市政桥梁设计的安全性和耐久性分析

余勇继

（中交公路规划设计院有限公司贵州分公司，贵州 贵阳550000）

0 引言

目前，虽然我国各城市基础设施中桥梁所占的空间较小，但承担了比例较大的城市交通流量，在城市的经济发展、文化建设、魅力提升中发挥着重要的作用。在城市化进程不断推动的形势下，市政桥梁因重施工轻养护、重外观轻结构，未充分考虑结构的耐久性、使用年限等原因，使得诸多桥梁在未达到使用年限时，就出现了结构使用性差、需维修和加固的工程量增多等不良后果。因此，在新形势下，如何提高市政桥梁设计的安全性和耐久性已成为众多桥梁设计人员的工作重点，需予以充分的重视。

1 市政桥梁设计的现状

为了适应社会市场的需求，将安全性、审美性、实用性和经济性等设计理念应用到市政桥梁设计中，已成为市政桥梁的主要发展趋势。从大量的市政桥梁设计实际来看，在设计中考虑的实际强度较多而耐久性却相对偏少，造成桥梁设计过于重视承载能力极限状态，而忽略了正常使用极限状态，而这一点又直接决定了桥梁设计的使用寿命和使用性能。在工程具体设计中，仅将耐久性作为一个系统性的概念，但未能从材料、结构设计和施工工艺等方面确保结构措施的耐久性，同时对市政桥梁的使用目标、使用年限和维护标准并未作出明确规定，进而增加了桥梁安全事故的发生率。

2 影响市政桥梁设计安全性和耐久性的因素

2.1 设计方面的原因

在桥梁设计中，为了确保设计人员能够切实考虑到影响结构完整性的因素，有必要开展一个全面的关于安全性和耐久性的技术试验。但在实际工作中，由于设计人员专业技能水平和工作经验有限，未全面掌握和理解桥梁设计中所涉及的理论和计算工作，导致其在对桥梁设计的强度上要求较低或局部受力大，进而造成桥梁的耐久性、安全性较差。桥梁施工和设计是一个动态的过程，故针对设计工作中遇到的技术问题，要求设计人员做到具体问题具体分析，但在具体的设计工作中，设计人员和技术人员习惯采用常规思维来考虑问题，导致桥梁的设计施工与实际需求不一致，缺乏系统的整体性能。

2.2 施工管理方面的原因

（1）在市政桥梁实际施工中，未安排安全监管工程师对项目建设安全情况进行监督，且安全生产责任人也未明确。（2）设计人员和施工人员的安全施工意识薄弱。（3）由于设计工作中缺乏相应的信息管理平台支撑，导致项目中所涉及的资源整合和优化问题无法跟进。（4）技术质量管理中的错位、越位和缺位现象较严重。（5）设计人员和技术人员的交底工作未到位。（6）总承包单位、分包及供应商等的合同定位和职责等尚未明确。

2.3 维检方面的原因

车辆超载主要分为三种情况：一是老桥在超年限的状态下运行，这是因设计负荷变化引起的；二是桥梁实际交通流量超出原设计量，是由交通量增加造成的；三是车辆非法超载，这种情况是由驾驶员非法超载行为引起的。桥梁的日常维检工作不到位，一方面会扩大桥梁的疲劳应力范围，进而引起结构性损坏事故；另一方面易造成桥梁结构出现开裂，进而对桥梁的安全性、耐久性等构成威胁。

3 优化桥梁设计安全性和耐久性的措施

3.1 加强市政桥梁的安全性设计

（1）重视桥梁的疲劳损伤问题。在规划与设计桥梁的过程中，首先应做好地质地貌、水文特征等条件的勘察工作，以便设计人员能在初期工作中辨别可能导致疲劳损伤的因素，并采取有效措施控制这些不良因素对桥梁的影响，进而确保桥梁设计的科学性、合理性。（2）提高桥梁所能承受的最大荷载能力。利用现代化的施工设备、施工技术和施工工艺对桥梁的结构应力进行全面分析和研究，以尽可能地减少疲劳损伤对桥梁造成的影响。（3）加强对设计施工的管理。一方面应强化新型的建筑材料、施工技术等在桥梁设计中的应用；另一方面设计人员也应紧跟时代发展步伐，不断学习新的设计理念和设计方法，进而逐步提升自身的设计质量和能力，确保设计方案能与实际的现场环境相适应。

3.2 加强市政桥梁的耐久性设计

（1）水泥是构成混凝土的重要材料，其质量直接影响到混凝土最终承受的强度及投入使用后的稳定性。比如粉煤灰水泥与硅酸盐水泥因化学成分存在差异，这就使得这两者的强度和稳定性也存在不同，故将其投入项目建设使用中后对桥梁施工质量造成的影响也会有所区别。因此，应结合桥梁施工区域所处的环境、温度及水文特征等条件选择水泥。（2）在搅拌水泥的过程中，应根据实际情况添加外加剂，以减慢混凝土碳化的速度。（3）控制水灰比的科学性。针对高强度混凝土，其所需使用的水灰比指标较小，若混凝土的水灰比过高，则会导致混凝土的密实度和强度达不到要求，使得外部环境中一些具有腐蚀性作用的气体进入桥梁内部结构中，进而对混凝土结构和桥梁结构质量等造成不利影响，故需严格控制水灰比，按照要求确保混凝土强度和稳定性。表1为混凝土含气量。

表1 混凝土含气量一览表 %

3.3 加强市政桥梁结构的疲劳损伤研究

市政桥梁结构在车辆荷载、风荷载、地震、人为因素等作用下，一方面会导致桥梁结构内部的疲劳性应力不断积聚，进而引起疲劳损伤破坏；另一方面由于桥梁施工的非连续性和不均匀性，再加上上述荷载的反复作用，易引起桥梁路面结构出现宏观裂纹（宏观裂纹扩展情况如图1所示），进而造成结构脆性破坏。针对桥梁结构的疲劳损伤问题，设计人员大多将解决这一问题的重点放在混凝土结构的耐腐蚀性、疲劳缓解等方面，并将桥梁设计的安全性、耐久性作为主要工作内容，以尽可能从设计层面减少疲劳问题的出现。

图1 宏观裂纹扩展情况示意图

（注：裂纹在滑移带形成后，其第一阶段的扩展应是在最大剪力方向上，阶段一的裂纹扩展具有明显的结晶性质，这一特性会在阶段二部分消失；第二阶段的裂纹扩展，从宏观上看是沿垂直于最大正应力变的方向上拓展，微观上则是持续变化的。）

3.4 关注市政桥梁在使用过程中的超载情况

在市政道路桥梁发展过程中，若桥梁长时间处在超负荷运行状态，则会对桥梁整体造成不可逆的损坏，且这些损伤是无法通过维修等手段恢复的，这就对桥梁的安全性和耐久性构成了威胁。因此，在市政桥梁设计中，需关注市政桥梁使用过程中出现的超载情况，在施工中严格按照相关标准和要求确保施工质量，以确保市政桥梁在使用过程中的安全、稳定。

4 结语

总而言之，市政桥梁设计的耐久性和安全性已成为设计人员必须正视和解决的一个问题。这不仅要求设计人员在实际工作中，积极借鉴国内外大量的桥梁建设实例所总结的施工经验，还应结合自身的工作经验，以及市政桥梁的环境问题，加强对市政桥梁的安全性和耐久性分析，以促进市政桥梁建设的科学化、合理化，最终将我国市政桥梁设计提升至一个新水平、新高度。