橋梁設計的耐久性和安全性研究

1、<p>　　橋梁設計的耐久性和安全性研究</p><p>　　摘要：在目前國內(nèi)大多數(shù)橋梁的設計中，都存在著過于重視強度極限狀態(tài)而輕視使用極限狀態(tài)和耐久度的問題，而在橋梁的生命周期中最為重要的恰恰就是使用過程中的性能表現(xiàn)。這種情況在一定程度上導致了我國近年來橋梁工程事故頻發(fā)、工程使用壽命縮短、性能變差等問題。因此加強多橋梁的耐久性和安全性設計具有重大的意義。本文首先分析了橋梁設計中耐久性和安全性缺失的原因

2、，然后闡述了橋梁安全性和耐久性設計中應關注的問題，最后提出了其保證措施。 </p><p>　　關鍵詞：橋梁；耐久性；安全性；超載；疲勞損傷 </p><p>　　Abstract: in the present domestic most of the design of Bridges, there is too much emphasis on the strength limit

3、state and despise using limit state and durability, and the life cycle of the bridge is the most important in the performance in the process of use. To some extent, this situation led to the frequent accidents in recent

4、years, bridge construction in our country, shorten the service life of engineering, and poor performance. Therefore strengthen more durability and safety of the bridg</p><p>　　Key words: Bridges; Durability;

5、 Security; Overload; Fatigue damage </p><p>　　中圖分類號： U442.5+9 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013) </p><p>　　橋梁設計中耐久性和安全性缺失的原因 </p><p>　?。ㄒ唬┰O計規(guī)范的先天不足 </p><p>　　結構建設過程中的各個方面工作都需要

6、有質量保證體系。其中最首要的即是“行為”的規(guī)范、規(guī)程、指南或標準。由于環(huán)境因素的認識較滯后，考慮結構對環(huán)境適應的耐久性提出的時間較遲。 </p><p>　?。ǘ┰O計中具體細節(jié)注意不夠 </p><p>　　具體細節(jié)方面的設計雖然繁瑣，但是保障設計的重要環(huán)節(jié)，需要設計人員不斷學習和積累經(jīng)驗。如：設計人員應結合橋梁所在地區(qū)的巖土工程環(huán)境類型、環(huán)境類別材料實際供應情況進行結構設計。超載現(xiàn)象在

7、我國公路運輸中較為普遍，汽車超載營運，會對橋梁結構長期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響，因此除了交管部門要加強管理外，設計時也需要對超載帶來的后果進行研究、分析。伸縮縫處空心梁預埋數(shù)量不足、樁基主筋保護層與建筑制圖不一致等諸多問題。 </p><p>　?。ㄈ┰O計人員學習、更新知識不夠 </p><p>　　目前國內(nèi)建設的現(xiàn)狀是工期緊，任務重，突擊建設。這導致設計人員整天忙于完成設計任務

8、，無暇認真研究新規(guī)范，學習新技術、新材料，往往是工程設計圖基本照搬以前的設計，略作修改，而設計規(guī)范不斷更新，結果要么就是設計與現(xiàn)行規(guī)范不一致，要么就是從規(guī)范上照搬幾條，而不考慮結構所處的環(huán)境、氣候、技術水平現(xiàn)狀，讓后邊的施工、監(jiān)理無所適從，從設計之初留下隱患。 </p><p>　?。ㄋ模┦┕すに嚭唾|量管理水平不高 </p><p>　　大量的在役橋梁在遠沒有達到預期使用壽命，就出現(xiàn)了影響

9、正常使用的病害劣化，有的甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴重的耐久性不足問題。國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與垮塌，已使工程界對橋梁耐久性問題倍加關注。這些與橋梁施工質量不高有重要關系，典型問題有混凝土保護層不足及構件開裂等。造成這些事故的主要原因包括施工控制不嚴、混凝土配合比不當及振搗不密實、缺乏養(yǎng)護、預應力施加不合理等。這些施工上所造成的內(nèi)部缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結構的長期耐久性產(chǎn)生非常嚴重的危害。因此，在橋梁建設中

10、應嚴格控制原材料質量和施工過程質量。 </p><p>　　橋梁耐久性和安全性設計應關注的問題 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y構的疲勞損傷 </p><p>　　風荷載和車輛荷載都屬于動荷載，它們會在橋梁結構的內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)變化的應力，由于橋梁的建筑材料既不均勻又不連續(xù)，因此往往存在著許多細小的缺陷，在循環(huán)應力的作用下， 這些原本細小的缺陷會逐漸放大并聚合，在引起結構

11、疲勞損傷的同時在材料內(nèi)部形成裂紋。如果不能及時地發(fā)現(xiàn)和控制它們，則容易造成災難性的后果。 </p><p>　　由于剛結構出現(xiàn)疲勞損傷并導致開裂和橋梁垮塌的案例較多，因此對于疲勞損傷的研究一直屬于剛結構橋梁的研究范疇。隨著橋梁技術的不斷發(fā)展，在20世紀90年代初，疲勞損傷的問題開始被納入混凝土結構橋梁設計者的研究范圍之內(nèi)，但大多集中于對某些關鍵部位的疲勞損傷的研究，如大跨度混凝土橋梁的拉索錨固端。所以在進行橋梁設

12、計時要充分考慮到疲勞損傷對結構的影響，以便提前采取預防措施對其進行處理。 </p><p><b>　　（二）超載問題 </b></p><p>　　造成超載的原因主要有三種：一是早期修建的橋梁已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代交通的要求；二是橋梁的車流量超過設計值；三是過往車輛違章超載。就目前的實際情況來看，后兩種情況在我國的公路運輸中比較普遍。 </p><p&

13、gt;　　橋梁的超載不僅會引起結構的疲勞問題，還容易在結構內(nèi)部造成不可復原的損傷，進而威脅到橋梁的安全性和耐久性。例如，當超載車輛經(jīng)過混凝土橋梁時，橋梁結構內(nèi)部有可能出現(xiàn)開裂，由于結構本身已經(jīng)受到損傷，因此其剛度和開裂彎度均會大幅下降，這樣一來，即使之后經(jīng)過車輛的載荷符合橋梁的設計標準，也會引發(fā)新的裂縫或擴大已有裂縫，進而對結構的實用性能和耐久性造成不利影響。因此在設計時，應充分考慮到超載可能帶來的后果，并采取相應的措施進行預防。 &l

14、t;/p><p>　?。ㄈ└又匾晿蛄旱哪途眯栽O計問題 </p><p>　　從結構和設計的角度及如何以設計和施工人員易于接受和操作的方式來改善橋梁耐久性。橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環(huán)境、有害化學物質的侵蝕，并要承受車輛、風、地震、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。如上世紀80年代以來，有多座橋梁因為拉索

15、的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經(jīng)濟損失。 </p><p>　　多關注總體構造和細節(jié)處理。結構的耐久性設計與結構設計有著本質的區(qū)別，耐久性的研究應可以采用灰色分析法從定性分析向定量分析發(fā)展。 </p><p>　　國外的橋梁設計有鑒于耐久性不足導致的嚴重損失，近年來十分重視提高結構物的耐久性并將其作為重要的設計原則，統(tǒng)一考慮合理的結構布局和構造細節(jié)，有些國家新建橋梁的耐

16、久性已能滿足75至100年的設計使用壽命。強調使結構易于檢查、維修，以保證橋梁的安全使用、盡可能地減少維修費用，取得了較好的綜合經(jīng)濟效益。 </p><p>　?。ㄋ模┘哟髮Σ牧系暮侠硎褂昧Χ?</p><p>　　鋼筋混凝土的質量和合理使用對橋梁的安全性具有極其重要的作用。鋼筋混凝土的質量直接影響到結構的適用性、安全性和耐久性。混凝土的耐久性主要取決于混凝土的材料組成。其中水灰比、水泥用

17、量、強度等級均對耐久性有較大影響。規(guī)范明確規(guī)定了不同使用環(huán)境下，結構混凝土的基本要求、對影響混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低強度等級、最大氯離子含量和堿含量做出了限制規(guī)定，這是規(guī)范對公路橋涵結構耐久性設計的基本要求，設計時必須嚴格遵照執(zhí)行。提高混凝土結構耐久性最關鍵的是以下兩方面： </p><p>　　加大鋼筋的混凝土保護層厚，保護鋼筋免于銹蝕。 </p><p>　　防止和

18、控制混凝土的裂縫。除按規(guī)范要求控制正常使用極限狀態(tài)的工作裂縫以外，更重要的是要采取構造措施，從根本上控制混凝土施工及使用過程非工作裂縫的大量出現(xiàn)。 </p><p>　　加強橋梁耐久性和安全性設計的保證措施 </p><p>　　（一）不斷更新設計理念 </p><p>　　從上世紀70年代后，國內(nèi)外專家在分析研究、認真總結經(jīng)驗教訓的基礎上，除強調結構設計和建造時期

19、的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外，逐步討論了結構在使用期間的檢測、維修、加固的新技術，對不同工程結構物的災害和可接受的危險水平和評估進行了深入研究，提出了耐久性設計的概念。結構耐久性設計所要解決的問題也就是經(jīng)濟、合理的使用年限問題，即結構壽命期問題。基于結構耐久性設計的新設計理念認為橋梁耐久性的保證是需要橋梁設計、施工、運營和維護各個階段共同努力的結果。 </p><p>　　（二）做好設計前的準備工作 &l

20、t;/p><p>　　為了確保公路橋梁建筑工程的質量和使用壽命，設計單位在工程中標后，需要及時組建專業(yè)勘察隊伍的對公路橋梁建筑工程施工范圍內(nèi)的地質條件和水文條件進行實地的勘察，確?？辈熨Y源的真實性和可靠性，為公路橋梁工程的設計提供更有價值的參考資料，為公路橋梁建筑工程的施工選擇出一條施工成本小、安全性能高的施工路線，設計人員在進行設計過程中，還需要對公路橋梁的施工形態(tài)、施工的具體方案、材料選用、后期養(yǎng)護等方面進行考量

21、，尤其是對公路橋梁的施工技術方面的設計更要嚴謹，確保公路橋梁的線性弧度、剪力以及基準線的科學性和合理性，確保公路橋梁結構性能的最大化、最高化，對公路橋梁的負荷承載能力進行科學、合理的設定。 </p><p>　?。ㄈ┎粩嗵岣呤┕す芾硭胶褪┕べ|量 </p><p>　　在施工時，要做到工藝先進可行、工序嚴格控制。對于梁段新舊混凝土結合面的鑿毛、模板接縫、混凝土配比進行嚴格檢查；對錨具下齒

22、板處混凝土加強振搗；對預應力張拉設備事先要標定、操作要準確，使預應力張拉、構件細部強度等方面都滿足設計要求。堅決杜絕施工工藝不當，混凝土配合比、振搗、預應力施加不合理，缺乏養(yǎng)護等問題的發(fā)生。 </p><p>　?。ㄋ模┘訌娺\營階段的管理和維護 </p><p>　　要解決橋梁耐久性問題，應加強對使用階段的管理和維護，要充分考慮超載對于預應力橋梁結構耐久性的影響，加強對車輛超載的管理，定期

23、對橋梁進行檢查。對橋面混凝土開裂較為嚴重、泄水管周圍浸水現(xiàn)象應引起橋梁養(yǎng)護者高度關注，重視對服役期橋梁結構評估，及時進行必要的維修和加固。只有這樣，才能從根本上提高橋梁使用性能和壽命。 </p><p><b>　　結語 </b></p><p>　　綜上，橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質量管理外，要從橋梁

24、設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計，同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響。設計人員也要注意自身理論體系的構建，用發(fā)展的眼光去看待橋梁耐久性的設計，在積極引進國外先進技術和工藝的同時在工作中深入研究、積極探索、勇于創(chuàng)新，力爭為我國橋梁的設計和建造做出更大的貢獻。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]陶金星.小