑工程本质内容，与工程质量存在密切的关系，与我国公路交通事业发展的命脉密切相关。因此我们必须用最科学的设计理念作指导，保障公路桥梁的质量与安全稳固不出任何问题。

4.2 材料选用

对于公路桥梁来说，混凝土的使用可以对其安全性和耐久性最重要的影响。混凝土的种类极为复杂，因此我们在选择材料的过程中要注意发挥其特性，保证桥梁的安全性和耐久性，高性能混凝土是公路桥梁建设的首选。与传统混凝土相比，高性能混凝土性能突出，使用起来更加高效，而我们在设计中也要融入绿色观念，选择更具时代特征的绿色高性能混凝土。不紧要关注其耐久力，能够有力的支撑桥梁，而且要注重其环保性能，这也有利于提升桥梁的耐久性，传统混凝土中需要对硅质原料和钙质原料高温煅烧才能生产出来，生产工艺复杂，需要消耗大量的资源，如果我们在设计中选择绿色高性能混凝土，其生产采用无熟料水泥或是免烧水泥，不仅节约了大量的成本，而且在坚固性和耐久性方面更胜一筹。

4.3 桩基设计

桩基的设计关系到公路桥梁安全性和耐久性，所以，在桥梁的设计过程中，设计师必须充分把握桩基结构设计细节，认真考虑其稳定性和安全性参数。公路桥梁需要承受的荷载是较大的，设计时要对施工地的地质参数提前调查了解，然后得出桩基最大承载力，这就对后期的设计有了数据可以参考。同时也要在设计方案中注明桩基需要实施静荷载测试，以保证桥梁的安全耐久性符合要求。

4.4 抗震设计

抗震设计是公路桥梁工程建设另一项重要的内容，一般桥梁工程设计细则中都会对抗震设计要求做出明确的规定，这就给桥梁的结构整体设计中以明确的参考。尤其是在桥梁的深基础设计中，桩基建设必须渗透液化土层，这样桩基埋设的稳定性在桥梁施工过程中才会有可靠的保障。对于浅基础的小桥工程，要做好基础设计工作，桥梁结构纵向的强度要求提前设计清楚，避免梁端在建成后发生位移，对桥梁的安全性耐久性带来不必要的干扰[4]。

4.5 疲劳损伤设计

公路桥梁投入使用后，外界环境变化会对其安全性耐久性带来较大的影响，同时随着桥梁承受载荷的持续增加，人为和自然因素也会使得桥梁结构内部产生循环应力，导致桥梁结构发生共振，进而出现严重的疲劳损伤现象。这一问题如果得不到有效的解决，就会导致桥梁的损伤持续发酵，一旦突破了桥梁承受力的最大值，桥梁就会出现裂缝等安全问题，严重甚至会造成桥梁坍塌，对桥梁的耐久性和安全性造成了严重的破坏。公路桥梁的疲劳损伤在前期是比较隐蔽的，而而且是一个日积月累的漫长过程，但对使用安全产生的影响是比较严重的。如果能我们可以实时监测公路桥梁的疲劳损失情况，路桥结构的裂缝等安全问题就可以得到有效的解决，桥梁的安全和耐久性就有了可靠的保障。因此，在公路桥梁设计的过程中，疲劳损伤问题必须引起我们的高度重视，桥梁的结构设计要对整体的构件变化加以关注，要做好构件的腐蚀和疲劳损伤的分析工作，并在设计方案中对这些问题进行优化改进。

4.6 预防超载设计

公路桥梁一旦投入使用，其需要承载的负荷数量是较大的，在桥梁的使用过程中，极易发生超载问题，这也是公路桥梁设计安全耐久必须考虑的一个重要问题。一般来说，车辆的违规行驶、车流量超标、使用年限超标等因素都是造成公路桥梁超载的重要原因[5]。虽然选择优质的混凝土有利于提高桥梁的安全耐久性，但一旦超载情况出现，就会对公路桥梁的耐久性产生严重的负面影响。如果超载问题经常出现，桥梁的结构就会出现累积性损伤，严重的话就会造成桥梁报废不能使用。此外，公路桥梁在进入使用环节，必须提前设计好能够承受的最大车辆行驶的流量，如果流量超标，桥梁的结构应力也会随之发生改变，结构部件的弯矩出现改变，桥梁结构产生形变出现裂缝，或者是逆向无法恢复的损伤，对桥梁保持耐久性和安全性但是非常不利的[6]。所以，在设计公路桥梁的过程中，预防超载问题是一个需要重点关注的问题。在桥梁的设计必须提前制定好并加入预防超载措施，这样桥梁的结构设计就会更加的科学合理，一旦出现超载问题也可以得到很好的解决，做好预案对桥梁的耐久性和安全性起到可靠的保证作用。

4.7 关键技术优化设计

为了在公路桥梁设计过程中提升其耐久性和安全性，我们在设计环节要尽量选用先进的技术，运用到桥梁的设计过程中，可以显著的提升桥梁安全和耐久性的设计水平。根据工程建设中的严格要求，对相关的参数进一步明确，设计方案中体现出对施工工艺的合理化选择，积极的使用先进的技术，使设计中的关键环节得到不断的改进优化，充分运用大数据和信息化手段对桥梁的耐久性和安全性进行分析，并对其进行量化处理，使得桥梁的安全性和耐久性的设计质量有了可靠的保障[7]。

5 总结

由上可知，我国公路桥梁在安全性及耐久性设计方面还存在一些不容忽视的问题，很多因素会对其设计的安全性及耐久性产生影响，我么必须将其视为一项系统工程，从诸多方面采取有效的措施，全面优化我国我国公路桥梁安全性和耐久性设计，有效强化我国公路桥梁的安全性和耐久性，最终推动我国公路桥梁安全性和耐久性达到更高的水平，为我国路桥工程事业的发展做出自己应有的贡献。