对桥梁设计安全性和耐久性的思考

顾明道

【摘要】高水平、高性能的桥梁是公路质量的一个重要考量要素，因此桥梁设计的安全性和耐久性就显得更加的重要。笔者在文中结合多年的施工实践，从目前桥梁设计普遍存在的问题入手，分析原因，寻求公路桥梁安全性与耐久性的设计方法。

【关键词】桥梁设计；安全性；耐久性；思考

公路出行还是目前人们出行的最重要方式，随着我国的公路里程不断增加，公路桥梁的数量也不断增多。要提高公路桥梁的质量，必须加强工程前期的设计，在安全性和耐久性上做足功夫。

一、桥梁设计安全性和耐久性存在问题及原因分析

1、安全性和耐久性不能很好结合。在公路桥梁的设计中，设计人员往往受功利思想影响，把公路桥梁安全性的设计放在首位，只要项目安全就行，桥梁建成后耐久性一时也看不出来，因此忽视了耐久性设计。导致公路桥梁在开通后，由于受到环境、有害物质的侵蚀，加上日久自身性能的退化，耐久性会受到很大影响。

2、设计人员理论和实践不能很好结合。许多设计人员理论知识丰富，在设计过程中，也都是按照相关的规定与标准进行设计，但不少设计还停留在理论的理想层面，与桥梁所在地的实际情况有出入，如不少设计人员很少考虑到公路桥梁在建设施工中所选用的建筑材料与施工方法，对公路桥梁的安全与使用寿命也没有清晰的认识，等等情况不一而足。

3、宏观的结构化和微观的精细化不能很好结合。在公路桥梁的结构设计中，不少设计人员注重经济合理的结构类型，公路桥梁的结构以及构件连接等从宏观面上看都没问题，但一些公路桥梁设计过程中精细化还不够，如，相关的计算图式和受力情况不够明确，导致桥梁某一部分的受力出现过大的现象等都会对公路桥梁的耐久性产生影响。

二、桥梁设计中必须重视的要素

1、桥梁设计中必须重视汽车超载问题。汽车超载一直是公路桥梁的主要危害源。在实际生活中，有早期修建的老桥超龄负载运营；桥梁通行的车流量超过原设计；车辆违规超限超载等三种情形。桥梁的超载严重危害桥梁的安全性和耐久性。例如，混凝土桥梁在汽车超载下，混凝土结构内部受到损伤，构件的开裂弯距降低，剐度下降，产生裂缝或较大的变形。因此要使桥梁设计具有安全性和耐久性，必须将超载因素重点考量。

2、桥梁设计中必须重视疲劳损伤问题。桥梁结构所承受的荷载基本上都是动荷载，如车辆荷载和风荷载等，这些荷载会在桥梁结构内产生循环变化的应力，不但会引起结构的振动，还会引起结构的累积疲劳损伤。由于桥梁所采用的材料并非是均匀和连续的，实际上存在许多微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微小缺陷会逐渐累积叠加，转变成大的损伤，呈现在材料上的是宏观裂纹，由于早期疲劳损伤往往不易被检测到，宏观裂纹往往得不到有效控制，发展到最后，超出材料结构的承载极限，会引起脆性断裂的后果。

3、桥梁设计中必须重视结构的耐久性。路桥的使用寿命长短是检验工程的总体效益高低唯一标准，因此对于桥梁设计来说，结构耐久性越强，说明设计越成功。由于桥梁在运行阶段容易受到外界环境、施工工艺以及施工材料等多种因素影响而降低使用寿命，所以设计人员要对设计方案中桥梁在运行阶段可接受危险水平加以分析与研究，并要对于其在使用阶段的可检测性与可维护性加以论证，这样才能进一步提高桥梁在使用阶段的耐久性。

4、桥梁设计中必须重视细节问题。细节的准确性将大大降低桥梁结构的腐蚀，提高桥梁整体的稳定性和耐久性等。针对不同的桥梁设计可以选择恰当保护层，既能避免桥梁钢筋不被腐蚀，也可以在桥梁设计过程中加入排水及防水层作业设计，这样就能提高桥梁的防水性能，即便是雨水天气也能够起到很好的保护作用。

三、提高公路桥梁安全性和耐久性的设计方法

1、做好设计前的准备工作。为了确保设计出安全性和耐久性俱佳的公路桥梁，设计单位在工程中标后，需要及时组建专业队伍，实地勘察施工范围内的地质条件和水文条件，为公路桥梁的设计提供真实性和可靠性的参考资料，力求为公路桥梁的施工选择出一条成本小、安全性能高的施工路线。

2、制定科学合理的设计方案。我们一定要进行与实际情况相符的科学化、合理化设计，制定科学合理的设计方案，并按照设计方案进行施工。因此设计人员在进行设计过程中，需要对公路桥梁的施工形态、施工的具体方案、材料选用、后期养护等方面进行综合考虑，尤其是对公路桥梁的施工技术方面的设计更要严谨，要确保公路桥梁的线性弧度、剪力以及基准线的科学性和合理性，确保公路桥梁结构性能的最大化、最高化，对公路桥梁的负荷承载能力进行科学、合理的设定。如，加强公路桥梁表面铺装层的防水设计，在实际施工过程中，对于公路桥梁表面的铺装层的混凝土等级要求较高，需采用密实性较强的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，以防长期下来混凝土开裂。

3、结合施工需要进行桥梁设计。桥梁设计必须符合实际施工作业需要，这样才能充分发挥桥梁设计的重要意义，但是由于桥梁施工作业环境的特殊性，并不是所有的桥梁设计都完全符合施工作业环境需要，如在一些新疆等的偏远地区，由于建筑施工材料匮乏，很难保障设计中所使用的建筑材料与实际施工作业相符，这样就会给施工作业环境造成一定的阻碍，降低桥梁设计在实际施工中的作用。因此在实际材料供应上必须保障与实际施工作业相符，才能从根本上保障其質量，使得桥梁设计在保障质量的前提下，也提高了其安全性及耐久性。又如在桥梁的建设中使用普通钢筋混凝土，其结构则属于必然裂缝地带工作的结构，其会随着使用时间的加长而出现裂缝，桥面的水能够渗入裂缝内部，直接侵蚀到负弯矩部位，该部位就会出现严重的钢筋锈蚀情况，因此在设计中要重视防腐材料的应用。环氧树脂涂层钢筋即是其中重要的一种，其优势在于能够有效地预防腐蚀问题。将其合理运用于一般钢筋混凝土负弯矩区的钢筋中，能够大幅度地提高结构的耐久性。在设计外业调查时发现锚头区也会出现钢丝锈蚀的情况，情况严重的甚至造成了桥梁的倒塌。该问题也需要予以重视，因此在设计中张拉完毕后，可以使用环氧树脂砂浆将锚头严密封堵，避免出现锈蚀问题。

4、结合养护进行桥梁设计。养护作业对整个桥梁结构的使用有着不可忽视的重要意义，因在使用过程中必须给予足够的重视，如雨雪天气或是桥面结冰、积水等都会对桥梁结构构成一定威胁，所以要加强这方面的养护，对于设计的基准期而言桥梁设计中必须将承重构件放在重中之重，对于并非主要构件，通常斜拉索护套、支座等寿命只有20-30年，结构的整体工作性能会因后期构件更换不及时，养护管理工作不到位受到严重影响，也难以确保桥梁的安全性和耐久性。

总之，随着公路桥梁的安全性与耐久性问题不断被人们所重视，我国的公路桥梁设计理 念不断优化，建设水平不断提升，大量优质公路保障了人们的出行，为地区经济社会发展起到了重要作用。

参考文献：

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[3]张传剑，郑鹏.浅谈桥梁工程安全性与耐久性的设计理念[J].城市建设理论研究（电子版），2012（12）.